How to build synthetic DNA and send it across the internet | Dan Gibson

Traductor: Analia Padin Revisor: Paula Motter

Alright, let me tell you about building synthetic cells

Déjenme que les hable de la fabricación de células artificiales

and printing life.

y de cómo imprimir vida.

But first, let me tell you a quick story.

Pero antes, les contaré una breve historia.

On March 31, 2013,

El 31 de marzo de 2013,

my team and I received an email from an international health organization,

mi equipo y yo recibimos un correo de una organización de salud internacional

alerting us that two men died in China

que nos alertaba sobre la muerte de dos hombres en China

shortly after contracting the H7N9 bird flu.

poco después de contraer la gripe aviaria H7N9.

There were fears of a global pandemic

Se temía una pandemia a nivel global

as the virus started rapidly moving across China.

ya que el virus había empezado a propagarse rápidamente en China.

Although methods existed to produce a flu vaccine

Si bien era posible producir una vacuna contra la gripe

and stop the disease from spreading,

y detener su propagación,

at best, it would not be available for at least six months.

esto llevaría por lo menos seis meses.

This is because a slow, antiquated flu vaccine manufacturing process

Porque el único método de producción que se tenía en aquel momento

developed over 70 years ago was the only option.

era un proceso lento y anticuado, desarrollado 70 años atrás.

The virus would need to be isolated from infected patients,

Había que aislar el virus de pacientes infectados,

packaged up and then sent to a facility

envasarlo y enviarlo a un laboratorio,

where scientists would inject the virus into chicken eggs,

donde los científicos inyectarían huevos de gallina con el virus

and incubate those chicken eggs for several weeks

y los incubarían durante varias semanas

in order to prepare the virus for the start of a multistep,

para preparar el virus y poder dar inicio a las numerosas etapas

multimonth flu vaccine manufacturing process.

de elaboración de la vacuna --un proceso que llevaría meses--.

My team and I received this email

Mi equipo y yo recibimos ese correo

because we had just invented a biological printer,

porque acabábamos de inventar una impresora biológica

which would allow for the flu vaccine instructions

que permitiría descargar de Internet e imprimir instantáneamente

to be instantly downloaded from the internet and printed.

las instrucciones de la vacuna contra la gripe,

Drastically speeding up the way in which flu vaccines are made,

acelerando drásticamente la producción de la vacuna

and potentially saving thousands of lives.

y potencialmente salvando miles de vidas.

The biological printer leverages our ability to read and write DNA

La impresora biológica hace uso de nuestra habilidad

para leer y escribir ADN

and starts to bring into focus

y nos acerca a lo que nos gusta llamar "teletransporte biológico".

what we like to call biological teleportation.

I am a biologist and an engineer who builds stuff out of DNA.

Soy biólogo e ingeniero, y construyo cosas con ADN.

Believe it or not, one of my favorite things to do

Una de las cosas que más disfruto, aunque no lo crean, es desarmar ADN

is to take DNA apart and put it back together

y luego volverlo a armar para entender mejor cómo funciona.

so that I can understand better how it works.

I can edit and program DNA to do things, just like coders programing a computer.

Puedo editar y programar ADN como si programara una computadora.

But my apps are different.

Pero mis aplicaciones son distintas.

They create life.

Generan vida.

Self-replicating living cells and things like vaccines and therapeutics

Células vivas autorreplicantes y cosas como vacunas y terapias

that work in ways that were previously impossible.

que funcionan de maneras antes consideradas imposibles.

Here's National Medal of Science recipient Craig Venter

Aquí vemos a Craig Venter, ganador de la Medalla Nacional de Ciencia,

and Nobel laureate Ham Smith.

y al premio Nobel Ham Smith.

These two guys shared a similar vision.

Estos dos hombres compartían la siguiente idea:

That vision was, because all of the functions and characteristics

si todas las funciones y características de todas las entidades biológicas,

of all biological entities, including viruses and living cells,

incluyendo los virus y las células vivas,

are written into the code of DNA,

están escritas en el código de ADN,

if one can read and write that code of DNA,

entonces, pudiendo leer y escribir ese código de ADN

then they can be reconstructed in a distant location.

se las puede reconstruir en una ubicación remota.

This is what we mean by biological teleportation.

Esto es lo que queremos decir con teletransporte biológico.

To prove out this vision,

Para demostrar esta visión,

Craig and Ham set a goal of creating, for the first time,

Craig y Ham se propusieron crear la primera célula artificial

a synthetic cell, starting from DNA code in the computer.

usando código de ADN en la computadora.

I mean, come on, as a scientist looking for a job,

A ver... como científico que busca trabajo en investigaciones de avanzada,

doing cutting-edge research, it doesn't get any better than this.

¡esto es lo mejor que te puede pasar!

(Laughter)

(Risas)

OK, a genome is a complete set of DNA within an organism.

Un genoma es la totalidad del material genético que un organismo posee.

Following the Human Genome Project in 2003,

Luego del Proyecto Genoma Humano de 2003,

which was an international effort to identify

una iniciativa internacional para identificar y cartografiar

the complete genetic blueprint of a human being,

el genoma completo del ser humano,

a genomics revolution happened.

hubo una revolución en el campo de la genómica.

Scientists started mastering the techniques for reading DNA.

Los científicos empezaron a dominar las técnicas para decodificar ADN

In order to determine the order of the As, Cs, Ts and Gs

y así poder determinar el orden de las bases A, C, T y G

within an organism.

dentro de un organismo.

But my job was far different.

Pero mi trabajo era muy diferente.

I needed to master the techniques for writing DNA.

Yo tenía que entender las técnicas para escribir ADN.

Like an author of a book,

Como el escritor de un libro, empecé escribiendo oraciones cortas,

this started out as writing short sentences,

or sequences of DNA code,

o secuencias de ADN,

but this soon turned into writing paragraphs

que pronto se convirtieron en párrafos

and then full-on novels of DNA code,

y luego en novelas enteras de ADN

to make important biological instructions for proteins and living cells.

con instrucciones biológicas importantes para proteínas y células vivas.

Living cells are nature's most efficient machines at making new products,

Las células vivas, el mejor mecanismo natural para crear nuevos productos

accounting for the production

son responsables por la producción del 25 % de los medicamentos,

of 25 percent of the total pharmaceutical market,

un mercado que vale miles de millones de dólares.

which is billions of dollars.

We knew that writing DNA would drive this bioeconomy even more,

Sabíamos que la escritura de ADN impulsaría aún más esta bioeconomía,

once cells could be programmed just like computers.

cuando pudiéramos programar células igual que una computadora.

We also knew that writing DNA would enable biological teleportation ...

También sabíamos que posibilitaría el teletransporte biológico,

the printing of defined, biological material,

la impresión específica de material biológico

starting from DNA code.

a partir de un código de ADN.

As a step toward bringing these promises to fruition,

Como paso inicial para cumplir este objetivo,

our team set out to create, for the first time,

nuestro equipo se abocó a crear la primera célula bacteriana artificial,

a synthetic bacterial cell,

starting from DNA code in the computer.

a partir de código genético almacenado en la computadora.

Synthetic DNA is a commodity.

El ADN sintético es una materia prima.

You can order very short pieces of DNA from a number of companies,

Hay varias compañías donde se pueden encargar segmentos muy cortos de ADN,

and they will start from these four bottles of chemicals that make up DNA,

elaborados a partir de estos cuatro ingredientes básicos:

G, A, T and C,

G, A, T y C.

and they will build those very short pieces of DNA for you.

Fabrican los segmentos de ADN a pedido.

Over the past 15 years or so,

Durante los últimos 15 años,

my teams have been developing the technology

mis equipos han estado desarrollando la tecnología

for stitching together those short pieces of DNA

para unir esos segmentos de ADN

into complete bacterial genomes.

y formar genomas bacterianos completos.

The largest genome that we constructed contained over one million letters.

El genoma más grande que construimos tenía más de un millón de letras.

Which is more than twice the size of your average novel,

Es más del doble del tamaño de una novela promedio

and we had to put every single one of those letters in the correct order,

y tuvimos que poner cada letra en el orden correcto,

sin un solo error de tipeo.

without a single typo.

We were able to accomplish this by developing a procedure

Lo conseguimos desarrollando un procedimiento al que traté de llamar

that I tried to call the "one-step isothermal in vitro recombination method."

"método de recombinación isotérmica in vitro de un solo paso".

(Laughter)

(Risas)

But, surprisingly, the science community didn't like this technically accurate name

Sorprendentemente, la comunidad científica no quiso adoptar este nombre tan correcto

and decided to call it Gibson Assembly.

y decidieron llamarlo "Ensamblaje de Gibson".

Gibson Assembly is now the gold standard tool,

Hoy en día, el Ensamblaje de Gibson es la herramienta modelo

used in laboratories around the world

que se usa en laboratorios de todo el mundo

for building short and long pieces of DNA.

para construir segmentos de ADN, sean cortos o largos.

(Applause)

(Aplausos)

Once we chemically synthesized the complete bacterial genome,

Una vez que sintetizamos químicamente el genoma bacteriano completo,

our next challenge was to find a way

lo siguiente era encontrar la manera

to convert it into a free-living, self-replicating cell.

de convertirlo en una célula viva independiente y autorreplicante.

Our approach was to think of the genome as the operating system of the cell,

Para nosotros, el genoma era como el sistema operativo de la célula

with the cell containing the hardware necessary to boot up the genome.

y la célula contenía el hardware necesario para iniciar el genoma.

Through a lot of trial and error,

Luego de varios ciclos de prueba y error,

we developed a procedure where we could reprogram cells

desarrollamos un procedimiento para reprogramar células,

and even convert one bacterial species into another,

e incluso convertir una especie bacteriana en otra distinta

by replacing the genome of one cell with that of another.

reemplazando el genoma de una célula por el genoma de otra.

This genome transplantation technology then paved the way

Esta tecnología de trasplante de genomas abrió luego el camino

for the booting-up of genomes written by scientists

para iniciar genomas creados por científicos

and not by Mother Nature.

y no por la Madre Naturaleza.

In 2010, all of the technologies

En 2010, todas las tecnologías que habíamos estado desarrollando

that we had been developing for reading and writing DNA

para leer y escribir ADN

all came together when we announced the creation

dieron finalmente sus frutos

cuando anunciamos la creación de la primera célula sintética,

of the first synthetic cell,

which of course, we called Synthia.

a la que, por supuesto, bautizamos "Synthia".

(Laughter)

(Risas)

Ever since the first bacterial genome was sequenced, back in 1995,

Desde la secuenciación del primer genoma bacteriano en 1995,

thousands more whole bacterial genomes have been sequenced and stored

miles de otros genomas bacterianos han sido secuenciados en su totalidad

in computer databases.

y almacenados en bases de datos.

Our synthetic cell work was the proof of concept

Nuestro trabajo con células artificiales demostró que el proceso se podía revertir:

that we could reverse this process:

pull a complete bacterial genome sequence out of the computer

se podía tomar de una computadora un genoma bacteriano completo

and convert that information into a free-living, self-replicating cell,

y convertir la información

en una célula independiente y autorreplicante,

with all of the expected characteristics of the species that we constructed.

con todas las características esperables para la especie que creamos.

Now I can understand why there may be concerns

Entiendo por qué puede haber preocupación

about the safety of this level of genetic manipulation.

acerca de la seguridad de esta manipulación genética.

While the technology has the potential for great societal benefit,

Si bien la tecnología tiene potencial para beneficiar mucho a la sociedad,

it also has the potential for doing harm.

también tiene potencial para hacer daño.

With this in mind, even before carrying out the very first experiment,

Con esto en mente, aun antes de conducir el primer experimento,

our team started to work with the public and the government

nuestro equipo trabajó juntamente con la ciudadanía y con el Gobierno

to find solutions together

para encontrar soluciones que ayudaran a desarrollar y regular esta tecnología

to responsibly develop and regulate this new technology.

de manera responsable.

One of the outcomes from those discussions was to screen every customer

Una de esas soluciones

consistió en examinar cada cliente y cada pedido de ADN sintético

and every customer's DNA synthesis orders,

to make sure that pathogens or toxins are not being made by bad guys,

para asegurarse de no crear patógenos o toxinas por encargo de delincuentes,

or accidentally by scientists.

o simplemente por error de los científicos.

All suspicious orders are reported to the FBI

Todos los pedidos sospechosos son denunciados al FBI

and other relevant law-enforcement agencies.

y otros organismos de seguridad.

Synthetic cell technologies will power the next industrial revolution

La tecnología de las células artificiales traerá la próxima Revolución Industrial,

and transform industries and economies

y los cambios que generará en las industrias y las economías

in ways that address global sustainability challenges.

nos permitirán afrontar el desafío global de la sostenibilidad.

The possibilities are endless.

Las posibilidades son infinitas.

I mean, you can think of clothes

Podríamos elaborar prendas

constructed form renewable biobased sources,

con materiales biobasados renovables,

cars running on biofuel from engineered microbes,

biocombustible para vehículos a partir de microbios modificados,

plastics made from biodegradable polymers

plásticos a partir de polímeros biodegradables

and customized therapies, printed at a patient's bedside.

y terapias personalizadas, impresas en la habitación del paciente.

The massive efforts to create synthetic cells

El enorme trabajo que hicimos con las células artificiales

have made us world leaders at writing DNA.

nos convirtió en líderes mundiales en la generación de ADN.

Throughout the process, we found ways to write DNA faster,

En el camino, encontramos modos de generar ADN más rápidamente,

more accurately and more reliably.

con más exactitud y más confiabilidad.

Because of the robustness of these technologies,

La solidez de estas tecnologías

we found that we could readily automate the processes

nos permitió automatizar los procesos fácilmente

and move the laboratory workflows out of the scientist's hands

y transferir los protocolos de laboratorio a una máquina.

and onto a machine.

In 2013, we built the first DNA printer.

En 2013 construimos la primera impresora de ADN.

We call it the BioXp.

La llamamos "BioXp".

And it has been absolutely essential in writing DNA

Esta máquina ha sido crucial en el proceso de escritura de ADN

across a number of applications

para una cantidad de aplicaciones

my team and researchers around the world are working on.

en las que mi equipo está colaborando con investigadores de todo el mundo.

It was shortly after we built the BioXp

Fue al poco tiempo de construir la BioXp

that we received that email about the H7N9 bird flu scare in China.

que recibimos ese correo sobre la fiebre aviaria H7N9 en China.

A team of Chinese scientists had already isolated the virus,

Un equipo de científicos chinos ya había conseguido aislar el virus,

sequenced its DNA and uploaded the DNA sequence to the internet.

secuenciar su ADN y subirlo a Internet.

At the request of the US government, we downloaded the DNA sequence

A pedido del gobierno de EE. UU., descargamos la secuencia de ADN

and in less than 12 hours, we printed it on the BioXp.

y, en menos de 12 horas, la imprimimos en la BioXp.

Our collaborators at Novartis

Enseguida, nuestros colegas de Novartis

then quickly started turning that synthetic DNA into a flu vaccine.

comenzaron a convertir ese ADN sintético en una vacuna contra la gripe.

Meanwhile, the CDC, using technology dating back to the 1940s,

El Centro de Control de Enfermedades, en tanto, con tecnología de los años 40,

was still waiting for the virus to arrive from China

todavía estaba esperando que le llegara el virus de China

so that they could begin their egg-based approach.

para poder comenzar con el método de los huevos.

For the first time, we had a flu vaccine developed ahead of time

Por primera vez teníamos una vacuna contra la gripe

desarrollada tempranamente

for a new and potentially dangerous strain,

contra una cepa nueva y potencialmente peligrosa,

and the US government ordered a stockpile.

y el gobierno de los EE. UU. hizo acopio.

(Applause)

(Aplausos)

This was when I began to appreciate, more than ever,

En ese momento, comencé a apreciar más que nunca

the power of biological teleportation.

el poder del teletransporte biológico.

(Laughter)

(Risas)

Naturally, with this in mind,

Naturalmente, con esto en mente,

we started to build a biological teleporter.

empezamos a construir un teletransportador biológico.

We call it the DBC.

Lo llamamos DBC, abreviatura de "convertidor digital-biológico".

That's short for digital-to-biological converter.

Unlike the BioXp,

A diferencia de la BioXp, que trabaja con segmentos cortos de ADN prefabricados,

which starts from pre-manufactured short pieces of DNA,

the DBC starts from digitized DNA code

el DBC toma código de ADN digitalizado

and converts that DNA code into biological entities,

y lo convierte en entidades biológicas,

such as DNA, RNA, proteins or even viruses.

como ADN, ARN, proteínas e incluso virus.

You can think of the BioXp as a DVD player,

Se podría decir que la BioXp es como un reproductor de DVD,

requiring a physical DVD to be inserted,

donde hay que insertar un disco físico,

whereas the DBC is Netflix.

mientras que el DBC es como Netflix.

To build the DBC,

Para construir el DBC,

my team of scientists worked with software and instrumentation engineers

mi equipo colaboró con ingenieros en software e instrumentación

to collapse multiple laboratory workflows,

para integrar una cantidad de protocolos de laboratorio

all in a single box.

en una única máquina.

This included software algorithms to predict what DNA to build,

Esto incluyó los algoritmos para determinar el ADN a fabricar,

chemistry to link the G, A, T and C building blocks of DNA into short pieces,

la química para unir las bases G, A, T y C de ADN y formar segmentos cortos,

Gibson Assembly to stitch together those short pieces into much longer ones,

el Ensamblaje de Gibson para unirlos y formar otros mucho más largos,

and biology to convert the DNA into other biological entities,

y la biología para convertir el ADN en otras entidades biológicas,

such as proteins.

como las proteínas.

This is the prototype.

Este es el prototipo.

Although it wasn't pretty, it was effective.

No era bonito, pero era efectivo.

It made therapeutic drugs and vaccines.

Fabricaba medicamentos y vacunas,

And laboratory workflows that once took weeks or months

y los protocolos de laboratorio, que antes llevaban semanas o meses,

could now be carried out in just one to two days.

ahora podían ejecutarse en tan solo un día o dos.

And that's all without any human intervention

Todo sin intervención humana

and simply activated by the receipt of an email

y activado simplemente por un correo electrónico

which could be sent from anywhere in the world.

que podía ser enviado de cualquier parte del mundo.

We like to compare the DBC to fax machines.

Nos gusta comparar el DBC con la máquina de fax.

But whereas fax machines received images and documents,

Pero mientras la máquina de fax recibía imágenes y documentos,

the DBC receives biological materials.

el DBC recibe materiales biológicos.

Now, consider how fax machines have evolved.

Piensen ahora en la evolución de las máquinas de fax.

The prototype of the 1840s is unrecognizable,

El prototipo de la década de 1840 es irreconocible

compared with the fax machines of today.

comparado con los faxes que hay ahora.

In the 1980s, most people still didn't know what a fax machine was,

En los 80, la mayoría de la gente todavía no sabía qué era el fax,

and if they did,

y si lo sabían,

it was difficult for them to grasp the concept

les resultaba difícil entender el concepto

of instantly reproducing an image on the other side of the world.

de que una imagen se reproducía instantáneamente en otra parte del mundo.

But nowadays, everything that a fax machine does

Hoy, todas las tareas de un fax pueden ser realizadas por el teléfono inteligente

is integrated on our smart phones,

and of course, we take this rapid exchange of digital information for granted.

y, por supuesto, damos por sentado

este intercambio veloz de información digital.

Here's what our DBC looks like today.

Nuestro DBC hoy en día se ve así.

We imagine the DBC evolving in similar ways as fax machines have.

Prevemos que el DBC evolucionará de manera similar a la máquina de fax.

We're working to reduce the size of the instrument,

Estamos trabajando para reducir el tamaño del instrumento,

and we're working to make the underlying technology

y para hacer que la tecnología de base

more reliable, cheaper, faster and more accurate.

sea más confiable, más económica, más veloz y más exacta.

Accuracy is extremely important when synthesizing DNA,

La exactitud es extremadamente importante en la síntesis de ADN,

because a single change to a DNA letter

porque cambiar tan solo una letra del ADN

could mean the difference between a medicine working or not

puede determinar si un medicamento funciona o no,

or synthetic cell being alive or dead.

o si una célula sintética está viva o no.

The DBC will be useful for the distributed manufacturing

El DBC será de utilidad

en la fabricación distribuida de medicamentos a partir de ADN.

of medicine starting from DNA.

Every hospital in the world could use a DBC

Todos los hospitales del mundo podrían usar un DBC

for printing personalized medicines for a patient at their bedside.

para imprimir medicamentos personalizados para cada paciente en su habitación.

I can even imagine a day when it's routine for people to have a DBC

Hasta puedo imaginar que un día será normal tener un DBC en casa

to connect to their home computer or smart phone

conectado a la computadora o al móvil

as a means to download their prescriptions,

para descargar recetas médicas,

such as insulin or antibody therapies.

como insulina o terapias de anticuerpos.

The DBC will also be valuable when placed in strategic areas around the world,

El DBC también será de utilidad en sitios estratégicos de todo el mundo

for rapid response to disease outbreaks.

para responder rápidamente ante brotes de enfermedades.

For example, the CDC in Atlanta, Georgia

Por ejemplo, el Centro de Control de Enfermedades en Atlanta, Georgia,

could send flu vaccine instructions to a DBC on the other side of the world,

podría enviar instrucciones a un DBC al otro lado del mundo

where the flu vaccine is manufactured right on the front lines.

para fabricar una vacuna contra la gripe directamente donde se necesita.

That flu vaccine could even be specifically tailored to the flu strain

Podría incluso ser una vacuna específica para la cepa de la gripe

that's circulating in that local area.

que está circulando en esa zona.

Sending vaccines around in a digital file,

Enviar vacunas en un archivo digital,

rather than stockpiling those same vaccines and shipping them out,

en lugar de acopiarlas y despacharlas,

promises to save thousands of lives.

promete salvar miles de vidas.

Of course, the applications go as far as the imagination goes.

Por supuesto, podemos imaginar todo tipo de aplicaciones.

It's not hard to imagine placing a DBC on another planet.

No es difícil imaginar un DBC instalado en otro planeta.

Scientists on Earth could then send the digital instructions to that DBC

Los científicos podrían mandar desde la Tierra

instrucciones digitales a ese DBC

to make new medicines or to make synthetic organisms

para fabricar nuevos medicamentos o para crear organismos sintéticos

that produce oxygen, food, fuel or building materials,

que produzcan oxígeno, alimento, combustible o materiales de construcción,

as a means for making the planet more habitable for humans.

con el objetivo de hacer ese planeta más apto para la vida humana.

(Applause)

(Aplausos)

With digital information traveling at the speed of light,

Con la información digital que viaja a la velocidad de la luz,

it would only take minutes to send those digital instructions

sería cuestión de minutos enviar esas instrucciones de la Tierra a Marte,

from Earth to Mars,

but it would take months to physically deliver those same samples

pero llevaría meses enviar las mismas muestras físicamente

on a spacecraft.

en una nave espacial.

But for now, I would be satisfied beaming new medicines across the globe,

Por ahora, me conformaría con enviar nuevos medicamentos por todo el mundo

fully automated and on demand,

de forma automática y a pedido,

saving lives from emerging infectious diseases

proteger vidas de nuevas enfermedades infecciosas

and printing personalized cancer medicines for those who don't have time to wait.

e imprimir drogas contra el cáncer,

personalizadas para los pacientes que no pueden esperar.

Thank you.

Gracias.

(Applause)

(Aplausos)