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

Traducteur: Jules Daunay Relecteur: eric vautier

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

Je vais vous parler des machines les plus incroyables au monde

and what we can now do with them.

et de ce que nous pouvons en faire.

Proteins,

Les protéines,

some of which you see inside a cell here,

que vous voyez dans cette cellule,

carry out essentially all the important functions in our bodies.

remplissent l'essentiel des fonctions majeures de notre organisme.

Proteins digest your food,

Elles assimilent notre nourriture,

contract your muscles,

elles contractent nos muscles

fire your neurons

elles font marcher nos neurones

and power your immune system.

et alimentent notre système immunitaire.

Everything that happens in biology --

Tous les phénomènes biologiques –

almost --

presque tous –

happens because of proteins.

sont créés par les protéines.

Proteins are linear chains of building blocks called amino acids.

Les protéines sont des chaînes linéaires de composants appelés acides aminés.

Nature uses an alphabet of 20 amino acids,

La nature utilise un alphabet de 20 acides aminés,

some of which have names you may have heard of.

dont certains noms vous sont peut-être familiers.

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

Sur cette image à l'échelle, chaque boule est un atome.

Chemical forces between the amino acids cause these long stringy molecules

Les forces chimiques entre acides aminées créent ces longues molécules filiformes

to fold up into unique, three-dimensional structures.

qui se replient en des structures tridimensionnelles sans pareil.

The folding process,

Le phénomène de repliement,

while it looks random,

qui peut sembler aléatoire,

is in fact very precise.

est en fait très précis.

Each protein folds to its characteristic shape each time,

Chaque protéine se replie à chaque fois dans sa forme caractéristique

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

et le phénomène de repliement prend tout juste une fraction de seconde.

And it's the shapes of proteins

C'est la forme des protéines

which enable them to carry out their remarkable biological functions.

qui leur permet de développer leurs remarquables fonctions biologiques.

For example,

Par exemple,

hemoglobin has a shape in the lungs perfectly suited

l'hémoglobine a une forme idéalement adaptée aux poumons

for binding a molecule of oxygen.

pour transporter une molécule d'oxygène.

When hemoglobin moves to your muscle,

Quand l'hémoglobine se déplace vers le muscle,

the shape changes slightly

sa forme change légèrement

and the oxygen comes out.

et l'oxygène ressort.

The shapes of proteins,

Les formes des protéines

and hence their remarkable functions,

et donc leurs remarquables fonctions,

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

sont entièrement décrites dans la séquence d'acides aminés de la chaîne de protéines.

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

Sur cette image, les lettres du dessus représentent chacune un acide aminé.

Where do these sequences come from?

D'où viennent ces séquences ?

The genes in your genome specify the amino acid sequences

Les gènes dans votre génome déterminent les séquences d'acides aminés

of your proteins.

de vos protéines.

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

Chaque gène code la séquence d'acides aminés d'une seule protéine.

The translation between these amino acid sequences

La traduction entre ces séquences d'acides aminés

and the structures and functions of proteins

et les structures et fonctions des protéines

is known as the protein folding problem.

est appelé le problème de repliement des protéines.

It's a very hard problem

C'est un problème très complexe

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

car une protéine peut adopter tellement de formes différentes.

Because of this complexity,

En raison de cette complexité,

humans have only been able to harness the power of proteins

les humains n'ont pu exploiter le potentiel des protéines

by making very small changes to the amino acid sequences

qu'en apportant d'infimes changements aux séquences d'acides aminés

of the proteins we've found in nature.

des protéines à l'état naturel.

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

C'est similaire au procédé utilisé par nos ancêtres de l'âge de pierre

to make tools and other implements from the sticks and stones

pour fabriquer les outils en bois et en pierre

that we found in the world around us.

que nous avons trouvés dans le monde entier.

But humans did not learn to fly by modifying birds.

Mais les humains n'ont pas appris à voler en modifiant des oiseaux.

(Laughter)

(Rires)

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

Grâce aux oiseaux, les scientifiques ont découvert les principes aérodynamiques.

Engineers then used those principles to design custom flying machines.

Les ingénieurs les ont ensuite utilisés pour concevoir des machines volantes.

In a similar way,

De la même manière,

we've been working for a number of years

nous travaillons depuis plusieurs années

to uncover the fundamental principles of protein folding

pour découvrir les principes fondamentaux du repliement des protéines

and encoding those principles in the computer program called Rosetta.

et intégrer ces principes dans Rosetta, un programme informatique.

We made a breakthrough in recent years.

Nous avons beaucoup avancé ces dernières années.

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

Nous pouvons désormais concevoir des protéines à partir de zéro sur ordinateur.

Once we've designed the new protein,

Une fois la nouvelle protéine créée,

we encode its amino acid sequence in a synthetic gene.

nous codons sa séquence d'acides aminés dans un gène synthétique.

We have to make a synthetic gene

Nous devons créer un gène synthétique

because since the protein is completely new,

car, comme la protéine est complétement nouvelle,

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

aucun gène d'un organisme existant ne peut le coder.

Our advances in understanding protein folding

Nos progrès dans la compréhension du repliement des protéines

and how to design proteins,

et dans la façon de les concevoir,

coupled with the decreasing cost of gene synthesis

associés à la diminution du coût de la synthèse de gènes

and the Moore's law increase in computing power,

et à l'augmentation de la puissance de calcul selon la loi de Moore,

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

nous permettent désormais de concevoir des milliers de nouvelles protéines,

with new shapes and new functions,

avec de nouvelles formes, de nouvelles fonctions,

on the computer,

par ordinateur,

and encode each one of those in a synthetic gene.

et de coder chacune d'elles dans un gène synthétique.

Once we have those synthetic genes,

Une fois que nous avons ces gènes synthétiques,

we put them into bacteria

nous les mettons dans des bactéries

to program them to make these brand-new proteins.

pour les programmer afin de fabriquer ces toutes nouvelles protéines.

We then extract the proteins

On extrait ensuite les protéines

and determine whether they function as we designed them to

et on voit si elles fonctionnent comme nous les avons conçues

and whether they're safe.

et si elles sont sûres.

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

C'est super de pouvoir produire de nouvelles protéines,

because despite the diversity in nature,

car malgré la diversité de la nature,

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

l'évolution n'a montré qu'une infime part de toutes les protéines possibles.

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

Je vous ai dit que la nature utilise un alphabet de 20 acides aminés,

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

une protéine type est une chaîne d'une centaine d'acides aminés,

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

le nombre total de possibilités est donc 20 fois 20 fois 20, multiplié par 100,

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

ce qui est un nombre de l'ordre de 10 à la puissance 130

which is enormously more than the total number of proteins

C'est énormément plus que le nombre total de protéines

which have existed since life on earth began.

qui ont existé depuis le début de la vie sur Terre.

And it's this unimaginably large space

C'est cet espace incroyablement grand

we can now explore using computational protein design.

que nous pouvons désormais explorer grâce à la conception informatique de protéines.

Now the proteins that exist on earth

Les protéines qui existent sur Terre

evolved to solve the problems faced by natural evolution.

ont évolué pour répondre aux problèmes rencontrés par l'évolution naturelle.

For example, replicating the genome.

Par exemple, en répliquant le génome.

But we face new challenges today.

Mais nous rencontrons de nouveaux défis aujourd'hui.

We live longer, so new diseases are important.

Nous vivons plus vieux, de nouvelles maladies sont importantes.

We're heating up and polluting the planet,

Nous réchauffons et polluons la planète,

so we face a whole host of ecological challenges.

nous faisons donc face à une multitude de défis écologiques.

If we had a million years to wait,

Si on pouvait attendre un million d'années,

new proteins might evolve to solve those challenges.

de nouvelles protéines pourraient évoluer pour répondre à ces défis.

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

Mais on ne peut pas attendre des millions d'années.

Instead, with computational protein design,

A la place, grâce à la conception informatique de protéines,

we can design new proteins to address these challenges today.

on peut concevoir de nouvelles protéines pour relever ces défis dès aujourd'hui.

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

Notre idée audacieuse est de faire sortir la biologie de l'âge de pierre

through technological revolution in protein design.

grâce à la révolution technologique dans la conception des protéines.

We've already shown that we can design new proteins

On a déjà montré qu'on pouvait concevoir de nouvelles protéines

with new shapes and functions.

avec de nouvelles formes et fonctions.

For example, vaccines work by stimulating your immune system

Par exemple, les vaccins agissent en stimulant le système immunitaire

to make a strong response against a pathogen.

pour qu'il réagisse fortement contre un agent pathogène.

To make better vaccines,

Pour créer de meilleurs vaccins,

we've designed protein particles

nous avons conçu des particules de protéines

to which we can fuse proteins from pathogens,

auxquelles nous pouvons fusionner des protéines d'agents pathogènes,

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

comme cette protéine bleue ici, du virus respiratoire syncytial ou VRS.

To make vaccine candidates

Pour fabriquer des vaccins potentiels

that are literally bristling with the viral protein,

qui grouillent littéralement de protéines virales,

we find that such vaccine candidates

nous constatons que ces vaccins potentiels

produce a much stronger immune response to the virus

produisent une réponse immunitaire beaucoup plus forte au virus

than any previous vaccines that have been tested.

que tous les vaccins qui ont été testés jusqu'à présent.

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

C'est important car le VRS est actuellement l'une des principales causes

of infant mortality worldwide.

de la mortalité infantile dans le monde.

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

On a aussi conçu de nouvelles protéines pour décomposer le gluten dans l'estomac

for celiac disease

pour la maladie cœliaque

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

et d'autres protéines pour stimuler le système immunitaire face au cancer.

These advances are the beginning of the protein design revolution.

Ces avancées sont le début de la révolution de la conception des protéines.

We've been inspired by a previous technological revolution:

Nous avons été inspirés par une précédente révolution technologique :

the digital revolution,

la révolution numérique,

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

qui a pris place en grande partie grâce aux progrès réalisés au même endroit,

Bell Laboratories.

les laboratoires Bell.

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

Les laboratoires Bell avaient un environnement ouvert, collaboratif

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

et ont été en mesure d'attirer les meilleurs talents du monde entier.

And this led to a remarkable string of innovations --

Ce qui a conduit à une remarquable série d'innovations –

the transistor, the laser, satellite communication

le transistor, le laser, la communication par satellite

and the foundations of the internet.

et les bases d'Internet.

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

Nous voulons bâtir les laboratoires Bell de la conception de protéines.

We are seeking to attract talented scientists from around the world

Nous cherchons à attirer des scientifiques talentueux du monde entier

to accelerate the protein design revolution,

pour accélérer la révolution de la conception de protéines

and we'll be focusing on five grand challenges.

et nous nous concentrerons sur cinq grands défis.

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

Premièrement, en prenant des souches de grippe du monde entier

and putting them on top of the designed protein particles

et en les plaçant sur des particules de protéines conçues

I showed you earlier,

comme je vous ai montré plus tôt,

we aim to make a universal flu vaccine,

nous avons l'intention de fabriquer un vaccin universel contre la grippe,

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

dont une injection donne une protection à vie contre la grippe.

The ability to design --

La capacité de concevoir –

(Applause)

(Applaudissements)

The ability to design new vaccines on the computer

La capacité de concevoir de nouveaux vaccins par ordinateur

is important both to protect against natural flu epidemics

est importante à la fois pour se protéger des épidémies naturelles de grippe

and, in addition, intentional acts of bioterrorism.

et également contre des actes intentionnels de bioterrorisme.

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

Deuxièmement, nous allons bien au-delà de l'alphabet limité de la nature

of just 20 amino acids

de seulement 20 acides aminés

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

pour concevoir de nouveaux traitements à des maladies comme la douleur chronique,

using an alphabet of thousands of amino acids.

en utilisant un alphabet de milliers d'acides aminés.

Third, we're building advanced delivery vehicles

Troisièmement, nous construisons des vecteurs avancés d'administration

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

pour cibler les médicaments vers leur destination précise dans le corps.

For example, chemotherapy to a tumor

Par exemple, la chimiothérapie sur une tumeur

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

ou les thérapies géniques des tissus là où la réparation de l'ADN doit avoir lieu.

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

Quatrièmement, nous créons des thérapies intelligentes s'adaptant dans le corps

and go far beyond current medicines,

pour aller bien au-delà des traitements actuels,

which are really blunt instruments.

qui sont vraiment des outils émoussés.

For example, to target a small subset of immune cells

Par exemple, pour cibler un petit sous-ensemble de cellules immunitaires

responsible for an autoimmune disorder,

responsables d'une maladie auto-immune,

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

et pour le distinguer de la vaste majorité des cellules immunitaires saines.

Finally, inspired by remarkable biological materials

Enfin, inspirés par de remarquables matériaux biologiques

such as silk, abalone shell, tooth and others,

comme la soie, la coquille d'ormeau, la dent et bien d'autres,

we're designing new protein-based materials

nous concevons de nouveaux matériaux à base de protéines

to address challenges in energy and ecological issues.

afin de relever les défis énergétiques et écologiques.

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

Pour accomplir tout cela, nous développons notre institut.

We seek to attract energetic, talented and diverse scientists

Nous souhaitons attirer des scientifiques dynamiques, talentueux et variés

from around the world, at all career stages,

du monde entier, à toutes les étapes de leur carrière,

to join us.

pour qu'ils nous rejoignent.

You can also participate in the protein design revolution

Vous pouvez aussi participer à la révolution de la conception des protéines

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

grâce à Foldit, notre jeu de pliage et de conception en ligne.

And through our distributed computing project, Rosetta@home,

Ainsi qu'à travers Rosetta@home, notre projet informatique distribué,

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

que vous pouvez rejoindre depuis un ordinateur ou un smartphone Android.

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

Améliorer le monde grâce à la conception de protéines est l’œuvre de ma vie.

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

Je suis si impatient de ce que nous pouvons faire ensemble.

I hope you'll join us,

J'espère que vous vous joindrez à nous

and thank you.

et je vous remercie.

(Applause and cheers)

(Applaudissements et acclamations)