A Virus-Resistant Organism -- and What It Could Mean for the Future | Jason W. Chin | TED

Translator: Saameh Sanaaee Reviewer: sadegh vn

So we built a virus-resistant organism.

خب، ما یک ارگانیسم مقاوم در برابر ویروس ساختیم.

Why?

چرا؟

It's not about disease, or not directly.

ربطی به بیماری ندارد، حداقل به طور مستقیم.

It's about building the clean factories of the future.

مربوط به ساخت کارخانه‌های تمیز آینده می‌شود.

Let me explain by taking a big step back.

بگذارید به عقب برگردم و توضیح دهم.

All life runs on DNA.

تمام زندگی با دی‌ان‌ای کار می‌کند.

DNA codes for proteins, and proteins run life.

دی‌ان‌ای پروتئین را رمز می‌کند و پروتئین‌ها زندگی را راه می‌اندازند.

DNA is composed of four bases:

دی‌ان‌ای از چهار باز تشکیل شده‌است:

A, T, G and C.

G ،T ،A و C.

And triplets of these bases, known as codons,

و دسته‌های سه‌تایی این بازها، که به کدون شناخته می‌شوند،

encode each of the amino acid building blocks in proteins.

کدکننده‌ی هریک از آمینواسیدهایی هستند که واحدهای سازنده‌ی پروتئین‌ها هستند.

The genetic code is a rulebook

کد ژنتیکی یک کتاب قانون است

that defines which codon encodes which amino acid.

که تعیین می‌کند کدام کدون رمز کدام آمینواسید است.

So, for example,

برای مثال،

the triplet codon TCG encodes the amino acid serine.

کدون سه‌تایی TCG رمزکننده‌ی آمینواسید سِرین است.

And the order of triplet codons in DNA

و ترتیب کدون‌های سه‌تایی در دی‌ان‌ای

encodes the order of amino acid building blocks in a protein.

ترتیب آمینواسیدهایی را تعیین می‌کند که سازنده‌ی پروتئین‌ها هستند.

There are 64 triplet codons in DNA

تعداد کدون‌های سه‌تایی در دی‌ان‌ای ۶۴تاست

and just 20 common amino acids.

و تعداد آمینو‌اسیدهای معمول، ۲۰تا.

And this means that most amino acids

و این به این معنی است که اکثر آمینواسیدها

are encoded by more than one triplet codon.

توسط بیش از یک کدون سه‌تایی رمز می‌شوند.

So, for example, the amino acid serine

برای مثال، آمینواسید سرین

is encoded by six different triplet codons.

توسط شش کدون سه‌تایی متفاوت رمز می‌شود.

And triplet codons that encode the same amino acid

کدون‌های سه‌تایی که آمینواسید یکسانی را رمز می‌کنند،

are defined as synonymous codons.

به نام کدون‌های مترادف شناخته می‌شوند.

The DNA code used for life is near universal.

کد دی‌ان‌ای که برای زندگی استفاده می‌شود، تقریباً همگانی است.

All forms of life and viruses use essentially the same genetic code.

تمام اشکال زندگی و ویروس‌ها، اساساً از رمزهای یکسان ژنتیکی استفاده می‌کنند.

And that's a trait that we can exploit.

و این یک ویژگی قابل بهره برداری است.

Here's what we did.

این کاری است که ما کردیم.

We asked whether life needs multiple synonymous codons

ما پرسیدیم که آیا زندگی به چند کدون مترادف

to encode a single amino acid.

برای کد کردن یک آمینواسید نیاز دارد یا خیر.

For example, does life need six different codons,

برای مثال، آیا زندگی به شش کدون مختلف نیاز دارد

which all code for the amino acid serine?

که همگی آمینواسید سرین را کد می‌کنند؟

We took the four-million-character DNA of E. coli, its genome,

ما دی‌ان‌ای چهار میلیون کاراکتری E. coli، یعنی ژنومش را گرفتیم

and completely rewrote the code of this microbe

و کد این میکروب را کاملا بازنویسی کردیم

in a very specific way

به شکلی خاص

by replacing targeted codons in its genome

به‌وسیله‌ی جایگزینی کدون‌های ژنومش

with synonymous codons that encode the same amino acid.

با کدون‌های مترادفی که آمینواسیدهای یکسانی را کد می‌کنند.

So for example,

پس برای مثال،

we replaced the TCG and TCA codons,

ما کدون‌های TCG و TCA

which encode the amino acid serine,

که آمینواسید سرین را کد می‌کنند،

with AGT and AGC codons,

با کدون‌های AGT و AGC جایگزین کردیم

which also encode the amino acid serine.

که [آن‌ها] هم آمینواسید سرین را کد می‌کنند.

By doing this across the whole four-million-base genome,

با انجام این کار در کل طول ژنوم چهارمیلیون بازی،

we completely removed the targeted codons from the genetic code of E. coli.

ما کدون‌های هدف را تماماً از کد ژنتیکی E. coli حذف کردیم.

Overall, we compressed the genetic code from using 64 codons to using 61 codons.

به طور کلی، ما کد ژنتیکی طوری فشرده کردیم که به جای ۶۴ کدون، از ۶۱ کدون استفاده کند.

How did we do it?

چطور این‌کار را کردیم؟

We first took the four-million-character code in a computer

ما ابتدا کد چهارمیلیون کاراکتری را در یک کامپیوتر وارد کردیم

and used a find-and-replace operation

و از فرایند پیداکردن و جایگزینی استفاده کردیم

to replace targeted codons with their synonyms.

تا کدون‌های هدف را با مترادف‌هایشان جایگزین کنیم.

This created our new genome design,

این [کار] منجر به تولید طرح جدید ژنوم‌مان شد،

which contained more than 18,000 changes with respect to the original genome.

که حاوی بیش از ۱۸۰۰۰ تغییر نسبت به ژنوم اصلی است.

We then asked whether we could build an organism

سپس پرسیدیم که امکان دارد ارگانیسمی بسازیم

that runs on our synthetic genome design.

که با ژنوم مصنوعی ساخته‌ی ما کار کند.

We built the synthetic genome starting from short pieces of DNA.

ما ژنوم مصنوعی را با شروع از توالی‌های کوتاه دی‌ان‌ای ساختیم.

These were made by chemistry in a test tube,

این‌ها با علم شیمی و در لوله‌ی آزمایش ساخته شده‌اند،

something that would have been prohibitively expensive to do

چیزی که هزینه‌ی بسیار بالایش مانع از انجام آن

on this scale just a decade or two ago.

فقط در یک تا دو دهه‌ی اخیر، در این ابعاد می‌شد.

We then assembled these short pieces of DNA

زمانی که این توالی‌های کوتاه دی‌ان‌ای را به یکدیگر

into longer stretches of DNA,

و به شکل قطعات بلندتر متصل کردیم،

which we then used to step-by-step replace

که سپس برای جایگزینی مرحله به مرحله‌ی

all four million bases of the E. coli genome.

تمام چهارمیلیون باز ژنوم E. coli استفاده کردیم.

This created the largest synthetic genome ever made.

این کار منجر به تولید بزرگترین ژنوم مصنوعی تاکنون شد.

And the resulting cell was alive.

و سلول‌های حاصل زنده بودند.

Think about that.

به این فکر کنید.

We streamlined the genetic code, and yet the cell lived.

ما کد ژنتیکی را ساده کردیم و با این حال سلول زنده ماند.

We can create life with a compressed genetic code.

ما می‌توانیم زندگی را با یک کد ژنتیکی فشرده‌شده ایجاد کنیم.

Now because our organism with a compressed genetic code

حالا چون ارگانیسم ما با یک کد ژنتیکی فشرده

doesn't use all 64 triplet codons to make proteins,

از تمامی ۶۴ کدون سه‌تایی برای تولید پروتئین استفاده نمی‌کند،

we could remove some of the machinery from the cell

ما می‌توانیم مقداری از دستگاه‌ها را از سلول حذف کنیم

that normally reads the near-universal genetic code.

که در حالت طبیعی، کد ژنتیکی تقریباً همگانی را می‌خواند.

Specifically, we could remove components of the translational machinery,

خصوصاً ما می‌توانیم بخش‌هایی از ماشین ترجمه‌ی سلول را حذف کنیم،

specific tRNAs,

tRNAهای خاص،

that normally read the codons that we've removed from the genome.

که معمولاً کدون‌هایی را می‌خوانند که ما از ژنوم حذفشان کرده‌ایم.

Now, the key point here is that we've created a cell

حالا، نکته‌ی اصلی این است که ما سلولی ایجاد کرده‌ایم

that no longer reads all the codons in the near-universal genetic code.

که دیگر نیازی به خوانش تمام کدون‌ها در کد ژنتیکی تقریباً همگانی ندارد.

Now viruses infect cells.

خب، ویروس‌ها می‌توانند سلول‌ها را آلوده کنند.

These might be the cells of our bodies

این‌ها می‌توانند سلول‌های بدن ما باشند

or single-celled microbes like E.coli.

یا میکروب‌های تک سلولی مثل E. coli.

They commonly have their own DNA,

آن‌ها معمولا دی‌ان‌ای خودشان را دارند،

which uses the near-universal genetic code

که از کد ژنتیکی تقریباً همگانی استفاده می‌کند

to encode the proteins necessary to make copies of the virus.

تا پروتئین‌هایی را کد کنند که برای ساخت کپی‌های ویروس لازم هستند.

But viruses don't have the machinery to read the genetic code in their DNA,

اما ویروس‌ها دستگاه‌های لازم برای خوانش کد ژنتیکی درون دی‌ان‌ای خود را ندارند،

and instead they rely on the host cell, the machinery of the host cell,

و به جای آن، به سلول میزبان و دستگاه‌های آن وابسته هستند

to read the genetic code in their DNA

تا کد ژنتیکی درون دی‌ان‌ای‌شان را بخواند

and make copies of the virus.

و کپی‌هایی از ویروس بسازد.

It's these copies of the virus that go on to infect other cells.

این کپی‌های ویروس هستند که سلول‌های [میزبان] دیگر را آلوده خواهندکرد.

And this is how viruses spread.

و این، طرز انتشار ویروس است.

But viruses are unable to make copies of themselves in our new organism

اما ویروس‌ها نمی‌توانند در ارگانیسم جدید ما از خودشان کپی بسازند

because our new organism doesn't have the machinery

زیرا ارگانیسم جدیدمان دستگاه‌های مورد نیاز

to read all the codons in the DNA of the virus.

برای خوانش کل کدون‌های دی‌ان‌ای ویروس را ندارد.

The code in the DNA used in the virus

کد موجود در دی‌ان‌ای استفاده شده در ویروس

and the host cell's machinery to read that code are incompatible.

و دستگاه‌های موجود در سلول میزبان برای خوانش آن کد سازگار نیستند.

Therefore, the virus doesn’t spread in the new organism,

پس، ویروس در ارگانیسم جدید منتشر نمی‌شود

and the new organism is resistant to viruses.

و ارگانیسم جدید به ویروس‌ها مقاوم است.

In fact, we showed that our new organism was resistant to a wide range of viruses,

درواقع، ما نشان دادیم که ارگانیسم جدیدمان در برابر طیف وسیعی از ویروس‌ها مقاوم است،

suggesting that rewriting the genetic code

که نشان می‌دهد بازنویسی کد ژنتیکی

provides a route to creating broadly virus-resistant life.

راهی برای ایجاد یک زندگیِ به طور گسترده مقاوم دربرابر ویروس به دست می‌دهد.

By extending the approaches we've developed to other organisms,

با توسعه‌ی پیشبردهایمان به ارگانیسم‌های دیگر،

it may be possible to create virus-resistant crops and animals

احتمال تولید حیوانات و غلات مقاوم به ویروس وجود دارد

with important applications in agriculture and beyond.

با کاربردهای اساسی در کشاورزی و فراتر از آن.

But our advances also provide a foundation

اما پیشرفت‌هایمان، بنیادی را نیز

for turning cells into the clean factories of the future.

برای تبدیل سلول‌ها به کارخانه‌های تمیز آینده به دست می‌دهند.

How?

چگونه؟

So to explain, let me take another step back

پس برای توضیح، بگذارید یک قدم به عقب بازگردم

to how organisms read their genetic code to make proteins.

به این که چگونه ارگانیسم‌ها کد ژنتیکی خود را برای ساخت پروتئین می‌خوانند.

Recall that the order of triplet codons in DNA

به یاد بیاورید که ترتیب کدون‌های سه‌تایی در دی‌ان‌ای

encodes the order of amino acid building blocks in a protein.

ترتیب واحدهای سازنده‌ی یک پروتئین [یعنی] آمینواسیدها را رمز می‌کند.

And it's the translational machinery of cells

و دستگاه‌های ترجمه در سلول هستند که

that reads the triplet codons

کدون‌های سه‌تایی را می‌خوانند

and builds the corresponding sequence of amino acids.

و توالی آمینواسیدی متناظر را می‌سازند.

The translational machinery of natural cells --

دستگاه‌های ترجمه‌ی سلول‌های طبیعی --

including ribosomes,

شامل ریبوزوم‌ها،

aminoacyl-tRNA synthetase enzymes and tRNAs --

آنزیم‌های آمینواسیل-tRNA سنتتاز و tRNAها--

is a unique and special system for making proteins

سیستمی منحصر به فرد و خاص برای ساخت پروتئین‌هاست

in which the 20 common amino acids are strung together in a chain.

که در آن ۲۰ آمینواسید معمول در یک زنجیره به یکدیگر متصل می‌شوند.

Now, proteins are amazing,

خب، پروتئین‌ها خارق‌العاده هستند،

but they're just one example

اما فقط یک مثال

from a vast class of molecules known as polymers,

از یک کلاس مولکولی به نام پلیمرها هستند،

which includes plastics, materials and drugs.

که شامل پلاستیک‌ها، مواد و داروها می‌شوند.

And the polymer or linear polymer is really any molecule

و پلیمر یا پلیمر خطی، درواقع هر مولکولی است که در آن

in which simpler chemical building blocks are strung together in a chain.

واحدهای سازنده‌ی ساده‌تر در یک زنجیره به یکدیگر متصل می‌شوند.

We wanted to unlock the potential of the translational machinery

ما خواستیم تا پتانسیل دستگاه‌های ترجمه را نشان دهیم

for making plastics, materials and drugs

برای ساخت پلاستیک، مواد و داروها

that simply can't be made in any other way,

که صرفاً نمی‌توانند با هیچ روش دیگری ساخته شود،

or that could be made more cleanly and efficiently

یا بتواند پاک‌تر و با بازدهی بالاتری ساخته شود

using engineered versions of the cell's translational machinery.

با استفاده از نسخه‌هایی مهندسی‌شده از دستگاه‌های ترجمه‌ی سلول.

The building blocks for these polymers

واحدهای سازنده‌ی این پلیمرها

go well beyond the 20 common amino acids used to make proteins.

از ۲۰ آمینواسید معمول برای ساخت پروتئین‌ها فراتر می‌رود.

It's been impossible to unlock the potential

تا به حال، امکان این نبوده است که ازپتانسیلِ

of the translational machinery for making plastics, materials and drugs

دستگاه‌های ترجمه برای ساخت پلاستیک، مواد و داروها استفاده شود

for two reasons.

به دو علت.

First, all 64 triplet codons in natural cells

اول، تمام ۶۴ کدون سه‌تایی در سلول‌های طبیعی

are used for making natural proteins,

برای ساخت پروتئین‌های طبیعی استفاده می‌شوند،

and there are simply no codons available to encode the synthesis of new polymers.

و صرفاً هیچ کدونی برای ساخت پلیمرهای جدید وجود ندارد.

Second, the natural translational machinery

دوم، دستگاه‌های طبیعی ترجمه

specifically uses natural amino acids

به طور تخصصی از آمینواسیدهای طبیعی استفاده می‌کنند

and simply can't use the chemical building blocks

و نمی‌توانند فقط از واحدهای سازنده‌ی شیمیایی استفاده کنند

required to make new polymers.

که برای ساخت پلیمرهای جدید لازم است.

However, a virus-resistant organism

با این حال، یک ارگانیسم مقاوم به ویروس

doesn't use all 64 triplet codons to make proteins

از تمام ۶۴ کدون سه‌تایی برای ساخت پروتئین‌ها استفاده نمی‌کند

and doesn't contain the machinery to read the codons

و دارای دستگاهی برای خوانش کدون‌ها نیست

that have been deleted from its genome.

که از ژنومش حذف شده‌اند.

And this cell provides the starting point for genetically-encoded polymer synthesis.

و این سلول نقطه‌ی شروعی را برای ساخت پلیمر کدشده در ژن، به دست می‌دهد.

To realize genetically-encoded polymer synthesis

برای درک ساخت پلیمر کدشده در ژن

in our virus-resistant organism,

در ارگانیسم مقاوم به ویروسمان،

we added synthetic DNA containing the triplet codons

ما دی‌ان‌ای مصنوعی حاوی کدون‌های سه‌تایی به آن اضافه کردیم

we'd removed from the genome of the cell

که از ژنوم سلول حذفشان کرده بودیم

and engineered translational machinery to read these codons

و دستگاه ترجمه را مهندسی کردیم تا این کدون‌ها را بخواند

and reassign them to new chemical building blocks for new polymers.

و آن‌ها را به واحدهای سازنده‌ی شیمیایی برای پلیمرهای جدید اختصاص دهد.

This system can be programmed to make diverse synthetic polymers.

این سیستم می‌تواند برای ساخت پلیمرهای مصنوعی متنوع برنامه‌نویسی شود.

By changing the order of the triplet codons

با تغییر ترتیب کدون‌های سه‌تایی

in the synthetic DNA,

در دی‌ان‌ای مصنوعی،

we can change the order of the chemical building blocks

می‌توانیم ترتیب واحدهای سازنده‌ی شیمیایی

که در پلیمر حاصل برنامه‌نویسی کرده‌ایم را تغییر دهیم.

that we program into the resulting polymer.

And by changing the identity of the engineered translational machinery

و با تغییر هویت دستگاه ترجمه‌ی مهندسی شده

that we add to the cell,

که به سلول اضافه کرده‌ایم،

we can change the identity of the chemical building blocks

می‌توانیم هویت واحدهای سازنده‌ی شیمیایی را تغییر دهیم

from which we compose the polymer.

که از آن پلیمر را می‌سازیم.

Overall, we've created a cellular factory

به طور کلی، ما یک کارخانه‌ی سلولی ایجاد کرده‌ایم

that we can reliably and predictably program

که می‌توانیم آن را با اطمینان و قابل پیش‌بینی برنامه‌ریزی کنیم

to make synthetic polymers.

تا پلیمرهای مصنوعی بسازیم.

Using our approach, we've already been able to program cells

با استفاده از روشمان، توانسته‌ایم سلول‌ها را برنامه‌ریزی کنیم

to make new molecules,

تا مولکول‌های جدیدی بسازند،

including molecules from an important class of drugs

شامل مولکول‌هایی از یک کلاس مهم دارویی

known as depsipeptide macrocycles.

به نام ماکروسیکل‌های دپسی‌پپتیدی.

Molecules in this class include antibiotics,

مولکول‌های این کلاس، شامل آنتی‌بیوتیک‌ها،

immunosuppressives and anti-tumor compounds.

سرکوب‌کننده‌های ایمنی و ترکیب‌های ضد تومور هستند.

We've also been able to program cells to make completely synthetic polymers

ما همچنین توانستیم سلول‌ها را برنامه‌ریزی کنیم تا پلیمرهایی کاملا مصنوعی بسازند

containing the chemical linkages found

که دارای اتصالاتی شیمیایی هستند که

in several classes of biodegradable plastics.

در کلاس‌های مختلف پلاستیک‌های زیست تجزیه‌پذیر یافت می‌شود.

As we build new polymer molecules using our cellular factories,

با ساخت مولکول‌های پلیمری جدید با استفاده از کارخانه‌های سلولی جدیدمان،

we have the opportunity to consider from the beginning

ما این فرصت را داریم که از ابتدا در نظر بگیریم

how we might also use engineered biological cells

چگونه ممکن است از سلول‌های زیست-مهندسی‌شده نیز استفاده کنیم

to break these polymers down

تا این پلیمرها را

into their constituent chemical building blocks

به زیرواحدهای شیمیایی سازنده‌شان تجزیه کنیم

that could be recycled and used for new encoded polymers.

که می‌توانند بازیافت شوند و برای ساخت پلیمرهای جدید کدشده استفاده شوند.

We envision a circular bioeconomy

ما یک اقتصاد زیستی چرخه‌ای را تصور می‌کنیم

in which our new genetically-encoded plastics and materials

که در آن، پلاستیک‌ها و مواد کدشده‌ی ژنتیکی جدیدمان

are manufactured and ultimately broken down

تولید و درنهایت تجزیه می‌شوند

using low-energy cellular processes,

با استفاده از فرایندهای سلولی با انرژی کم

taking advantage of existing bioreactors and fermenters.

و استفاده از بیوراکتور و دستگاه‌های تخمیرکننده‌ی موجود.

By taking inspiration from nature and reimagining what life can become,

با الهام از طبیعت و تصوری دوباره از چیزی که زندگی می‌تواند به آن تبدیل شود،

we have the opportunity to build the sustainable industries of the future.

ما این فرصت را داریم که صنایع پایدار آینده را بسازیم.

Thank you.

ممنون از شما.

(Applause)

(تشویق)