5 challenges we could solve by designing new proteins | David Baker

Μετάφραση: Miltiathis Charamis Επιμέλεια: Vasiliki Soultani

I'm going to tell you about the most amazing machines in the world

Θα σας πω για τις πιο καταπληκτικές μηχανές στον κόσμο

and what we can now do with them.

και τι μπορούμε να κάνουμε τώρα με αυτές.

Proteins,

Οι πρωτεΐνες,

some of which you see inside a cell here,

μερικές από τις οποίες βλέπετε εδώ μέσα σε ένα κύτταρο,

carry out essentially all the important functions in our bodies.

διεκπεραιώνουν όλες τις σημαντικές λειτουργίες στο σώμα μας.

Proteins digest your food,

Οι πρωτεΐνες κάνουν πέψη των τροφών,

contract your muscles,

συστέλλουν τους μύες σας,

fire your neurons

πυροδοτούν τους νευρώνες σας

and power your immune system.

και ενδυναμώνουν το ανοσοποιητικό σας.

Everything that happens in biology --

Ό,τι συμβαίνει στη βιολογία --

almost --

σχεδόν --

happens because of proteins.

συμβαίνει λόγω των πρωτεϊνών.

Proteins are linear chains of building blocks called amino acids.

Οι πρωτεΐνες είναι γραμμικές αλυσίδες δομικών στοιχείων που λέγονται αμινοξέα.

Nature uses an alphabet of 20 amino acids,

Η φύση χρησιμοποιεί ένα αλφάβητο από 20 αμινοξέα,

some of which have names you may have heard of.

μερικά από τα οποία μπορεί να έχετε ακούσει.

In this picture, for scale, each bump is an atom.

Σε αυτή την εικόνα, υπό κλίμακα, κάθε προεξοχή αναπαριστά ένα άτομο.

Chemical forces between the amino acids cause these long stringy molecules

Οι χημικές δυνάμεις ανάμεσα στα αμινοξέα κάνουν αυτά τα μακροσκελή μόρια

to fold up into unique, three-dimensional structures.

να αναδιπλώνονται σε μοναδικές, τρισδιάστατες δομές.

The folding process,

Η διαδικασία αναδίπλωσης,

while it looks random,

παρόλο που φαίνεται τυχαία,

is in fact very precise.

είναι καθορισμένη με μεγάλη ακρίβεια.

Each protein folds to its characteristic shape each time,

Κάθε πρωτεΐνη αναδιπλώνεται στο ίδιο χαρακτηριστικό σχήμα κάθε φορά

and the folding process takes just a fraction of a second.

και η διαδικασία αναδίπλωσης γίνεται σε ένα κλάσμα δευτερολέπτου.

And it's the shapes of proteins

Είναι αυτό το σχήμα των πρωτεϊνών

which enable them to carry out their remarkable biological functions.

που τους δίνει τη δυνατότητα

να διεκπεραιώνουν τις καταπληκτικές βιολογικές τους λειτουργίες.

For example,

Για παράδειγμα,

hemoglobin has a shape in the lungs perfectly suited

η αιμοσφαιρίνη μέσα στους πνεύμονες είναι τέλεια σχηματισμένη

for binding a molecule of oxygen.

για τη δέσμευση ενός μορίου οξυγόνου.

When hemoglobin moves to your muscle,

Όταν η αιμοσφαιρίνη μπαίνει στους μύες,

the shape changes slightly

το σχήμα της αλλάζει ανεπαίσθητα

and the oxygen comes out.

και το οξυγόνο απελευθερώνεται.

The shapes of proteins,

Το σχήμα των πρωτεϊνών,

and hence their remarkable functions,

και επομένως οι καταπληκτικές τους λειτουργίες,

are completely specified by the sequence of amino acids in the protein chain.

καθορίζονται απόλυτα από την αλληλουχία των αμινοξέων στην πρωτεϊνική αλυσίδα.

In this picture, each letter on top is an amino acid.

Σε αυτή τη φωτογραφία, κάθε γράμμα στην κορυφή είναι ένα αμινοξύ.

Where do these sequences come from?

Πώς δημιουργούνται οι αλληλουχίες αυτές;

The genes in your genome specify the amino acid sequences

Τα γονίδια του γονιδιώματός σας καθορίζουν τις αλληλουχίες των αμινοξέων

of your proteins.

μέσα στις πρωτεΐνες.

Each gene encodes the amino acid sequence of a single protein.

Κάθε γονίδιο κωδικοποιεί την αλληλουχία των αμινοξέων κάθε πρωτεΐνης ξεχωριστά.

The translation between these amino acid sequences

Η μετάφραση ανάμεσα στις αλληλουχίες και τα αμινοξέα

and the structures and functions of proteins

σε δομές και λειτουργίες των πρωτεϊνών

is known as the protein folding problem.

είναι γνωστή ως το «πρόβλημα πρωτεϊνικής αναδίπλωσης».

It's a very hard problem

Είναι ένα πολύ δύσκολο πρόβλημα,

because there's so many different shapes a protein can adopt.

επειδή υπάρχουν πολλά διαφορετικά σχήματα που μπορεί να πάρει μια πρωτεΐνη.

Because of this complexity,

Εξαιτίας αυτής της πολυπλοκότητας,

humans have only been able to harness the power of proteins

οι άνθρωποι μπόρεσαν να εκμεταλλευτούν το δυναμικό των πρωτεϊνών

by making very small changes to the amino acid sequences

κάνοντας μόνο πολύ μικρές αλλαγές στις αλληλουχίες των αμινοξέων

of the proteins we've found in nature.

των πρωτεϊνών που έχουμε βρει στη φύση.

This is similar to the process that our Stone Age ancestors used

Όπως οι πρόγονοί μας στη Λίθινη εποχή

to make tools and other implements from the sticks and stones

έφτιαχναν εργαλεία και άλλα σκεύη από τα ξύλα και τις πέτρες

that we found in the world around us.

που βρήκαν στη φύση γύρω μας.

But humans did not learn to fly by modifying birds.

Αλλά οι άνθρωποι δεν έμαθαν να πετούν τροποποιώντας πουλιά.

(Laughter)

(Γέλια)

Instead, scientists, inspired by birds, uncovered the principles of aerodynamics.

Αντί γι' αυτό, οι επιστήμονες, αντλώντας έμπνευση από τα πουλιά,

ανακάλυψαν τις αρχές της αεροδυναμικής.

Engineers then used those principles to design custom flying machines.

Οι μηχανικοί μετά χρησιμοποίησαν αυτές τις αρχές

για να σχεδιάσουν προσαρμοσμένες ιπτάμενες μηχανές.

In a similar way,

Με παρόμοιο τρόπο,

we've been working for a number of years

δουλεύουμε εδώ και μερικά χρόνια

to uncover the fundamental principles of protein folding

για να ανακαλύψουμε τις αρχές της πρωτεϊνικής αναδίπλωσης

and encoding those principles in the computer program called Rosetta.

και να κωδικοποιήσουμε αυτές τις αρχές σε ένα λογισμικό που λέγεται Rosetta.

We made a breakthrough in recent years.

Πριν από μερικά χρόνια πετύχαμε μια σημαντική πρόοδο.

Μπορούμε τώρα να σχεδιάσουμε νέες πρωτεΐνες από το μηδέν στον υπολογιστή.

We can now design completely new proteins from scratch on the computer.

Once we've designed the new protein,

Μόλις σχεδιάσουμε μια νέα πρωτεΐνη,

we encode its amino acid sequence in a synthetic gene.

κωδικοποιούμε την αλληλουχία των αμινοξέων της σε ένα συνθετικό γονίδιο.

We have to make a synthetic gene

Πρέπει να δημιουργήσουμε ένα συνθετικό γονίδιο

because since the protein is completely new,

εφόσον η πρωτεΐνη είναι εντελώς καινούρια,

there's no gene in any organism on earth which currently exists that encodes it.

δεν υπάρχει γονίδιο σε οποιοδήποτε οργανισμό στη Γη

που μπορεί να την κωδικοποιήσει.

Our advances in understanding protein folding

Η πρόοδός μας στην κατανόηση της αναδίπλωσης πρωτεϊνών

and how to design proteins,

και της σχεδίασης των πρωτεϊνών,

coupled with the decreasing cost of gene synthesis

σε συνδυασμό με τη μείωση του κόστους της σύνθεσης γονιδίων

and the Moore's law increase in computing power,

και τον νόμο του Μουρ για την αύξηση της υπολογιστικής δύναμης των υπολογιστών,

now enable us to design tens of thousands of new proteins,

μας δίνουν τώρα τη δυνατότητα

να σχεδιάσουμε δεκάδες χιλιάδες νέες πρωτεΐνες,

with new shapes and new functions,

με νέα σχήματα και λειτουργίες,

on the computer,

στον υπολογιστή,

and encode each one of those in a synthetic gene.

και να κωδικοποιήσουμε κάθε μία από αυτές, σε ένα συνθετικό γονίδιο.

Μόλις φτιάξουμε αυτά τα συνθετικά γονίδια,

Once we have those synthetic genes,

we put them into bacteria

τα βάζουμε σε βακτήρια

to program them to make these brand-new proteins.

για να τα προγραμματίσουμε να φτιάξουν αυτές τις καινούριες πρωτεΐνες.

We then extract the proteins

Μετά, παίρνουμε τις πρωτεΐνες

and determine whether they function as we designed them to

και εξετάζουμε αν λειτουργούν όπως τις σχεδιάσαμε

and whether they're safe.

και αν είναι ασφαλείς.

It's exciting to be able to make new proteins,

Είναι συναρπαστικό να μπορείς να φτιάχνεις νέες πρωτεΐνες,

because despite the diversity in nature,

διότι παρά τη βιοποικιλότητα της φύσης,

evolution has only sampled a tiny fraction of the total number of proteins possible.

η εξέλιξη έχει δημιουργήσει μόνο ένα απειροελάχιστο

του συνολικού αριθμού πρωτεϊνών που μπορούν να δημιουργηθούν.

I told you that nature uses an alphabet of 20 amino acids,

Σας είπα ότι η φύση χρησιμοποιεί ένα αλφάβητο από 20 αμινοξέα

and a typical protein is a chain of about 100 amino acids,

και μια τυπική πρωτεΐνη είναι μια αλυσίδα από περίπου 100 αμινοξέα,

so the total number of possibilities is 20 times 20 times 20, 100 times,

έτσι ο αριθμός πιθανών συνδυασμών είναι 20 επί 20 επί 20, 100 φορές,

which is a number on the order of 10 to the 130th power,

που είναι ένας αριθμός στην 130η δύναμη του 10

which is enormously more than the total number of proteins

που είναι εξαιρετικά μεγαλύτερος από τον συνολικό αριθμό πρωτεϊνών

which have existed since life on earth began.

που έχουν υπάρξει από τότε που η ζωή άρχισε στη Γη.

And it's this unimaginably large space

Και είναι αυτό το πέρα από κάθε φαντασίας εύρος

we can now explore using computational protein design.

που μπορούμε τώρα να εξερευνήσουμε με τον σχεδιασμό πρωτεϊνών με υπολογιστές.

Now the proteins that exist on earth

Οι πρωτεΐνες που υπάρχουν στη Γη

evolved to solve the problems faced by natural evolution.

εξελίχτηκαν για να λύσουν τα προβλήματα της εξέλιξης της φύσης.

For example, replicating the genome.

Για παράδειγμα, ο διπλασιασμός του γονιδιώματος.

But we face new challenges today.

Αλλά σήμερα αντιμετωπίζουμε νέες προκλήσεις.

We live longer, so new diseases are important.

Ζούμε περισσότερο, άρα νέες αρρώστιες είναι σημαντικές.

We're heating up and polluting the planet,

Θερμαίνουμε και μολύνουμε τον πλανήτη,

so we face a whole host of ecological challenges.

οπότε αντιμετωπίζουμε πολλές οικολογικές προκλήσεις

If we had a million years to wait,

Αν είχαμε ένα εκατομμύριο χρόνια περιθώριο,

new proteins might evolve to solve those challenges.

μπορεί να εξελίσσονταν νέες πρωτεΐνες για αυτές τις προκλήσεις.

But we don't have millions of years to wait.

Όμως, δεν έχουμε εκατομμύρια χρόνια να περιμένουμε.

Instead, with computational protein design,

Αντί γι' αυτό, με την υπολογιστική σχεδίαση πρωτεϊνών

we can design new proteins to address these challenges today.

μπορούμε να σχεδιάσουμε νέες πρωτεΐνες

για να αντιμετωπίσουμε αυτές τις προκλήσεις σήμερα.

Our audacious idea is to bring biology out of the Stone Age

Η τολμηρή μας ιδέα είναι να βγάλουμε τη βιολογία από τη Λίθινη εποχή

through technological revolution in protein design.

με την τεχνολογική εξέλιξη στη σχεδίαση πρωτεϊνών.

We've already shown that we can design new proteins

Ήδη αποδείξαμε ότι μπορούμε να σχεδιάσουμε νέες πρωτεΐνες

with new shapes and functions.

με νέα σχήματα και λειτουργίες.

For example, vaccines work by stimulating your immune system

Για παράδειγμα, τα εμβόλια λειτουργούν διεγείροντας το ανοσοποιητικό σύστημα,

to make a strong response against a pathogen.

ώστε να έχει ισχυρότερη ανταπόκριση εναντίον ενός παθογόνου.

To make better vaccines,

Για να φτιάξουμε καλύτερα εμβόλια,

we've designed protein particles

σχεδιάσαμε μόρια πρωτεϊνών

to which we can fuse proteins from pathogens,

στα οποία μπορούμε να συγχωνεύσουμε πρωτεΐνες από παθογόνα,

like this blue protein here, from the respiratory virus RSV.

όπως αυτή εδώ η μπλε πρωτεΐνη, από τον αναπνευστικό ιό RSV.

To make vaccine candidates

Για να φτιάξουμε υποψήφια εμβόλια

that are literally bristling with the viral protein,

που είναι γεμάτα από την ιογενή πρωτεΐνη,

we find that such vaccine candidates

βρίσκουμε ότι τα υποψήφια εμβόλια αυτού του είδους

produce a much stronger immune response to the virus

προκαλούν πολύ ισχυρότερη ανοσοποιητική απόκριση στον ιό

than any previous vaccines that have been tested.

από όλα τα προηγούμενα εμβόλια που έχουν δοκιμαστεί.

This is important because RSV is currently one of the leading causes

Αυτό είναι σημαντικό επειδή ο RSV είναι τώρα μια από τις σημαντικότερες αιτίες

of infant mortality worldwide.

της βρεφικής θνησιμότητας παγκοσμίως.

We've also designed new proteins to break down gluten in your stomach

Επίσης, έχουμε σχεδιάσει νέες πρωτεΐνες που διασπούν τη γλουτένη στο στομάχι σας

for celiac disease

για την αντιμετώπιση της κοιλιοκάκης

and other proteins to stimulate your immune system to fight cancer.

και άλλες πρωτεΐνες που διεγείρουν το ανοσοποιητικό

για να πολεμήσει τον καρκίνο.

These advances are the beginning of the protein design revolution.

Αυτές οι πρόοδοι είναι η αρχή της επανάστασης της πρωτεϊνικής σχεδίασης.

We've been inspired by a previous technological revolution:

Εμπνευστήκαμε από την προηγούμενη τεχνολογική επανάσταση:

the digital revolution,

την ψηφιακή επανάσταση,

which took place in large part due to advances in one place,

που συνέβη στο μεγαλύτερο μέρος της λόγω επιστημονικών προόδων σε ένα μέρος.

Bell Laboratories.

Τα εργαστήρια Bell.

Bell Labs was a place with an open, collaborative environment,

Τα εργαστήρια Bell ήταν ένα μέρος με ανοιχτό συνεργατικό περιβάλλον,

and was able to attract top talent from around the world.

που μπόρεσε να ελκύσει τα κορυφαία ταλέντα από όλο τον κόσμο.

And this led to a remarkable string of innovations --

Το γεγονός αυτό οδήγησε σε μια αξιοθαύμαστη σειρά από καινοτομίες --

the transistor, the laser, satellite communication

το τρανζίστορ, το λέιζερ, τη δορυφορική επικοινωνία

and the foundations of the internet.

και τα θεμέλια του διαδικτύου.

Our goal is to build the Bell Laboratories of protein design.

Σκοπός μας είναι να χτίσουμε τα εργαστήρια Bell της πρωτεϊνικής σχεδίασης.

We are seeking to attract talented scientists from around the world

Επιδιώκουμε να προσελκύσουμε ταλαντούχους επιστήμονες από όλο τον κόσμο

to accelerate the protein design revolution,

για να επιταχύνουμε την επανάσταση της πρωτεϊνικής σχεδίασης,

and we'll be focusing on five grand challenges.

και θα εστιάζουμε σε πέντε μεγάλες προκλήσεις.

First, by taking proteins from flu strains from around the world

Κατ΄ αρχάς, παίρνοντας πρωτεΐνες από στελέχη της γρίπης από όλο τον κόσμο

and putting them on top of the designed protein particles

και βάζοντας τα πάνω σε σχεδιασμένα πρωτεϊνικά μόρια

I showed you earlier,

όπως σας έδειξα πριν,

we aim to make a universal flu vaccine,

σκοπεύουμε να φτιάξουμε ένα παγκόσμα καθολικό εμβόλιο γρίπης

one shot of which gives a lifetime of protection against the flu.

που μία δόση του θα δίνει ισόβια προστασία από τη γρίπη.

The ability to design --

Η ικανότητα να σχεδιάζουμε --

(Applause)

(Χειροκρότημα)

The ability to design new vaccines on the computer

Η ικανότητα να σχεδιάζουμε νέα εμβόλια στον υπολογιστή

is important both to protect against natural flu epidemics

είναι σημαντική για να προστατευτούμε από τις φυσικές επιδημίες γρίπης

and, in addition, intentional acts of bioterrorism.

και, επιπλέον τις σκόπιμες επιθέσεις βιοτρομοκρατίας.

Second, we're going far beyond nature's limited alphabet

Δεύτερον, ξεπερνάμε κατά πολύ το περιορισμένο αλφάβητο της φύσης

of just 20 amino acids

από μόνο 20 αμινοξέα

to design new therapeutic candidates for conditions such as chronic pain,

για να σχεδιάσουμε νέες υποψήφιες θεραπείες

για παθολογικές καταστάσεις όπως ο χρόνιος πόνος,

using an alphabet of thousands of amino acids.

χρησιμοποιώντας ένα αλφάβητο χιλιάδων αμινοξέων.

Third, we're building advanced delivery vehicles

Τρίτο, φτιάχνουμε οχήματα προηγμένης διανομής

to target existing medications exactly where they need to go in the body.

για να διανείμουμε υπάρχοντα φάρμακα εκεί που πρέπει να πάνε μέσα στο σώμα.

For example, chemotherapy to a tumor

Για παράδειγμα, χημειοθεραπεία σε έναν καρκινικό όγκο

or gene therapies to the tissue where gene repair needs to take place.

ή γονιδιακές θεραπείες στον ιστό που χρειάζεται να γίνει η γονιδιακή επισκευή.

Fourth, we're designing smart therapeutics that can do calculations within the body

Τέταρτο, σχεδιάζουμε έξυπνες θεραπείες

που θα μπορούν να κάνουν υπολογισμούς μέσα στο σώμα

and go far beyond current medicines,

ξεπερνώντας κατά πολύ τα τωρινά φάρμακα,

which are really blunt instruments.

που είναι πολύ χοντροκομμένα εργαλεία.

For example, to target a small subset of immune cells

Για παράδειγμα, στοχεύοντας ένα μικρό υποσύνολο από κύτταρα του ανοσοποιητικού

responsible for an autoimmune disorder,

υπεύθυνα για μια αυτοάνοση διαταραχή,

and distinguish them from the vast majority of healthy immune cells.

ώστε να τα ξεχωρίσουμε από την πλειονότητα των υγιών ανοσοποιητικών κυττάρων.

Finally, inspired by remarkable biological materials

Τέλος, εμπνεόμενοι από βιολογικά υλικά με αξιόλογες ιδιότητες

such as silk, abalone shell, tooth and others,

όπως το μετάξι, το αμπαλόνε, το δόντι και άλλα,

we're designing new protein-based materials

σχεδιάζουμε νέα υλικά βασισμένα σε πρωτεΐνες

to address challenges in energy and ecological issues.

για να αντιμετωπίσουμε ενεργειακές και οικολογικές προκλήσεις.

To do all this, we're growing our institute.

Για να πετύχουμε όλα αυτά, μεγαλώνουμε το ινστιτούτο μας.

We seek to attract energetic, talented and diverse scientists

Επιδιώκουμε να προσελκύσουμε δραστήριους, ταλαντούχους και διαφορετικούς επιστήμονες

from around the world, at all career stages,

από όλο τον κόσμο, σε οποιαδήποτε φάση της καριέρας τους,

to join us.

να έρθουν μαζί μας.

You can also participate in the protein design revolution

Κι εσείς μπορείτε να συμμετάσχετε στην επανάσταση της πρωτεϊνικής σχεδίασης

through our online folding and design game, "Foldit."

με το διαδικτυακό παιχνίδι μας αναδίπλωσης και σχεδίασης, «Foldit»,

And through our distributed computing project, Rosetta@home,

και μέσα από το διανεμημένο πρότζεκτ υπολογισμού, Rosetta@home,

which you can join from your laptop or your Android smartphone.

στο οποίο μπορείτε να συμμετάσχετε από το λάπτοπ ή το Android κινητό σας.

Making the world a better place through protein design is my life's work.

Το να κάνουμε τον κόσμο ένα καλύτερο μέρος μέσω της πρωτεϊνικής σχεδίασης,

είναι το έργο ζωής μου.

I'm so excited about what we can do together.

Είμαι ενθουσιασμένος με ότι μπορούμε να κάνουμε μαζί.

I hope you'll join us,

Ελπίζω να έρθετε μαζί μας

and thank you.

και σας ευχαριστώ.

(Applause and cheers)

(Χειροκρότημα και επευφημίες)