How designing brand-new enzymes could change the world | Adam Garske

Translator: Ivana Korom Reviewer: Krystian Aparta

Traducteur: Sofia Allegra Minuti Relecteur: Claire Ghyselen

Growing up in central Wisconsin, I spent a lot of time outside.

J'ai grandi dans le Wisconsin, je passais beaucoup de temps dehors.

In the spring, I'd smell the heady fragrance of lilacs.

Au printemps, je sentais le parfum enivrant des lilas.

In the summer, I loved the electric glow of fireflies

En été, j'aimais les points lumineux des lucioles

as they would zip around on muggy nights.

qui virevoltaient lors des nuits humides.

In the fall, the bogs were brimming with the bright red of cranberries.

En automne, les marais débordaient de canneberges rouge vif.

Even winter had its charms,

Même l'hiver avait ses charmes,

with the Christmassy bouquet emanating from pine trees.

avec ses pins aux bouquets qui évoquent Noël.

For me, nature has always been a source of wonder and inspiration.

Pour moi, la nature a toujours été source d'émerveillement et d'inspiration.

As I went on to graduate school in chemistry, and in later years,

Lors de mes études supérieures en chimie et par la suite,

I came to better understand the natural world in molecular detail.

j'ai mieux compris l'environnement naturel au niveau moléculaire.

All the things that I just mentioned,

Tout ce que je viens de mentionner,

from the scents of lilacs and pines

depuis le parfum des lilas et des pins

to the bright red of cranberries and the glow of fireflies,

au rouge vif des canneberges et aux lueurs des lucioles,

have at least one thing in common:

a au moins quelque chose en commun :

they're manufactured by enzymes.

c'est fabriqué par des enzymes.

As I said, I grew up in Wisconsin, so of course, I like cheese

J'ai grandi dans le Wisconsin, donc j'aime le fromage

and the Green Bay Packers.

et l'équipe de foot des Green Bay Packers.

But let's talk about cheese for a minute.

Mais parlons de fromage.

For at least the last 7,000 years,

Depuis au moins 7 000 ans,

humans have extracted a mixture of enzymes

les humains ont extrait un mélange d'enzymes

from the stomachs of cows and sheep and goats

de l'estomac des vaches, des brebis et des chèvres

and added it to milk.

et l'ont ajouté au lait pour faire du fromage ;

This causes the milk to curdle -- it's part of the cheese-making process.

cela fait cailler le lait.

The key enzyme in this mixture is called chymosin.

L'enzyme clé de ce mélange est la chymosine.

I want to show you how that works.

Je vais vous montrer comment ça marche.

Right here, I've got two tubes,

Ici, j'ai deux tubes.

and I'm going to add chymosin to one of these.

Je vais ajouter de la chymosine dans l'un d'eux.

Just a second here.

Attendez une seconde.

Now my son Anthony, who is eight years old,

Mon fils, Anthony, qui a huit ans,

was very interested in helping me figure out a demo for the TED Talk,

voulait absolument m'aider à trouver une démo pour ma présentation.

and so we were in the kitchen, we were slicing up pineapples,

Nous étions dans la cuisine à découper des ananas,

extracting enzymes from red potatoes

à extraire des enzymes de pommes de terre rouges

and doing all kinds of demos in the kitchen.

et à faire toutes sortes de démos.

And in the end, though,

Enfin, nous avons choisi

we thought the chymosin demo was pretty cool.

la démo très cool de la chymosine.

And so what's happening here

Voici ce qu'il se passe :

is the chymosin is swimming around in the milk,

la chymosine nage dans le lait

and it's binding to a protein there called casein.

et se lie à une protéine appelée caséine.

What it does then is it clips the casein --

Elle coupe alors la caséine,

it's like a molecular scissors.

comme des ciseaux moléculaires.

It's that clipping action that causes the milk to curdle.

Cette action de couper fait cailler le lait.

So here we are in the kitchen, working on this.

Nous voici donc dans la cuisine, à y travailler.

OK.

OK.

So let me give this a quick zip.

Laissez-moi mélanger cela.

And then we'll set these to the side and let these simmer for a minute.

Ensuite nous allons les mettre de côté, à mijoter pendant une minute.

OK.

OK.

If DNA is the blueprint of life,

Si l'ADN est le modèle de la vie,

enzymes are the laborers that carry out its instructions.

les enzymes sont les ouvriers qui exécutent ses instructions.

An enzyme is a protein that's a catalyst,

Une enzyme est une protéine qui catalyse,

it speeds up or accelerates a chemical reaction,

accélère un processus ou accélère une réaction chimique,

just as the chymosin over here is accelerating the curdling of the milk.

tout comme la chymosine ici accélère le caillage du lait.

But it's not just about cheese.

Il ne s'agit pas que du fromage.

While enzymes do play an important role in the foods that we eat,

Si les enzymes jouent un rôle important dans nos aliments,

they also are involved in everything from the health of an infant

elles sont également impliquées dans tout, de la santé d'un nourrisson

to attacking the biggest environmental challenges

au combat contre les défis environnementaux d'aujourd'hui.

we have today.

The basic building blocks of enzymes are called amino acids.

Les éléments de base des enzymes sont appelés acides aminés.

There are 20 common amino acids,

Il y a 20 acides aminés courants

and we typically designate them with single-letter abbreviations,

généralement désignés par une abréviation d'une seule lettre,

so it's really an alphabet of amino acids.

et c'est donc un alphabet d'acides aminés.

In an enzyme, these amino acids are strung together,

Dans une enzyme, les acides aminés sont liés ensemble,

like pearls on a necklace.

comme les perles d'un collier.

And it's really the identity of the amino acids,

L'identité des acides aminés, qui est déterminée

which letters are in that necklace,

par les lettres dans ce collier,

and in what order they are, what they spell out,

l'ordre des lettres et ce qu'elles épellent,

that gives an enzyme its unique properties and differentiates it from other enzymes.

donne à l'enzyme ses propriétés uniques et la différencie des autres enzymes.

Now, this string of amino acids,

Cette chaîne d'acides aminés,

this necklace,

ce collier,

folds up into a higher-order structure.

se plie en une structure d'ordre supérieur.

And if you were to zoom in at the molecular level

Si vous zoomez au niveau moléculaire

and take a look at chymosin, which is the enzyme working over here,

et regardez la chymosine, l'enzyme qui est à l'œuvre ici,

you would see it looks like this.

elle ressemblerait à ceci -

des brins, des boucles, des hélices, et des tours et détours

It's all these strands and loops and helices and twists and turns,

qui doivent être dans cette conformation pour fonctionner correctement.

and it has to be in just this conformation to work properly.

Nowadays, we can make enzymes in microbes,

On peut maintenant créer des enzymes dans les microbes,

and that can be like a bacteria or a yeast, for example.

ce qui donnerait une bactérie ou une levure, par exemple.

And the way we do this is we get a piece of DNA

Nous le faisons en prenant un morceau d'ADN

that codes for an enzyme that we're interested in,

qui fournit le code de l'enzyme qui nous intéresse,

we insert that into the microbe,

nous l'insérons dans le microbe

and we let the microbe use its own machinery, its own wherewithal,

et nous laissons le microbe utiliser ses propres moyens

to produce that enzyme for us.

pour produire cette enzyme pour nous.

So if you wanted chymosin, you wouldn't need a calf, nowadays --

Donc si vous voulez de la chymosine, vous n'avez pas besoin d'un veau,

you could get this from a microbe.

vous pouvez l'obtenir d'un microbe.

And what's even cooler, I think,

Encore plus cool,

is we can now dial in completely custom DNA sequences

on peut composer des séquences d'ADN personnalisées

to make whatever enzymes we want,

et avoir des enzymes spécifiques,

stuff that's not out there in nature.

qui ne sont pas dans la nature.

And, to me, what's really the fun part

Pour moi, la partie la plus amusante

is trying to design an enzyme for a new application,

est d'essayer d'en créer une pour un emploi nouveau,

arranging the atoms just so.

en organisant les atomes comme ceci.

The act of taking an enzyme from nature and playing with those amino acids,

Prendre une enzyme de la nature et jouer avec ses acides aminés,

tinkering with those letters,

en bricolant les lettres,

putting some letters in, taking some letters out,

en ajoutant des lettres, en retirant d'autres,

maybe rearranging them a little bit,

peut-être en les réorganisant,

is a little bit like finding a book

c'est un peu comme trouver un livre

and editing a few chapters or changing the ending.

et modifier des chapitres ou changer la fin.

In 2018, the Nobel prize in chemistry

En 2018, le prix Nobel de chimie

was given for the development of this approach,

a été remis pour cette approche de développement, l'évolution dirigée.

which is known as directed evolution.

Nowadays, we can harness the powers of directed evolution

Aujourd'hui, nous pouvons exploiter la capacité de l'évolution dirigée

to design enzymes for custom purposes,

pour créer des enzymes spécifiques,

and one of these is designing enzymes for doing applications in new areas,

pour les utiliser dans de nouveaux domaines,

like laundry.

comme la lessive.

So just as enzymes in your body

Tout comme les enzymes du corps

can help you to break down the food that you eat,

aident à décomposer la nourriture que vous mangez,

enzymes in your laundry detergent

celles du détergent de lessive

can help you to break down the stains on your clothes.

aident à décomposer les taches sur vos vêtements.

It turns out that about 90 percent of the energy

Il s'avère qu'environ 90% de l'énergie

that goes into doing the wash

utilisée pour faire la lessive

is from water heating.

sert à chauffer l'eau.

And that's for good reason --

Et ce, pour une bonne raison -

the warmer water helps to get your clothes clean.

l'eau plus chaude rend les vêtements propres.

But what if you were able to do the wash in cold water instead?

Et si vous étiez capable de faire la lessive à l'eau froide ?

You certainly would save some money,

Vous feriez des économies,

and in addition to that,

et, en plus,

according to some calculations done by Procter and Gamble,

selon des calculs de Procter and Gamble,

si toutes les familles aux États-Unis utilisaient l'eau froide,

if all households in the US were to do the laundry in cold water,

we would save the emissions of 32 metric tons of CO2 each year.

nous économiserions 32 tonnes d'émissions de CO2 chaque année.

That's a lot,

C'est beaucoup,

that's about the equivalent

c'est presque l'équivalent

of the carbon dioxide emitted by 6.3 million cars.

du dioxyde de carbone émis par 6,3 millions de voitures.

So, how would we go about designing an enzyme

Comment fait-on pour créer une enzyme

et réaliser ces changements ?

to realize these changes?

Enzymes didn't evolve to clean dirty laundry,

Les enzymes n'évoluent pas pour laver la linge sale,

much less in cold water.

encore moins dans l'eau froide.

But we can go to nature, and we can find a starting point.

Nous pouvons aller dans la nature et trouver un point de départ.

We can find an enzyme that has some starting activity,

On trouve une enzyme ayant une capacité d'activité,

some clay that we can work with.

un peu d'argile pour commencer.

So this is an example of such an enzyme, right here on the screen.

Voici un exemple d'une telle enzyme, ici même sur l'écran.

And we can start playing with those amino acids, as I said,

On peut commencer à jouer avec ses acides aminés,

putting some letters in, taking some letters out,

en ajoutant des lettres, en enlevant d'autres,

rearranging those.

en les réorganisant.

And in doing so, we can generate thousands of enzymes.

Et ce faisant, nous pouvons générer des milliers d'enzymes.

And we can take those enzymes,

Nous pouvons prendre ces enzymes

and we can test them in little plates like this.

et les tester dans des microplaques comme celles-ci.

So this plate that I'm holding in my hands

Cette microplaque que je tiens ici

contains 96 wells,

contient 96 puits,

and in each well is a piece of fabric with a stain on it.

et dans chaque puits, il y a un morceau de tissu avec une tache.

And we can measure how well each of these enzymes

On peut mesurer à quel point chaque enzyme

are able to remove the stains from the pieces of fabric,

est capable d'enlever les taches des morceaux de tissu,

and in that way see how well it's working.

et ainsi voir si ça fonctionne bien.

And we can do this using robotics,

On peut le faire avec la robotique,

like you'll see in just a second on the screen.

comme vous le verrez sous peu sur l'écran.

OK, so we do this, and it turns out

OK, on fait ça et il s'avère

that some of the enzymes are sort of in the ballpark

que certaines des enzymes donnent des résultats

of the starting enzyme.

comme l'enzyme de départ.

That's nothing to write home about.

Donc, rien d'impressionnant,

Some are worse, so we get rid of those.

Certaines sont pires, on s'en débarrasse.

And then some are better.

Certaines sont meilleures.

Those improved ones become our version 1.0s.

Celles qui sont meilleures deviennent la version 1.0.

Those are the enzymes that we want to carry forward,

On veut poursuivre notre travail avec ces enzymes

and we can repeat this cycle again and again.

et nous répétons ce cycle plusieurs fois.

And it's the repetition of this cycle that lets us come up with a new enzyme,

C'est en répétant le cycle que nous arrivons à une nouvelle enzyme,

something that can do what we want.

quelque chose qui fait ce qu'on veut.

And after several cycles of this,

Après plusieurs cycles,

we did come up with something new.

on a fini par obtenir du nouveau.

So you can go to the supermarket today, and you can buy a laundry detergent

Donc vous pouvez aller au supermarché et acheter un détergent de lessive

that lets you do the wash in cold water because of enzymes like this here.

qui permet de laver à l'eau froide grâce aux enzymes comme celles-ci.

And I want to show you how this one works too.

Je veux vous montrer comment celle-ci fonctionne.

So I've got two more tubes here,

J'ai deux tubes ici,

and these are both milk again.

et c'est encore du lait.

And let me show you,

Que je vous montre.

I've got one that I'm going to add this enzyme to

Je vais ajouter cette enzyme dans ce tube

and one that I'm going to add some water to.

et je vais ajouter de l'eau dans l'autre,

And that's the control,

qui sert de témoin,

so nothing should happen in that tube.

donc rien ne devrait se passer ici.

You might find it curious that I'm doing this with milk.

Vous pouvez trouver étrange que je fasse ça avec du lait.

But the reason that I'm doing this

C'est parce que le lait contient beaucoup de protéines

is because milk is just loaded with proteins,

and it's very easy to see this enzyme working in a protein solution,

et c'est très facile voir cette enzyme à l'œuvre dans une solution de protéines

because it's a master protein chopper,

parce qu'elle coupe les protéines,

that's its job.

c'est son travail.

So let me get this in here.

Donc, laissez-moi mettre ceci ici.

And you know, as I said, it's a master protein chopper

Comme j'ai dit, elle est là pour couper des protéines.

and what you can do is you can extrapolate what it's doing in this milk

Vous pouvez donc déduire

ce qu'elle est en train de faire dans ce lait

to what it would be doing in your laundry.

et ce qu'elle ferait à votre lessive.

So this is kind of a way to visualize what would be happening.

C'est une façon de visualiser ce qu'il se passerait.

OK, so those both went in.

OK, les deux sont là-dedans.

And I'm going to give this a quick zip as well.

Je vais aussi mélanger un peu cela.

OK, so we'll let these sit over here with the chymosin sample,

On les laisse reposer avec l'échantillon de la chymosine,

so I'm going to come back to those toward the end.

j'y reviendrai vers la fin.

Well, what's on the horizon for enzyme design?

Quoi de neuf à l'horizon en termes de création d'enzymes ?

Certainly, it will get it faster --

Ce sera certainement plus rapide.

there are now approaches for evolving enzymes

Des approches pour des enzymes évolutives :

that allow researchers to go through far more samples

les chercheurs traitent beaucoup plus d'échantillons

than I just showed you.

que je viens de vous montrer.

And in addition to tinkering with natural enzymes,

En plus des essais avec des enzymes naturelles,

like we've been talking about,

some scientists are now trying to design enzymes from scratch,

des scientifiques essaient de créer des enzymes à partir de rien,

using machine learning, an approach from artificial intelligence,

avec l'apprentissage de la machine,

une approche de l'intelligence artificielle,

to inform their enzyme designs.

pour concevoir des enzymes.

Still others are adding unnatural amino acids to the mix.

D'autres encore ajoutent des acides aminés non naturels au mélange.

We talked about the 20 natural amino acids,

On a parlé des 20 acides aminés naturels, courants,

the common amino acids, before --

they're adding unnatural amino acids

mais ils ajoutent des acides aminés non naturels

to make enzymes with properties unlike those that could be found in nature.

pour créer des enzymes différentes de celles que l'on trouve dans la nature.

That's a pretty neat area.

C'est un domaine plutôt chouette.

How will designed enzymes affect you in years to come?

Comment les enzymes créées vous concerneront-elles ?

Well, I want to focus on two areas:

Je veux me concentrer sur deux domaines :

human health and the environment.

la santé humaine et l'environnement.

Some pharmaceutical companies

Des sociétés pharmaceutiques

now have teams that are dedicated to designing enzymes

ont maintenant des équipes spécialisées dans la création des enzymes

to make drugs more efficiently and with fewer toxic catalysts.

pour rendre les médicaments plus efficaces et avec moins de catalyseurs toxiques.

For example, Januvia,

Januvia, un médicament pour le diabète de type 2

which is a medication to treat type 2 diabetes,

is made partially with enzymes.

est créé en partie avec des enzymes.

The number of drugs made with enzymes is sure to grow in the future.

Le nombre de médicaments créés avec des enzymes ne va qu'augmenter.

In another area,

Dans un autre domaine,

there are certain disorders

il y a certaines maladies

in which a single enzyme in a person's body doesn't work properly.

causées par une seule enzyme du corps qui ne fonctionne pas.

An example of this is called phenylketonuria,

Un exemple est la phénylcétonurie,

or PKU for short.

ou la PCU.

People with PKU are unable to properly metabolize or digest phenylalanine,

Les personnes souffrant de PCU

ne peuvent pas métaboliser ou digérer la phénylalanine,

which is one of the 20 common amino acids that we've been talking about.

qui est l'un de 20 acides aminés courants dont nous avons parlé.

The consequence of ingesting phenylalanine for people with PKU

L'ingestion de la phénylalanine par les personnes atteintes de la PCU

is that they are subject to permanent intellectual disabilities,

peut entraîner des handicaps intellectuels permanents.

so it's a scary thing to have.

Donc, c'est effrayant d'avoir ça.

Now, those of you with kids --

Ceux qui ont des enfants --

do you guys have kids, here, which ones have kids?

qui ici a des enfants ?

A lot of you.

Beaucoup d'entre vous.

So may be familiar with PKUs,

Vous connaissiez peut-être la PCU,

because all infants in the US are required to be tested for PKU.

car tous les enfants en bas âge aux États-Unis doivent être testés.

I remember when Anthony, my son, had his heel pricked to test for it.

Anthony, mon fils, s'est fait piquer le talon pour le test

The big challenge with this is: What do you eat?

Le grand défi de la PCU : que mangez-vous ?

Phenylalanine is in so many foods, it's incredibly hard to avoid.

La phénylalanine est dans tant d'aliments que c'est difficile à éviter.

Now, Anthony has a nut allergy, and I thought that was tough,

Anthony est allergique aux noix et je pensais que c'était dur,

but PKU's on another level of toughness.

mais la PCU est d'un autre niveau.

However, new enzymes may soon enable PKU patients

De nouvelles enzymes pourraient permettre aux patients atteints de PCU

to eat whatever they want.

de manger tout ce qu'ils veulent.

Recently, the FDA approved an enzyme designed to treat PKU.

Récemment, la FDA a approuvé une enzyme créée pour traiter la PCU.

This is big news for patients,

Bonne nouvelle pour les patients

and it's actually very big news

et excellente nouvelle

for the field of enzyme-replacement therapy more generally,

pour le domaine de la thérapie par remplacement d'enzymes

because there are other targets out there where this would be a good approach.

parce qu'il y a d'autres cibles où ce serait une bonne approche.

So that was a little bit about health.

J'ai parlé de la santé.

Now I'm going to move to the environment.

Passons maintenant à l'environnement.

When I read about the Great Pacific Garbage Patch --

Le vortex de déchets du Pacifique nord

by the way, that's, like, this huge island of plastic,

est cette immense île de plastique,

somewhere between California and Hawaii --

entre la Californie et Hawaï.

and about microplastics pretty much everywhere,

Les microplastiques sont à peu près partout.

it's upsetting.

C'est bouleversant.

Plastics aren't going away anytime soon.

Les plastiques ne disparaîtront pas.

But enzymes may help us in this area as well.

Mais les enzymes peuvent nous aider ici aussi.

Recently, bacteria producing plastic-degrading enzymes were discovered.

On a récemment découvert

des bactéries produisant des enzymes décomposant le plastique.

Efforts are already underway to design improved versions

Des efforts sont en cours pour perfectionner ces enzymes.

of these enzymes.

At the same time, there are enzymes that have been discovered

Il y a aussi des enzymes nouvellement découvertes,

and that are being optimized

en cours d'optimisation

to make non-petroleum-derived biodegradable plastics.

pour créer des plastiques biodégradables non dérivés du pétrole.

Enzymes may also offer some help in capturing greenhouse gases,

Les enzymes peuvent aussi aider dans la capture des gaz à effet de serre,

such as carbon dioxide, methane and nitrous oxide.

tels que le dioxyde de carbone, le méthane et le protoxyde d'azote.

Now, there is no doubt, these are major challenges,

Il n'y a pas de doute que ce sont des défis majeurs

and none of them are easy.

et aucun n'est facile.

But our ability to harness enzymes may help us to tackle these in the future,

Notre capacité à exploiter les enzymes peut nous aider à y faire face à l'avenir.

so I think that's another area to be looking forward.

Je pense que c'est un nouveau domaine à explorer.

So now I'm going to get back to the demo --

Maintenant, je vais retourner à la démo,

this is the fun part.

c'est la partie amusante.

So we'll start with the chymosin samples.

Voyons les échantillons de la chymosine.

So let me get these over here.

Laissez-moi les mettre ici.

And you can see here,

Vous pouvez voir ici,

this is the one that got the water,

c'est celui avec l'eau,

so nothing should happen to this milk.

donc ce lait n'aurait pas dû changer.

This is the one that got the chymosin.

Ici, c'est celui avec de la chymosine.

So you can see that it totally clarified up here.

Vous voyez que tout est complètement clarifié ici.

There's all this curdled stuff, that's cheese,

Il y a du lait caillé ici, c'est du fromage.

we just made cheese in the last few minutes.

On vient tout juste de faire du fromage.

So this is that reaction

Voici donc le procédé

that people have been doing for thousands and thousands of years.

que les gens utilisent depuis des milliers et des milliers d'années.

I'm thinking about doing this one at our next Kids to Work Day demo

Je pense faire ça pour ma prochaine démo devant des élèves,

but they can be a tough crowd, so we'll see.

mais ils peuvent être difficiles, alors on verra.

(Laughter)

(Rires)

And then the other one I want to look at is this one.

Je veux maintenant regarder celui-ci.

So this is the enzyme for doing your laundry.

Voici donc l'enzyme pour faire votre lessive.

And you can see that it's different than the one that has the water added.

Vous pouvez voir que c'est différent de celle avec de l'eau.

It's kind of clarifying,

La clarification a eu lieu

and that's just what you want for an enzyme in your laundry,

et c'est ce qu'il faut pour une enzyme pour votre lessive

because you want to be able to have an enzyme

parce que vous voulez avoir une enzyme

that can be a protein chowhound, just chew them up,

capable de dévorer des protéines, de les digérer,

because you're going to get different protein stains on your clothes,

car vous aurez différentes taches de protéines sur vos vêtements,

like chocolate milk or grass stains, for example,

comme le lait au chocolat ou des taches d'herbe,

and something like this is going to help you get them off.

et quelque chose comme ça vous aidera à les enlever.

And this is also going to be the thing that allows you

Ça vous permettra de faire la lessive à l'eau froide,

to do the wash in cold water, reduce your carbon footprint

réduire votre empreinte de carbone et faire des économies.

and save you some money.

Well, we've come a long way,

Nous avons fait un long chemin,

considering this 7,000-year journey from enzymes in cheese making

un voyage de 7 000 ans, à partir d'enzymes pour la fabrication du fromage

to the present day and enzyme design.

jusqu'à présent et la création d'enzymes.

We're really at a creative crossroads,

Nous sommes à un carrefour créatif,

and with enzymes, can edit what nature wrote

nous pouvons modifier ce que la nature a écrit avec des enzymes

or write our own stories with amino acids.

ou écrire nos histoires avec des acides aminés.

So next time you're outdoors on a muggy night

La prochaine fois que vous êtes dehors lors d'une nuit humide

and you see a firefly,

et voyez une luciole,

I hope you think of enzymes.

vous penserez aux enzymes.

They're doing amazing things for us today.

Elles font des choses extraordinaires pour nous.

And by design,

Grâce à notre conception,

they could be doing even more amazing things tomorrow.

elles pourraient faire des choses plus étonnantes.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)