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

Traduttore: Hana Colucci Revisore: Alessandra Tadiotto

Alright, let me tell you about building synthetic cells

Lasciate che vi parli di costruire cellule sintetiche

and printing life.

e stampare vita sintetica.

But first, let me tell you a quick story.

Ma prima, vi racconterò una breve storia.

On March 31, 2013,

Il 31 Marzo 2013,

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

io e il mio team ricevemmo una email da una struttura sanitaria internazionale

alerting us that two men died in China

avvertendoci della morte di due uomini in Cina

shortly after contracting the H7N9 bird flu.

poco dopo aver contratto l'influenza aviaria.

There were fears of a global pandemic

Si temeva una pandemia globale

as the virus started rapidly moving across China.

poiché il virus si stava diffondendo rapidamente per tutta la Cina.

Although methods existed to produce a flu vaccine

Sebbene esistevano metodi per produrre un vaccino

and stop the disease from spreading,

e fermare il propagarsi della malattia,

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

nel migliore dei casi, non sarebbe stato disponibile per almeno sei mesi.

This is because a slow, antiquated flu vaccine manufacturing process

Questo perché un lento, antiquato processo produttivo del vaccino

developed over 70 years ago was the only option.

sviluppato oltre 70 anni fa era l'unica opzione.

The virus would need to be isolated from infected patients,

Il virus dovrebbe essere separato dai pazienti infetti,

packaged up and then sent to a facility

impacchettato e poi spedito a un laboratorio

where scientists would inject the virus into chicken eggs,

dove gli scienziati iniettano il virus nelle uova di gallina,

and incubate those chicken eggs for several weeks

e incubano quelle uova per diverse settimane

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

in modo da preparare il virus per un processo produttivo

multimonth flu vaccine manufacturing process.

multifase e plurimensile.

My team and I received this email

Io e il mio team ricevemmo questa email

because we had just invented a biological printer,

poiché avevamo appena inventato una stampante biologica,

which would allow for the flu vaccine instructions

la quale permette alle istruzioni per il vaccino

to be instantly downloaded from the internet and printed.

di essere scaricate da internet e stampate immediatamente.

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

Accellerando drasticamente il processo produttivo dei vaccini,

and potentially saving thousands of lives.

e potenzialmente salvando milioni di vite.

The biological printer leverages our ability to read and write DNA

La stampante biologica influenza la nostra abilità

di leggere e scrivere DNA

and starts to bring into focus

e comincia a porre a fuoco

what we like to call biological teleportation.

ciò che chiamiamo teletrasporto biologico.

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

Sono biologo e ingegnere e costruisco cose dal DNA.

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

Credeteci o no, una delle cose che preferisco fare

is to take DNA apart and put it back together

è smontare il DNA e rimontarlo

so that I can understand better how it works.

così da poter capire meglio come funziona.

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

Posso modificare e programmare il DNA a fare cose, come un programmatore.

But my apps are different.

Ma le mie applicazioni sono diverse.

They create life.

Creano la vita.

Self-replicating living cells and things like vaccines and therapeutics

Cellule viventi auto-replicanti, entità come vaccini e terapie

that work in ways that were previously impossible.

che operano in modi che prima erano impossibili.

Here's National Medal of Science recipient Craig Venter

Questi sono Craig Venter, vincitore della National Medal of Science

and Nobel laureate Ham Smith.

e il Premio Nobel Ham Smith.

These two guys shared a similar vision.

Entrambi condividevano una visione simile.

That vision was, because all of the functions and characteristics

La visione era, visto che tutte le funzioni e caratteristiche

of all biological entities, including viruses and living cells,

di tutte le entità biologiche, virus e cellule viventi compresi,

are written into the code of DNA,

sono scritte nel codice del DNA,

if one can read and write that code of DNA,

se uno può scrivere e leggere quel codice,

then they can be reconstructed in a distant location.

in seguito possono essere riedificate in un luogo remoto.

This is what we mean by biological teleportation.

Questo è ciò che intendiamo per teletrasporto biologico.

To prove out this vision,

Per implementare questa visione,

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

Craig e Ham stabilirono l'obiettivo di creare, per la prima volta,

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

una cellula sintetica, partendo dal codice genetico nel computer.

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

Voglio dire, insomma, da scienziato in cerca di lavoro,

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

svolgendo una ricerca all'avanguardia, non potrebbe andare meglio di così.

(Laughter)

(Risate)

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

Un genoma è un set completo di DNA all'interno di un organismo.

Following the Human Genome Project in 2003,

In seguito al Progetto Genoma Umano nel 2003,

which was an international effort to identify

un impegno internazionale per identificare

the complete genetic blueprint of a human being,

il completo modello genetico di un essere umano,

a genomics revolution happened.

accadde una rivoluzione genomica.

Scientists started mastering the techniques for reading DNA.

Gli scienziati iniziarono a padroneggiare le tecniche per leggere il DNA.

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

In modo da determinare l'ordine delle A, C, T e G

within an organism.

all'interno di un organismo.

But my job was far different.

Ma il mio lavoro era molto diverso.

I needed to master the techniques for writing DNA.

Dovevo padroneggiare le tecniche per scrivere il DNA.

Like an author of a book,

Come l'autore di un libro,

this started out as writing short sentences,

tutto è iniziato scrivendo frasi brevi,

or sequences of DNA code,

o sequenze del codice genetico,

but this soon turned into writing paragraphs

ma ben presto diventarono paragrafi

and then full-on novels of DNA code,

e romanzi veri e propri del codice genetico,

to make important biological instructions for proteins and living cells.

per creare importanti comandi biologici per le proteine e cellule viventi.

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

Le cellule viventi sono le macchine più efficienti della natura,

accounting for the production

e giustificano la produzione

of 25 percent of the total pharmaceutical market,

del 25% del mercato farmaceutico totale,

which is billions of dollars.

il quale ammonta a miliardi di dollari.

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

Sapevamo che scrivere il DNA avrebbe dato ulteriore impulso a questa bioeconomia,

once cells could be programmed just like computers.

non appena avremmo saputo programmare le cellule come dei computer.

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

Sapevamo anche che scrivere il DNA

avrebbe consentito il teletrasporto biologico,

the printing of defined, biological material,

la stampa di un materiale biologico definito,

starting from DNA code.

iniziando dal codice genetico.

As a step toward bringing these promises to fruition,

Come passo in avanti per portare queste promesse a compimento,

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

il nostro team ha deciso di creare, per la prima volta,

a synthetic bacterial cell,

una cellula batterica sintetica,

starting from DNA code in the computer.

partendo dal codice genetico nel computer.

Synthetic DNA is a commodity.

Il DNA sintetico è un prodotto.

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

Si possono ordinare brevi sequenze di DNA da parte di numerose imprese,

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

le quali useranno questi quattro prodotti chimici di cui è costituito il DNA,

G, A, T and C,

G, A, T e C,

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

e costruiranno quelle brevi sequenze di DNA per voi.

Over the past 15 years or so,

Negli ultimi 15 anni e passa,

my teams have been developing the technology

i miei team hanno sviluppato la tecnologia

for stitching together those short pieces of DNA

per cucire insieme quelle brevi sequenze di DNA

into complete bacterial genomes.

in genomi batterici completi.

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

Il genoma più grande che abbiamo costruito conteneva oltre un milione di lettere.

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

Il quale è più del doppio di un tipico romanzo,

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

e abbiamo dovuto sistemare ogni singola lettera nell'ordine corretto,

without a single typo.

senza neanche un errore.

We were able to accomplish this by developing a procedure

Siamo stati in grado di realizzare ciò grazie ad una procedura

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

che volevo chiamare "metodo isotermico unifase di ricombinazione in vitro."

(Laughter)

(Risate)

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

Ma la comunità scientifica non ha gradito questo nome tecnicamente accurato,

and decided to call it Gibson Assembly.

e ha deciso di chiamarlo Gibson Assembly.

Gibson Assembly is now the gold standard tool,

Il Gibson Assembly è ora il metodo standard,

used in laboratories around the world

usato nei laboratori in tutto il mondo

for building short and long pieces of DNA.

per creare sequenze brevi e lunghe di DNA.

(Applause)

(Applausi)

Once we chemically synthesized the complete bacterial genome,

Dopo aver sintetizzato chimicamente il genoma batterico completo,

our next challenge was to find a way

la sfida successiva era quella di trovare un modo

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

per convertirlo in una cellula vivente e auto-replicante.

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

Abbiamo pensato al genoma come sistema operativo della cellula,

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

con quest'ultima contenente l'hardware necessario per avviare il genoma.

Through a lot of trial and error,

Attraverso tentativi ed errori,

we developed a procedure where we could reprogram cells

abbiamo sviluppato una procedura dove è possibile riprogrammare cellule

and even convert one bacterial species into another,

e persino convertirle da una specie batterica all'altra,

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

sostituendo il genoma di una cellula con quello di un'altra.

This genome transplantation technology then paved the way

Questa tecnologia di trapianto del genoma ha poi aperto la strada

for the booting-up of genomes written by scientists

per l'avvio di genomi scritti da scienziati

and not by Mother Nature.

e non da Madre Natura.

In 2010, all of the technologies

Nel 2010, tutte queste tecnologie

that we had been developing for reading and writing DNA

sviluppate per leggere e scrivere il DNA

all came together when we announced the creation

si sono combinate quando abbiamo annunciato la creazione

of the first synthetic cell,

della prima cellula sintetica,

which of course, we called Synthia.

che ovviamente, abbiamo chiamato Synthia.

(Laughter)

(Risate)

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

A partire dalla creazione del primo genoma batterico, nel 1995,

thousands more whole bacterial genomes have been sequenced and stored

altre migliaia di genomi batterici sono stati creati e conservati

in computer databases.

in banche dati informatiche.

Our synthetic cell work was the proof of concept

Il nostro lavoro è stato la dimostrazione di fattibilità

that we could reverse this process:

di poter invertire il processo:

pull a complete bacterial genome sequence out of the computer

prendere una sequenza completa di genoma batterico dal computer

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

e convertire quell'informazione in una cellula vivente e auto-replicante,

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

con tutte le caratteristiche previste della specie che abbiamo creato.

Now I can understand why there may be concerns

Posso capire perché ci possono essere preoccupazioni

about the safety of this level of genetic manipulation.

riguardo la sicurezza di questo livello di manipolazione genetica.

While the technology has the potential for great societal benefit,

La tecnologia ha il potenziale per dare un grande vantaggio alla società,

it also has the potential for doing harm.

tuttavia può anche arrecare danno.

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

Con questo in mente, ancor prima aver svolto il primissimo esperimento,

our team started to work with the public and the government

il nostro team iniziò a collaborare con il pubblico e il governo

to find solutions together

per trovare soluzioni

to responsibly develop and regulate this new technology.

per sviluppare e regolare in modo responsabile la nuova tecnologia.

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

Uno degli esiti di questi dibattiti è stato quello di scremare ogni cliente

and every customer's DNA synthesis orders,

e ogni ordine di sintesi genetica del cliente,

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

per assicurare che patogeni o tossine non vengano creati da malintenzionati

or accidentally by scientists.

o da scienziati per errore.

All suspicious orders are reported to the FBI

Tutti gli ordini sospetti vengono riferiti al FBI

and other relevant law-enforcement agencies.

e ad altre forze dell'ordine pertinenti.

Synthetic cell technologies will power the next industrial revolution

Questa nuova tecnologia darà la spinta alla prossima rivoluzione industriale

and transform industries and economies

e trasformerà le industrie e le economie

in ways that address global sustainability challenges.

in modo da affrontare le sfide della sostenibilità globale.

The possibilities are endless.

Ci sono infinite possibilità.

I mean, you can think of clothes

Voglio dire, pensate a vestiti

constructed form renewable biobased sources,

composti da materiali a base biologica e rinnovabile,

cars running on biofuel from engineered microbes,

macchine che usano biocarburante progettato da microbi,

plastics made from biodegradable polymers

plastica composta da polimeri biodegradabili

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

e terapie su misura, stampate al capezzale del paziente.

The massive efforts to create synthetic cells

I notevoli sforzi per creare cellule sintetiche

have made us world leaders at writing DNA.

ci hanno reso leader mondiali nello scrivere il DNA.

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

Durante il processo, abbiamo trovato modi per scrivere il DNA più velocemente,

more accurately and more reliably.

più accuratamente e in modo più attendibile.

Because of the robustness of these technologies,

Grazie alla solidità di queste tecnologie,

we found that we could readily automate the processes

abbiamo scoperto di riuscire ad automatizzare facilmente i processi

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

e spostare il flusso di lavoro dagli scienziati

and onto a machine.

a un computer.

In 2013, we built the first DNA printer.

Nel 2013, abbiamo costruito la prima stampante genetica.

We call it the BioXp.

La chiamiamo BioXp.

And it has been absolutely essential in writing DNA

È stata assolutamente essenziale nello scrivere il DNA

across a number of applications

in una serie di applicazioni

my team and researchers around the world are working on.

su cui il mio team e ricercatori nel mondo stiamo lavorando.

It was shortly after we built the BioXp

È stato poco dopo aver costruito BioXp

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

che ricevemmo quella email riguardo la paura dell'influenza aviaria in Cina.

A team of Chinese scientists had already isolated the virus,

Un team di scienziati cinesi aveva già separato il virus,

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

creato e caricato la sequenza genetica su internet.

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

Su richiesta del governo USA, abbiamo scaricato quella sequenza

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

e in meno di 12 ore, l'abbiamo stampata usando BioXp.

Our collaborators at Novartis

I nostri collaboratori a Novartis

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

successivamente trasformarono il DNA sintetico in un vaccino.

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

Nel frattempo, il CDC, usando la tecnologia risalente al 1940,

was still waiting for the virus to arrive from China

stava ancora aspettando l'arrivo del virus dalla Cina

so that they could begin their egg-based approach.

così da poter iniziare il loro approccio basato sulle uova.

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

Per la prima volta, avevamo sviluppato un vaccino in tempo

for a new and potentially dangerous strain,

per una nuova e potenzialmente pericolosa forma di influenza,

and the US government ordered a stockpile.

e il governo USA ha ordinato una riserva.

(Applause)

(Applausi)

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

Questo fu quando iniziai ad apprezzare, più che mai,

the power of biological teleportation.

il potere del teletrasporto biologico.

(Laughter)

(Risate)

Naturally, with this in mind,

Naturalmente, con questo a mente,

we started to build a biological teleporter.

iniziammo a costruire il teletrasporto biologico.

We call it the DBC.

Lo chiamiamo il DBC.

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

È il diminutivo di convertitore da digitale a biologico.

Unlike the BioXp,

Diversamente da BioXp,

which starts from pre-manufactured short pieces of DNA,

la quale inizia con brevi sequenze genetiche pre-fabbricate,

the DBC starts from digitized DNA code

il DBC inizia con il codice genetico digitalizzato

and converts that DNA code into biological entities,

e lo converte in entità biologiche,

such as DNA, RNA, proteins or even viruses.

come il DNA, RNA, proteine o persino virus.

You can think of the BioXp as a DVD player,

Potete pensare al BioXp come un lettore DVD,

requiring a physical DVD to be inserted,

che richiede di inserire un DVD concreto,

whereas the DBC is Netflix.

mentre il DBC è come Netflix.

To build the DBC,

Per costruire il DBC,

my team of scientists worked with software and instrumentation engineers

il mio team di scienziati ha lavorato con ingegneri di software e strumentazione

to collapse multiple laboratory workflows,

per richiudere molteplici flussi di lavoro

all in a single box.

in una singola macchina.

This included software algorithms to predict what DNA to build,

Ciò include gli algoritmi del software per prevedere quale DNA costruire,

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

la chimica per collegare G, A, T e C costruendo sequenze genetiche brevi,

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

il Gibson Assembly per cucire insieme quelle sequenze brevi in sequenze lunghe,

and biology to convert the DNA into other biological entities,

e la biologia per convertire il DNA in altre entità biologiche,

such as proteins.

come le proteine.

This is the prototype.

Questo è il prototipo.

Although it wasn't pretty, it was effective.

Sebbene non era bello, era efficace.

It made therapeutic drugs and vaccines.

Ha creato medicine terapeutiche e vaccini.

And laboratory workflows that once took weeks or months

E i flussi di lavoro che una volta richiedevano settimane o mesi

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

ora potevano essere svolte in uno o due giorni.

And that's all without any human intervention

Tutto questo senza alcun intervento umano,

and simply activated by the receipt of an email

attivato semplicemente dalla ricevuta di una email

which could be sent from anywhere in the world.

che potrebbe essere spedita da qualsiasi parte del mondo.

We like to compare the DBC to fax machines.

Ci piace paragonare il DBC al fax.

But whereas fax machines received images and documents,

Ma mentre i fax ricevono immagini e documenti,

the DBC receives biological materials.

il DBC riceve materiali biologici.

Now, consider how fax machines have evolved.

Ora, considerate il modo in cui si sono evoluti i fax.

The prototype of the 1840s is unrecognizable,

Il prototipo del 1840 è irriconoscibile,

compared with the fax machines of today.

a paragone con i fax di oggi.

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

Nel 1980, la maggioranza delle persone non sapevano ancora cosa fosse,

and if they did,

e se lo sapevano,

it was difficult for them to grasp the concept

era difficile afferrare il concetto

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

di riprodurre una immagine all'istante dall'altra parte del mondo.

But nowadays, everything that a fax machine does

Ma al giorno d'oggi, tutte le funzioni del fax

is integrated on our smart phones,

sono integrate nei nostri smartphone,

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

e ovviamente, diamo per scontato questo scambio rapido di informazioni.

Here's what our DBC looks like today.

Questo è l'aspetto del DBC moderno.

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

Riteniamo che il DBC si svilupperà in modo simile al fax.

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

Stiamo lavorando per ridurne la grandezza,

and we're working to make the underlying technology

e per rendere questa tecnologia di base

more reliable, cheaper, faster and more accurate.

più attendibile, economica, veloce e precisa.

Accuracy is extremely important when synthesizing DNA,

La precisione è estremamente importante quando si sintetizza il DNA,

because a single change to a DNA letter

perché una singola modifica a una lettera del DNA

could mean the difference between a medicine working or not

potrebbe fare differenza tra il successo e il fallimento

or synthetic cell being alive or dead.

o la vita o la morte della cellula sintetica.

The DBC will be useful for the distributed manufacturing

Il DBC sarà utile per distribuire la produzione di medicine

of medicine starting from DNA.

partendo dal DNA.

Every hospital in the world could use a DBC

Ogni ospedale nel mondo potrebbe usare il DBC

for printing personalized medicines for a patient at their bedside.

per stampare medicine su misura per i propri pazienti ricoverati.

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

Posso anche immaginare un giorno dove sarà routine per le persone

to connect to their home computer or smart phone

avere un DBC e connetterlo al computer o allo smartphone

as a means to download their prescriptions,

come mezzo per scaricare prescrizioni,

such as insulin or antibody therapies.

come l'insulina o terapie con anticorpi.

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

Il DBC verrà anche situato in aree strategiche nel mondo,

for rapid response to disease outbreaks.

come risposta rapida alle epidemie.

For example, the CDC in Atlanta, Georgia

Per esempio, il CDC in Atlanta, Georgia

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

potrebbe inviare istruzioni per il vaccino ad un DBC nell'altra parte del mondo,

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

dove il vaccino viene prodotto in prima linea.

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

Il vaccino può anche essere specificamente personalizzato al ceppo influenzale

that's circulating in that local area.

che sta circolando in quell'area locale.

Sending vaccines around in a digital file,

Spedire i vaccini tramite un file digitale,

rather than stockpiling those same vaccines and shipping them out,

invece di fare riserva e spedire fisicamente,

promises to save thousands of lives.

promette di salvare milioni di vite.

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

Naturalmente, gli impieghi vanno lontani quanto l'immaginazione stessa.

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

Non è difficile immaginare un DBC su un altro pianeta.

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

Gli scienziati sulla terra potrebbero spedire le istruzioni digitali a quel DBC

to make new medicines or to make synthetic organisms

per creare nuove medicine o organismi sintetici

that produce oxygen, food, fuel or building materials,

che producono ossigeno, cibo, carburante e materiali da costruzione,

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

come mezzo per rendere il pianeta più abitabile per gli esseri umani.

(Applause)

(Applausi)

With digital information traveling at the speed of light,

Con le informazioni digitali che viaggiano alla velocità della luce,

it would only take minutes to send those digital instructions

ci vorrebbero pochi minuti per inviare quelle informazioni

from Earth to Mars,

dalla Terra a Marte,

but it would take months to physically deliver those same samples

ma ci vorrebbero mesi per consegnare fisicamente gli stessi campioni

on a spacecraft.

con un'astronave.

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

Per ora, sarei soddisfatto nel trasmettere nuove medicine nel mondo

fully automated and on demand,

interamente automatizzate e su richiesta,

saving lives from emerging infectious diseases

salvando vite da malattie infettive emergenti

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

e stampando medicine per il cancro per chi non ha tempo di aspettare.

Thank you.

Grazie.

(Applause)

(Applausi)