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

Traducteur: Claire Ghyselen Relecteur: eric vautier

Alright, let me tell you about building synthetic cells

Permettez-moi vous expliquer la fabrication de cellules synthétiques

and printing life.

et comment imprimer de la vie.

But first, let me tell you a quick story.

Mais d'abord, je vais vous raconter une histoire.

On March 31, 2013,

Le 31 mars 2013,

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

mon équipe et moi avons reçu un mail d'une organisation internationale de santé,

alerting us that two men died in China

nous alertant que deux hommes en Chine étaient morts

shortly after contracting the H7N9 bird flu.

peu après avoir contracté la grippe aviaire H7N9.

On pouvait craindre une pandémie globale

There were fears of a global pandemic

as the virus started rapidly moving across China.

car le virus commençait à se répandre rapidement à travers la Chine.

Bien qu'il existe des méthodes pour produire un vaccin contre la grippe

Although methods existed to produce a flu vaccine

and stop the disease from spreading,

et empêcher la maladie de se propager,

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

au mieux, il ne serait pas disponible avant six mois.

This is because a slow, antiquated flu vaccine manufacturing process

C’est dû au fait que la seule solution est un processus de production des vaccins

developed over 70 years ago was the only option.

lent, désuet et développé il y a plus de 70 ans.

The virus would need to be isolated from infected patients,

On doit d’abord isoler le virus chez des patients infectés,

packaged up and then sent to a facility

les emballer et les expédier dans un centre

where scientists would inject the virus into chicken eggs,

où des scientifiques vont l'injecter dans des œufs de poule.

and incubate those chicken eggs for several weeks

On va ensuite couver ces œufs pendant plusieurs semaines

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

afin de préparer le virus pour la première étape

multimonth flu vaccine manufacturing process.

d'un processus complexe de fabrication du vaccin qui dure des mois.

My team and I received this email

Mon équipe et moi avons donc reçu ce mail

because we had just invented a biological printer,

car on venait d’inventer une imprimante biologique,

which would allow for the flu vaccine instructions

qui permet de télécharger les instructions du vaccin

to be instantly downloaded from the internet and printed.

instantanément d’Internet et de l'imprimer.

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

On accélère considérablement la façon dont les vaccins antigrippaux sont fabriqués

and potentially saving thousands of lives.

et on sauve potentiellement des milliers de vies.

The biological printer leverages our ability to read and write DNA

L’imprimante biologique exploite notre capacité à lire et écrire de l’ADN

and starts to bring into focus

et commence à attirer l’attention

what we like to call biological teleportation.

sur ce qu'on appelle la téléportation biologique.

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

Je suis biologiste et ingénieur et je fabrique des choses à partir d’ADN.

C’est difficile à croire mais une de mes occupations favorites

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

is to take DNA apart and put it back together

est de démanteler l’ADN et de le recomposer

so that I can understand better how it works.

pour mieux comprendre son fonctionnement.

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

Je peux éditer et programmer l’ADN pour lui faire faire des choses,

comme n’importe quel programme informatique.

But my apps are different.

Mais mes applications sont différentes.

They create life.

Elles créent de la vie,

Self-replicating living cells and things like vaccines and therapeutics

des cellules autoréplicables ou des vaccins et des thérapies

that work in ways that were previously impossible.

qui fonctionnent de manière impossible jusqu'à présent.

Here's National Medal of Science recipient Craig Venter

Voici le lauréat de la distinction nationale des Sciences, Craig Venter

and Nobel laureate Ham Smith.

et le lauréat du Prix Nobel, Ham Smith.

C'est deux personnes partagent une vision similaire.

These two guys shared a similar vision.

That vision was, because all of the functions and characteristics

Ils pensent que puisque toutes les fonctions et caractéristiques

of all biological entities, including viruses and living cells,

de tous les êtres vivants, jusqu’aux virus et cellules vivantes,

are written into the code of DNA,

sont écrites dans le code de lADN,

if one can read and write that code of DNA,

si on peut lire et écrire ce code,

then they can be reconstructed in a distant location.

on peut le reconstituer ailleurs.

This is what we mean by biological teleportation.

C’est ce que nous voulons dire par téléportation biologique.

To prove out this vision,

Pour prouver cette idée,

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

Craig et Ham ont décidé de créer, pour la première fois au monde,

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

une cellule synthétique, provenant d’un code ADN dans un ordinateur.

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

Ça en jettte, non ? Pour un scientifique à la recherche d'un emploi,

on ne fait pas mieux en termes de recherche de pointe.

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

(Laughter)

(Rires)

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

Un génome est un ensemble complet d’ADN à l’intérieur d’un organisme.

Following the Human Genome Project in 2003,

En 2003, le projet génome humain,

which was an international effort to identify

une initiative internationale pour identifier

the complete genetic blueprint of a human being,

le séquençage complet de l'ADN du génome humain,

a genomics revolution happened.

une révolution génomique s’est produite.

Scientists started mastering the techniques for reading DNA.

Les scientifiques ont maîtrisé les techniques de séquençage de l’ADN

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

pour déterminer l’ordre d’apparition des A, C, T et G

within an organism.

dans un organisme.

But my job was far different.

Mais ma mission est très éloignée de ça.

I needed to master the techniques for writing DNA.

Je dois maîtriser les techniques pour écrire de l’ADN.

Like an author of a book,

Comme un auteur de roman,

this started out as writing short sentences,

j’ai commencé en écrivant des phrases courtes,

or sequences of DNA code,

des séquences de code d’ADN,

but this soon turned into writing paragraphs

et progressivement, j'ai écrit des paragraphes,

and then full-on novels of DNA code,

en ensuite, des romans entiers d’ADN,

to make important biological instructions for proteins and living cells.

des instructions biologiques importantes pour les protéines et cellules vivantes.

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

Une cellule est le moyen naturel le plus efficace pour créer de nouveaux produits.

accounting for the production

Elles produisent de 25% de tout le marché pharmaceutique,

of 25 percent of the total pharmaceutical market,

which is billions of dollars.

ce qui représente des milliards de dollars.

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

C’était évident qu’écrire de l’ADN allait développer davantage la bio-économie

once cells could be programmed just like computers.

dès que les cellules pourraient être programmées comme un ordinateur.

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

C’était évident aussi qu’écrire de l’ADN allait rendre possible

la téléportation biologique,

the printing of defined, biological material,

l’impression de matériaux biologiques déterminés,

starting from DNA code.

en partant d'un code d’ADN.

As a step toward bringing these promises to fruition,

Le premier pas vers cet accomplissement s’est concrétisé

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

quand notre équipe a décidé de créer pour la première fois

a synthetic bacterial cell,

une cellule de bactérie synthétique

starting from DNA code in the computer.

à partir d’un code d’ADN dans un ordinateur.

Synthetic DNA is a commodity.

L’ADN synthétique est une commodité.

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

On peut commander de très petits bouts d’ADN auprès de plusieurs entreprises.

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

Elles prennent ces quatre bouteilles de produits chimiques qui constituent l’ADN,

G, A, T and C,

G, A, T et C,

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

et vont fabriquer ces petites séquences d’ADN à votre demande.

Over the past 15 years or so,

Il y a un peu plus de 15 ans que mon équipe développe une technologie

my teams have been developing the technology

for stitching together those short pieces of DNA

pour assembler ces morceaux d’ADN en génomes de bactérie entiers.

into complete bacterial genomes.

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

Le plus grand génome que nous avons assemblé

contient plus d’un million de lettres,

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

soit un peu plus que le double d’un roman.

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

Nous avons dû aligner toutes les lettres, une par une, dans le bon ordre

without a single typo.

sans une seule erreur.

We were able to accomplish this by developing a procedure

On y est parvenu en développant un protocole

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

que j’ai voulu nommer :

« la méthode in vitro isothermique recombinante en une seule étape ».

(Laughter)

(Rires)

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

C’est étrange,

mais la communauté scientifique n’a pas voulu d’un terme techniquement exact

and decided to call it Gibson Assembly.

et a décidé de l’appeler : « Gibson Assembly. »

Gibson Assembly is now the gold standard tool,

Gibson Assembly est devenu un outil standard

used in laboratories around the world

utilisé par tous les laboratoires dans le monde

for building short and long pieces of DNA.

pour fabriquer des séquences d’ADN courtes et longues.

(Applause)

(Applaudissements)

Once we chemically synthesized the complete bacterial genome,

Une fois le génome bactériologique complet synthétisé chimiquement,

our next challenge was to find a way

on a relevé le défi suivant :

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

trouver une façon de le convertir en une cellule auto-réplicante vivante.

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

On a considéré que le génome était le système d’exploitation de la cellule,

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

celle-ci contenant le matériel nécessaire pour faire tourner le génome.

Through a lot of trial and error,

En suivant la méthode empirique,

we developed a procedure where we could reprogram cells

nous avons développé un protocole pour reprogrammer des cellules.

and even convert one bacterial species into another,

On a même réussi à convertir une espèce bactériologique en une autre

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

en remplaçant le génome d’une cellule par celui d’une autre.

This genome transplantation technology then paved the way

Cette technologie de transplantation du génome a ouvert la voie

for the booting-up of genomes written by scientists

au démarrage des génomes écrit par les scientifiques

and not by Mother Nature.

et non par Mère nature.

In 2010, all of the technologies

En 2010, toutes les technologies

that we had been developing for reading and writing DNA

que nous avions développées pour lire et écrire de l'ADN,

all came together when we announced the creation

se sont combinées au moment de l'annonce de la création

of the first synthetic cell,

de la première cellule synthétique,

which of course, we called Synthia.

que nous avons bien évidemment nommée Synthia.

(Laughter)

(Rires)

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

Depuis le premier séquençage du génome d'une bactérie en 1995,

thousands more whole bacterial genomes have been sequenced and stored

des milliers de génomes de bactéries ont été séquencés et sauvegardés

in computer databases.

dans des bases de données.

Our synthetic cell work was the proof of concept

Notre cellule synthétique démontrait la faisabilité

que nous pouvions réaliser ce processus en sens inverse :

that we could reverse this process:

pull a complete bacterial genome sequence out of the computer

prendre une séquence complète d'un génome d'une bactérie

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

et convertir cette information digitale en une cellule vivante auto-réplicante,

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

munie de toutes les caractéristiques attendues dans l'espèce reconstruite.

Now I can understand why there may be concerns

Je comprends les inquiétudes

about the safety of this level of genetic manipulation.

sur la sécurité à un tel niveau de manipulation génétique.

While the technology has the potential for great societal benefit,

Si cette technologie a un grand potentiel de contribuer positivement à la société,

it also has the potential for doing harm.

elle peut aussi lui nuire.

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

Nous y pensions avant même d'entreprendre nos premières expériences.

our team started to work with the public and the government

L'équipe a immédiatement travaillé avec la société civile et le gouvernement

to find solutions together

pour trouver des solutions ensemble

to responsibly develop and regulate this new technology.

et développer et réglementer ces nouvelles technologies de manière responsable.

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

Une des conséquences de ces discussions prend la forme d'un audit de chaque client

and every customer's DNA synthesis orders,

et de toutes les commandes d'ADN synthétique

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

pour nous assurer que des pathogènes ou des toxines ne sont pas créés

par des personnes malveillantes ou des scientifiques accidentellement.

or accidentally by scientists.

All suspicious orders are reported to the FBI

Nous alertons le FBI de toute commande suspecte

and other relevant law-enforcement agencies.

ainsi que les autres agences de maintien de l'ordre public.

Synthetic cell technologies will power the next industrial revolution

La synthèse cellulaire va alimenter la prochaine révolution industrielle

and transform industries and economies

et transformer l'industrie et l'économie

in ways that address global sustainability challenges.

et leur permettre de s'atteler aux défis mondiaux d'un environnement durable.

The possibilities are endless.

Il y a un nombre infini de possibilités.

I mean, you can think of clothes

On pourrait imaginer des vêtements

constructed form renewable biobased sources,

fabriqués à partir de sources biologiques renouvelables,

cars running on biofuel from engineered microbes,

des bio-combustibles pour les voitures produits par des microbes conçus pour ça,

plastics made from biodegradable polymers

du plastique fabriqué à partir de biopolymères biodégradables,

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

des thérapies personnalisées imprimées au chevet des patients.

The massive efforts to create synthetic cells

Les efforts énormes consentis pour créer des cellules synthétiques

have made us world leaders at writing DNA.

ont fait de nous les leaders mondiaux dans l'écriture d'ADN.

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

Durant tout ce processus, on a trouvé des moyens plus rapides d'écrire l'ADN,

more accurately and more reliably.

plus précis et plus surs.

Because of the robustness of these technologies,

La robustesse de ces technologies

nous a conduits à découvrir que ces processus peuvent être automatisés

we found that we could readily automate the processes

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

et que les protocoles de manipulations par les scientifiques en labo

and onto a machine.

peuvent glisser vers des machines.

In 2013, we built the first DNA printer.

En 2013, on a créé notre première imprimante d'ADN.

We call it the BioXp.

On l'a appelée BioXp.

And it has been absolutely essential in writing DNA

Cette machine s'est avérée cruciale pour écrire de l'ADN

across a number of applications

pour des applications multiples

my team and researchers around the world are working on.

que mon équipe et des chercheurs dans le monde développent.

It was shortly after we built the BioXp

Peu après avoir assemblé la BioXp,

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

nous avons reçu ce message au sujet de la grippe aviaire H7N9 en Chine.

A team of Chinese scientists had already isolated the virus,

Une équipe scientifique chinoise avait déjà isolé le virus,

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

séquencé son ADN et téléchargé la séquence sur Internet.

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

À la demande du gouvernement américain, nous avons téléchargé la séquence d'ADN

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

et en moins de 12 heures, nous l'avons imprimée sur la BioXp.

Our collaborators at Novartis

Nos collaborateurs chez Novartis

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

ont immédiatement transformé l'ADN synthétique en vaccin anti-grippe.

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

Entretemps, le centre pour le contrôle et la prévention des maladies,

avec sa technologie des années 40,

was still waiting for the virus to arrive from China

attendait toujours l'arrivée du virus expédié de Chine

so that they could begin their egg-based approach.

pour entamer leur procédure avec les œufs.

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

Pour la première fois, on avait un vaccin suffisamment en avance

for a new and potentially dangerous strain,

pour empêcher la diffusion d'une souche nouvelle potentiellement dangereuse

and the US government ordered a stockpile.

et le gouvernement américain a passé commande.

(Applause)

(Applaudissements)

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

C'est à ce moment-là que j'ai vraiment aimé, pour de vrai,

the power of biological teleportation.

le pouvoir de la téléportation biologique.

(Laughter)

(Rires)

Naturally, with this in mind,

De fil en aiguille,

nous avons donc commencé à concevoir un téléporteur biologique.

we started to build a biological teleporter.

We call it the DBC.

On l'a surnommé ONB.

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

C'est l'acronyme d'onduleur du numérique vers le biologique.

Unlike the BioXp,

Contrairement au BioXp,

which starts from pre-manufactured short pieces of DNA,

qui part de petits morceaux d'ADN préfabriqués,

the DBC starts from digitized DNA code

l'ONB part d'un code d'ADN numérique

and converts that DNA code into biological entities,

et le convertit en entités biologiques

such as DNA, RNA, proteins or even viruses.

comme l'ADN, l'ARN, les protéines ou des virus.

You can think of the BioXp as a DVD player,

On pourrait dire que le BioXp est un lecteur DVD,

requiring a physical DVD to be inserted,

qui a besoin d'un DVD concret,

whereas the DBC is Netflix.

alors que l'ONB, c'est Netflix.

To build the DBC,

Pour fabriquer l'ONB,

my team of scientists worked with software and instrumentation engineers

mon équipe a travaillé avec des ingénieurs informaticiens et d'instrumentation

to collapse multiple laboratory workflows,

pour réduire de multiples protocoles de laboratoire

all in a single box.

en une seule machine.

This included software algorithms to predict what DNA to build,

On parle notamment d'algorithmes prédictifs de l'ADN à fabriquer,

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

de chimie pour lier les briques de l'ADN, G,A,T et C, en petits morceaux,

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

de Gibson Assembly pour assembler ces petits morceaux en plus gros

and biology to convert the DNA into other biological entities,

et de biologie pour convertir l'ADN en entités biologiques,

such as proteins.

comme les protéines.

This is the prototype.

Voici le prototype.

Although it wasn't pretty, it was effective.

Il est assez moche mais très efficace.

It made therapeutic drugs and vaccines.

Il a produit des thérapies et des vaccins.

And laboratory workflows that once took weeks or months

Des protocoles qui duraient des semaines ou des mois en laboratoire,

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

ont pu être réalisés en un ou deux jours.

And that's all without any human intervention

Tout cela, sans aucune intervention humaine,

and simply activated by the receipt of an email

et activé à la réception d'un mail

which could be sent from anywhere in the world.

qui peut venir de n'importe où dans le monde.

We like to compare the DBC to fax machines.

On compare l'ONB à un fax.

But whereas fax machines received images and documents,

Là où les fax réceptionnent des images et des documents,

the DBC receives biological materials.

l'ONB réceptionne des matériaux biologiques.

Now, consider how fax machines have evolved.

Rappelez-vous l'évolution qu'a connue le fax.

The prototype of the 1840s is unrecognizable,

Le prototype fabriqué dans les années 40 est méconnaissable

compared with the fax machines of today.

par rapport aux machines d'aujourd'hui.

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

Dans les années 80, les gens ne savaient pas de quoi il s'agissait.

and if they did,

Mais s'ils le savaient,

it was difficult for them to grasp the concept

ils avaient du mal à concevoir l'idée

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

de reproduction immédiate d'une image à l'autre bout du monde.

But nowadays, everything that a fax machine does

Mais aujourd'hui, tout ce que fait un fax

is integrated on our smart phones,

est intégré dans nos smartphones

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

et ces échanges d'informations numériques instantanés nous semblent évidents.

Here's what our DBC looks like today.

Voici à quoi ressemble notre ONB aujourd'hui.

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

On pense que son évolution sera similaire à celle du fax.

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

On s'efforce de réduire la taille des instruments

and we're working to make the underlying technology

et de rendre la technologie sous-jacente

more reliable, cheaper, faster and more accurate.

plus stable, moins chère, plus rapide et plus précise.

Accuracy is extremely important when synthesizing DNA,

La précision est cruciale pour synthétiser de l'ADN

because a single change to a DNA letter

car un seul changement de lettre

could mean the difference between a medicine working or not

fait la différence entre une thérapie qui guérit ou pas,

or synthetic cell being alive or dead.

ou entre une cellule synthétique vivante ou morte.

The DBC will be useful for the distributed manufacturing

L’ONB sera utile pour la fabrication à distance

of medicine starting from DNA.

de thérapies élaborées au départ de l’ADN.

Every hospital in the world could use a DBC

Tous les hôpitaux dans le monde pourraient l’utiliser

for printing personalized medicines for a patient at their bedside.

pour imprimer des thérapies personnalisées littéralement au chevet de patient.

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

Je peux même imaginer le jour où ce sera évident d’avoir un ONB

to connect to their home computer or smart phone

interconnecté avec leur PC ou les smartphones

as a means to download their prescriptions,

pour télécharger les prescriptions médicales

such as insulin or antibody therapies.

comme l’insuline ou des traitements aux anticorps.

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

L’ONB sera particulièrement utile

dans des endroits stratégiques dans le monde,

for rapid response to disease outbreaks.

pour réagir rapidement face aux foyers d’épidémies.

For example, the CDC in Atlanta, Georgia

L’ONB qui est à Atlanta est un bon exemple.

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

Il a pu envoyer les instructions du vaccin à un ONB de l’autre côté du monde

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

où on a fabriqué le vaccin, directement là où il était nécessaire.

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

On a été capable de tailler le vaccin sur mesure de la souche virale

that's circulating in that local area.

qui se répandait dans la région.

Sending vaccines around in a digital file,

Quand en envoie les vaccins dans un fichier numérique,

rather than stockpiling those same vaccines and shipping them out,

plutôt que d’emmagasiner des doses et de les expédier physiquement,

promises to save thousands of lives.

on peut sauver des milliers de vie.

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

Seules les frontières de notre créativité limiteront les applications possibles.

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

Pourquoi ne pas en installer une sur une autre planète ?

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

Depuis la Terre, les scientifiques enverraient des instructions numériques

to make new medicines or to make synthetic organisms

pour fabriquer des nouvelles thérapies ou des organismes synthétiques

that produce oxygen, food, fuel or building materials,

qui produisent de l’oxygène, de la nourriture,

du combustible ou des matériaux de construction,

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

rendant ainsi cette planète habitable par les humains.

(Applause)

(Applaudissements)

With digital information traveling at the speed of light,

Les informations numériques voyagent à la vitesse de la lumière,

it would only take minutes to send those digital instructions

quelques minutes suffisent pour envoyer ces instructions numérisées

from Earth to Mars,

sur Mars

but it would take months to physically deliver those same samples

alors qu’une expédition par vaisseau spatial

on a spacecraft.

demanderait plusieurs mois.

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

Aujourd’hui, je serais déjà heureux de téléporter des médicaments nouveaux

de manière automatique et à la demande, partout dans le monde,

fully automated and on demand,

saving lives from emerging infectious diseases

pour sauver des vies des griffes de maladies infectieuses

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

et pour imprimer des thérapies personnalisées contre le cancer

pour ceux qui n’ont plus le temps de patienter.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)