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

Fordító: Péter Pallós Lektor: Reka Lorinczy

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

A világ legbámulatosabb gépeiről fogok beszélni,

and what we can now do with them.

és arról, hogy mit tehetünk velük.

Proteins,

Fehérjékről,

some of which you see inside a cell here,

némelyik itt e sejtben látható.

carry out essentially all the important functions in our bodies.

Majdnem minden fontos funkciót ők látnak el testünkben.

Proteins digest your food,

Fehérjék emésztik meg táplálékunkat,

contract your muscles,

húzzák össze izmainkat,

fire your neurons

tüzelnek idegsejtjeinkben

and power your immune system.

és táplálják immunrendszerünket.

Everything that happens in biology --

A biológiában minden –

almost --

majdnem minden –

happens because of proteins.

fehérjék miatt történik.

Proteins are linear chains of building blocks called amino acids.

A fehérjék aminosavak láncolatából állnak.

Nature uses an alphabet of 20 amino acids,

A természet 20 aminosavból álló ábécét használ,

some of which have names you may have heard of.

némelyikük nevét hallhatták is.

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

A képen minden dudor egy-egy atomot jelképez.

Chemical forces between the amino acids cause these long stringy molecules

Az aminosavak közti kémiai erők hatására hosszú láncmolekulák keletkeznek,

to fold up into unique, three-dimensional structures.

amelyek jellemző térszerkezetté alakulnak.

The folding process,

A hajtogatási folyamat,

while it looks random,

véletlenszerűnek látszik,

is in fact very precise.

de valójában igen pontos.

Each protein folds to its characteristic shape each time,

Minden fehérje mindig a rá jellemző alakot veszi föl,

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

a hajtogatási folyamat a másodperc tört része alatt végbemegy.

And it's the shapes of proteins

A fehérjéknek ez az alakja teszi lehetővé,

which enable them to carry out their remarkable biological functions.

hogy nevezetes biológiai feladatukat ellássák.

For example,

Például a hemoglobin alakja a tüdőben

hemoglobin has a shape in the lungs perfectly suited

tökéletesen idomult

az oxigénmolekula megkötéséhez.

for binding a molecule of oxygen.

When hemoglobin moves to your muscle,

Az izmunkba kerülő hemoglobin alakja

the shape changes slightly

kissé megváltozik,

and the oxygen comes out.

és az oxigén kikerül belőle.

The shapes of proteins,

A fehérjék alakját

and hence their remarkable functions,

és ebből következően nevezetes feladatukat

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

a fehérjeláncban lévő aminosav-szekvencia szabja meg.

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

A kép tetején lévő minden betű egy-egy aminosav.

Where do these sequences come from?

Honnan származnak ezek a szekvenciák?

The genes in your genome specify the amino acid sequences

Testünk fehérjéiben az aminosav-szekvenciákat

a genomunkban lévő gének határozzák meg.

of your proteins.

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

Minden gén egy-egy fehérje aminosav-szekvenciáját kódolja.

The translation between these amino acid sequences

Az aminosav-szekvenciák, a szerkezetek

and the structures and functions of proteins

és a fehérjék rendeltetése közti transzlációt

is known as the protein folding problem.

fehérje-hajtogatási problémának hívjuk.

It's a very hard problem

Nagyon nehéz probléma,

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

mert a fehérje rengeteg alakot ölthet.

Because of this complexity,

Bonyolultsága miatt

humans have only been able to harness the power of proteins

az ember a fehérjék erejét a természetben lévő aminosav-szekvenciák

by making very small changes to the amino acid sequences

nagyon csekély változtatásával

of the proteins we've found in nature.

képes igába fogni.

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

Ez hasonló a kőkorszaki ősünk által alkalmazott folyamathoz,

to make tools and other implements from the sticks and stones

amellyel a körötte lévő botokból és kövekből

szerszámokat s egyéb eszközöket gyártott.

that we found in the world around us.

But humans did not learn to fly by modifying birds.

De az ember nem tanult meg repülni madarak módosítása révén.

(Laughter)

(Nevetés)

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

A madaraktól ihletet merítve a kutatók inkább föltárták az aerodinamika elveit.

Engineers then used those principles to design custom flying machines.

Mérnökök aztán az elvek alapján repülőgépeket terveztek.

In a similar way,

Évek óta

we've been working for a number of years

hasonlóképpen dolgozunk

to uncover the fundamental principles of protein folding

a fehérje-hajtogatás alapvető szabályainak feltárásán

and encoding those principles in the computer program called Rosetta.

és az elveknek a Rosetta nevű számítógépes programba kódolásán.

We made a breakthrough in recent years.

Az utóbbi években áttörést értünk el.

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

A semmiből számítógéppel teljesen új fehérjéket tudunk tervezni.

Once we've designed the new protein,

Ha már megvagyunk a tervezéssel,

we encode its amino acid sequence in a synthetic gene.

a fehérje aminosav-szekvenciáját szintetikus génbe kódoljuk.

We have to make a synthetic gene

Szintetikus gént kell előállítanunk,

because since the protein is completely new,

hiszen a fehérje teljesen új,

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

és a Föld egyik élőlényében sincs olyan gén, amelyik kódolná.

Our advances in understanding protein folding

A fehérje-hajtogatás megértésének előnye

and how to design proteins,

és a fehérjetervezés mikéntje

coupled with the decreasing cost of gene synthesis

a génszintézis csökkenő költségével párosul.

and the Moore's law increase in computing power,

A számítási teljesítménynek a Moore-törvény szerinti növekedése

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

új alakú és új rendeltetésű új fehérjék

with new shapes and new functions,

tízezreinek számítógépes tervezését

on the computer,

and encode each one of those in a synthetic gene.

és szintetikus génbe kódolását

teszi lehetővé.

Once we have those synthetic genes,

Ha megvannak a szintetikus génjeink,

we put them into bacteria

baktériumokba juttatjuk őket,

to program them to make these brand-new proteins.

hogy e vadonatúj fehérjék előállítását programozzuk velük.

We then extract the proteins

Aztán kivonjuk a fehérjét,

and determine whether they function as we designed them to

és eldöntjük, úgy működik-e, ahogy terveztük,

and whether they're safe.

és biztonságos-e.

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

Érdekfeszítő, hogy képesek vagyunk új fehérjéket készíteni,

because despite the diversity in nature,

mert a természet sokoldalúsága dacára

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

az evolúció a lehetséges fehérjéknek csak elhanyagolható töredékét mintázta be.

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

Említettem, hogy 20 aminosavból álló ábécét használ a természet,

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

és a tipikus fehérje kb. 100 aminosav láncolata.

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

A lehetőségek száma 20x20... x20x20, százszor, ez = 20¹⁰⁰,

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

ez pedig 10¹³⁰ nagyságrendű szám.

which is enormously more than the total number of proteins

Ez sokkal több, mint a fehérjék száma,

which have existed since life on earth began.

melyek valaha léteztek a földi élet keletkezése óta.

And it's this unimaginably large space

Ezt az elképzelhetetlenül nagy teret most

we can now explore using computational protein design.

számítógépes fehérjetervezéssel fedezhetjük fel.

Now the proteins that exist on earth

A Földön lévő fehérjék azért fejlődtek,

evolved to solve the problems faced by natural evolution.

hogy megoldják a természetes evolúció szabta feladatokat.

For example, replicating the genome.

Pl. a genommásolást.

But we face new challenges today.

De ma új feladatok előtt állunk.

We live longer, so new diseases are important.

Tovább élünk, ezért újabb betegségek válnak fontossá.

We're heating up and polluting the planet,

Fölhevítjük és szennyezzük a bolygónkat,

so we face a whole host of ecological challenges.

ezért seregnyi ökológiai gond tornyosul elénk.

If we had a million years to wait,

Ha évmilliókat várhatnánk,

new proteins might evolve to solve those challenges.

új fehérjék tán megoldanák e feladatokat.

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

De nincs ennyi időnk.

Instead, with computational protein design,

Számítógépes fehérjetervezéssel viszont

we can design new proteins to address these challenges today.

új fehérjéket tervezhetünk, hogy ma foglalkozhassunk e teendőkkel.

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

Merész elképzelésünk, hogy a biológiát fehérjetervezéssel

through technological revolution in protein design.

műszaki forradalom útján hozzuk ki a kőkorból.

We've already shown that we can design new proteins

Már bizonyítottuk,

hogy új alakú s szerepű új fehérjéket tudunk tervezni.

with new shapes and functions.

For example, vaccines work by stimulating your immune system

Pl. a védőoltások arra sarkallják immunrendszerünket,

to make a strong response against a pathogen.

hogy a kórokozóra hatékonyan reagáljanak.

To make better vaccines,

A jobb oltóanyagok gyártásához

we've designed protein particles

fehérjerészecskéket terveztünk,

to which we can fuse proteins from pathogens,

amelyhez kórokozóból nyerjük a fehérjét,

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

pl. ezt a kék fehérjét a légúti óriássejtes vírusból, az RSV-ből.

To make vaccine candidates

Oltóanyag-jelöltek gyártásakor

that are literally bristling with the viral protein,

amelyek szó szerint vírusfehérjéktől hemzsegnek,

we find that such vaccine candidates

derült ki, hogy efféle oltóanyag-jelöltek

produce a much stronger immune response to the virus

sokkal erősebb immunválaszt váltanak ki,

than any previous vaccines that have been tested.

mint az előzőleg bevizsgált oltóanyagok.

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

Ez igen lényeges,

hiszen világszerte az RSV a csecsemőkori halálozás egyik fő okozója.

of infant mortality worldwide.

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

Új fehérjéket is terveztünk a gluténérzékenység,

azaz cöliákia okozta sikérlebontási nehézség elhárítására,

for celiac disease

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

és más fehérjéket is, hogy rák elleni küzdelemre ösztönözzük az immunrendszert.

These advances are the beginning of the protein design revolution.

Ezek az eredmények a fehérjetervezés forradalmának kezdetét jelentik.

We've been inspired by a previous technological revolution:

Ehhez az előző műszaki forradalmak nyújtanak ihletet:

the digital revolution,

a digitális forradalom,

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

amely zömmel egyetlen helyszín,

a Bell Laboratories vívmányainak köszönhető.

Bell Laboratories.

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

A Bell Labs nyitott, együttműködő hely;

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

képes volt magához vonzani a világ legtehetségesebbjeit.

And this led to a remarkable string of innovations --

Az eredmény kiváló újítások:

the transistor, the laser, satellite communication

a tranzisztor, a lézer, a műholdas hírközlés

and the foundations of the internet.

és az internet létrehozása.

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

Célunk a fehérjetervezés Bell Labjának létrehozása.

We are seeking to attract talented scientists from around the world

Oda szeretnénk vonzani a világ tehetséges kutatóit,

to accelerate the protein design revolution,

hogy fölgyorsítsuk a fehérjetervezés forradalmát.

and we'll be focusing on five grand challenges.

Öt nagy feladatra összpontosítunk.

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

Az első: az összes influenza-vírustörzsből kinyerni a fehérjét,

and putting them on top of the designed protein particles

és a korábban bemutatott,

megtervezett fehérjerészecskékre telepíteni őket.

I showed you earlier,

we aim to make a universal flu vaccine,

Célunk az univerzális influenza-oltóanyag,

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

egy oltással életre szóló védettséget nyújtani az influenza ellen.

The ability to design --

A tervezés lehetősége...

(Applause)

(Taps)

The ability to design new vaccines on the computer

Új oltóanyagok számítógépes tervezésének lehetősége

is important both to protect against natural flu epidemics

mind a természetes influenza-járványok,

and, in addition, intentional acts of bioterrorism.

mind a szándékos bioterrorista tettek elleni védelem miatt is fontos.

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

Másodszor: jócskán túl leszünk

a természet által húszra korlátozott aminosav-ábécén,

of just 20 amino acids

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

s így ezernyi aminosav ábécéjét alkalmazva

új gyógymódokat tervezhetünk több kór, pl. a krónikus fájdalom ellen.

using an alphabet of thousands of amino acids.

Third, we're building advanced delivery vehicles

Három: fejlett hordozókat hozunk létre,

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

amelyek a meglévő gyógyszereket pont oda szállítják, ahol szervezetünknek kellenek.

For example, chemotherapy to a tumor

Pl. a kemoterápiát a daganathoz

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

vagy a génterápiát a génjavítást igénylő szövethez.

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

Negyedszer: okos gyógyászatot tervezünk, amely a testben végezhet számításokat,

and go far beyond current medicines,

és túltesz a mai gyógyszereken,

which are really blunt instruments.

amelyek igencsak durva eszközök.

For example, to target a small subset of immune cells

Pl. célba vehetjük az immunsejtek szűk alcsoportját,

responsible for an autoimmune disorder,

melyek az autoimmun kórokat okozzák,

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

és különbséget tehetünk köztük és az egészséges immunsejtek között.

Finally, inspired by remarkable biological materials

Végül, ihletet merítve egyes figyelemre méltó biológiai anyagokból,

such as silk, abalone shell, tooth and others,

pl. selyemből, tengeri kagylóból, fogból és másokból,

we're designing new protein-based materials

új, fehérje alapú anyagokat tervezünk,

to address challenges in energy and ecological issues.

hogy energia- és ökológiai kérdéseket oldhassunk meg.

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

Ennek érdekében fejlesztjük intézetünket.

We seek to attract energetic, talented and diverse scientists

Energikus, tehetséges és sokoldalú kutatókat szeretnénk odacsábítani

from around the world, at all career stages,

az egész világról, pályafutásuk bármely szakaszából,

to join us.

hogy lépjenek be hozzánk.

You can also participate in the protein design revolution

A fehérjetervezési forradalomban a Foldit nevű internetes

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

hajtogatási és tervezési játékon keresztül is részt vehetnek.

And through our distributed computing project, Rosetta@home,

A Rosetta@home nevű elosztott számítási projekten keresztül

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

laptopjukkal vagy Android típusú okostelefonjukkal kapcsolódhatnak be.

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

A világ jobbá tétele fehérjetervezésen keresztül az életművem.

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

Lázba hoz, amit együtt elérhetünk.

I hope you'll join us,

Remélem, velünk fognak tartani.

and thank you.

Köszönöm.

(Applause and cheers)

(Taps) (Ujjongás)