How to read the genome and build a human being | Riccardo Sabatini

Traduttore: Elena Balloch Revisore: Michele Gianella

For the next 16 minutes, I'm going to take you on a journey

Nei prossimi 16 minuti, vi condurrò in un viaggio

that is probably the biggest dream of humanity:

che è probabilmente il più grande sogno dell'umanità:

to understand the code of life.

comprendere il codice della vita.

Per me tutto iniziò molti anni fa,

So for me, everything started many, many years ago

when I met the first 3D printer.

quando incontrai la prima stampante 3D.

The concept was fascinating.

Il concetto era affascinante.

A 3D printer needs three elements:

A una stampante 3D bastano tre elementi

a bit of information, some raw material, some energy,

- un po' di informazione, un po' di materia prima e un po' di energia -

and it can produce any object that was not there before.

per creare qualsiasi oggetto prima inesistente.

I was doing physics, I was coming back home

Studiavo fisica, e mentre tornavo a casa

and I realized that I actually always knew a 3D printer.

mi resi conto che in realtà avevo sempre conosciuto una stampante 3D.

And everyone does.

Tutti la conoscono.

It was my mom.

Era mia mamma.

(Laughter)

(Risate)

My mom takes three elements:

Mia mamma ha usato tre elementi:

a bit of information, which is between my father and my mom in this case,

un po' di informazione, in questo caso sia sua che di mio padre,

raw elements and energy in the same media, that is food,

materia prima ed energia nello stesso supporto, cioè cibo,

and after several months, produces me.

e dopo qualche mese produce me.

And I was not existent before.

Che non esistevo prima.

So apart from the shock of my mom discovering that she was a 3D printer,

Quindi al di là dello shock di mia madre

quando ha scoperto di essere una stampante 3D,

I immediately got mesmerized by that piece,

sono stato catturato fin da subito dal primo elemento,

the first one, the information.

What amount of information does it take

l'informazione.

Quanta informazione serve per creare e assemblare un essere umano?

to build and assemble a human?

Is it much? Is it little?

Ne serve tanta? Ne basta poca?

How many thumb drives can you fill?

Quante chiavette USB potremmo riempire?

Well, I was studying physics at the beginning

All'inizio delle ricerca stavo ancora studiando fisica

and I took this approximation of a human as a gigantic Lego piece.

e ho approssimato un essere umano a un gigantesco pezzo di Lego.

So, imagine that the building blocks are little atoms

Immaginate che i mattoni da costruzione siano piccoli atomi:

un idrogeno qui, un carbonio qui, un azoto qui.

and there is a hydrogen here, a carbon here, a nitrogen here.

So in the first approximation,

Come prima approssimazione,

if I can list the number of atoms that compose a human being,

se riesco ad elencare il numero di atomi che compongono un essere umano,

I can build it.

lo posso costruire.

Now, you can run some numbers

Se fate due conti,

and that happens to be quite an astonishing number.

il numero che viene fuori è strabiliante.

So the number of atoms,

Il numero di atomi,

il file che salverò sulla penna USB per assemblare un bebè,

the file that I will save in my thumb drive to assemble a little baby,

will actually fill an entire Titanic of thumb drives --

riempirebbe un intero Titanic di chiavette --

multiplied 2,000 times.

moltiplicato per 2.000.

This is the miracle of life.

Questo è il miracolo della vita.

Every time you see from now on a pregnant lady,

D'ora in poi, davanti a una donna incinta, notatelo:

she's assembling the biggest amount of information

sta assemblando la più grande mole di dati

that you will ever encounter.

che abbiate mai incontrato.

Forget big data, forget anything you heard of.

Dimenticate i big data, e qualsiasi cosa abbiate mai sentito.

This is the biggest amount of information that exists.

È questa la più grande quantità di informazione che esista.

(Applause)

(Applausi)

But nature, fortunately, is much smarter than a young physicist,

Ma la natura, per fortuna,

è molto più intelligente di un giovane fisico,

and in four billion years, managed to pack this information

e in 4 miliardi di anni è riuscita a concentrare questa informazione

in a small crystal we call DNA.

in un piccolo cristallo, che chiamiamo DNA.

We met it for the first time in 1950 when Rosalind Franklin,

L'abbiamo visto per la prima volta nel 1950, quando Rosalind Franklin,

an amazing scientist, a woman,

una brillante scienziata, lo fotografò.

took a picture of it.

But it took us more than 40 years to finally poke inside a human cell,

Ma abbiamo impiegato più di 40 anni

per poter finalmente curiosare dentro una cellula umana,

estrarre il cristallo, srotolarlo e leggerlo per la prima volta.

take out this crystal,

unroll it, and read it for the first time.

The code comes out to be a fairly simple alphabet,

Il codice si è rivelato un alfabeto piuttosto semplice,

four letters: A, T, C and G.

composto da quattro lettere: A, T, C e G.

And to build a human, you need three billion of them.

Per costruire un essere umano, ne servono tre miliardi.

Three billion.

Tre miliardi.

Quanti sono tre miliardi?

How many are three billion?

It doesn't really make any sense as a number, right?

Non ha alcun senso come numero, vero?

So I was thinking how I could explain myself better

Stavo pensando a un modo di comunicare meglio,

about how big and enormous this code is.

di farvi capire quando enorme sia questo codice.

But there is -- I mean, I'm going to have some help,

Ma c'è un modo -- capiamoci, mi servirà un po' di aiuto,

and the best person to help me introduce the code

e la persona perfetta per aiutarmi a presentarvi il codice

è il primo uomo che l'ha sequenziato, Dr. Craig Venter.

is actually the first man to sequence it, Dr. Craig Venter.

So welcome onstage, Dr. Craig Venter.

Benvenuto sul palco, Dr. Craig Venter.

(Applause)

(Applausi)

Not the man in the flesh,

Non l'uomo in carne e ossa:

but for the first time in history,

per la prima volta nella storia,

this is the genome of a specific human,

questo è il genoma di uno specifico uomo,

printed page-by-page, letter-by-letter:

stampato pagina per pagina, lettera per lettera:

262.000 pagine di informazioni,

262,000 pages of information,

450 chili, spediti dagli Stati Uniti al Canada

450 kilograms, shipped from the United States to Canada

thanks to Bruno Bowden, Lulu.com, a start-up, did everything.

grazie a Bruno Bowden, Lulu.com, una start-up, che ha fatto tutto.

È stata un'impresa incredibile.

It was an amazing feat.

But this is the visual perception of what is the code of life.

Ma questa è la percezione visiva di ciò che è il codice della vita.

Ora, per la prima volta, posso fare una cosa divertente:

And now, for the first time, I can do something fun.

I can actually poke inside it and read.

curiosarci dentro e leggerlo.

So let me take an interesting book ... like this one.

Prendiamo un libro interessante... questo, per esempio.

I have an annotation; it's a fairly big book.

Ho messo una nota: è un libro piuttosto grande.

So just to let you see what is the code of life.

Ma è per farvi vedere cos'è il codice della vita:

migliaia e migliaia e migliaia

Thousands and thousands and thousands

and millions of letters.

e milioni di lettere.

And they apparently make sense.

Che all'apparenza non hanno alcun senso.

Andiamo a un punto specifico.

Let's get to a specific part.

Let me read it to you:

Ve la leggo:

(Laughter)

(Risate)

"AAG, AAT, ATA."

"AAG, AAT, ATA."

To you it sounds like mute letters,

Per voi queste lettere non hanno alcun senso,

but this sequence gives the color of the eyes to Craig.

ma questa sequenza dà a Craig il colore degli occhi.

I'll show you another part of the book.

Vi mostrerò un'altra parte del libro.

This is actually a little more complicated.

Questo è un po' più complicato, in realtà.

Chromosome 14, book 132:

Cromosoma 14, libro 132:

(Laughter)

(Risate)

As you might expect.

Come forse vi aspettavate.

(Laughter)

(Risate)

"ATT, CTT, GATT."

"ATT, CTT, GATT."

This human is lucky,

Questo essere umano è fortunato,

perché se mancassero solo due lettere, in questo punto --

because if you miss just two letters in this position --

two letters of our three billion --

due lettere su tre miliardi --

he will be condemned to a terrible disease:

sarebbe condannato ad una terribile malattia:

cystic fibrosis.

fibrosi cistica.

We have no cure for it, we don't know how to solve it,

Non esiste una cura, non sappiamo come curarla,

and it's just two letters of difference from what we are.

e bastano due lettere a fare tutta la differenza.

A wonderful book, a mighty book,

Un libro bellissimo, potente,

a mighty book that helped me understand

che mi ha aiutato a capire e mostrarvi qualcosa di notevole.

and show you something quite remarkable.

Every one of you -- what makes me, me and you, you --

Le lettere che identificano me, e ognuno di voi,

is just about five million of these,

sono solo 5 milioni circa,

half a book.

mezzo libro.

Per il resto,

For the rest,

we are all absolutely identical.

siamo tutti assolutamente identici.

500 pagine è il miracolo della vita che solo voi siete.

Five hundred pages is the miracle of life that you are.

Il resto lo condividiamo tutti.

The rest, we all share it.

So think about that again when we think that we are different.

Ripensateci, quando credete di essere tanto speciali.

This is the amount that we share.

Questo è quanto abbiamo in comune.

So now that I have your attention,

Adesso che ho la vostra attenzione,

the next question is:

la prossima domanda è:

How do I read it?

come lo leggo?

How do I make sense out of it?

Come lo comprendo?

Well, for however good you can be at assembling Swedish furniture,

Per quanto bravi possiate essere a montare mobili svedesi,

this instruction manual is nothing you can crack in your life.

questo libretto delle istruzioni è fuori dalla vostra portata.

(Laughter)

(Risate)

And so, in 2014, two famous TEDsters,

Quindi nel 2014, due famosi TEDster,

Peter Diamandis e lo stesso Craig Venter,

Peter Diamandis and Craig Venter himself,

decided to assemble a new company.

decisero di creare una nuova azienda.

Human Longevity was born,

Nacque Human Longevity, con una missione:

with one mission:

fare tutto il possibile

trying everything we can try

and learning everything we can learn from these books,

e imparare il massimo possibile da questi libri,

con un obiettivo --

with one target --

making real the dream of personalized medicine,

realizzare il sogno della medicina personalizzata,

understanding what things should be done to have better health

capire cosa bisognerebbe fare per migliorare la salute

and what are the secrets in these books.

e quali sono i segreti di questi libri.

An amazing team, 40 data scientists and many, many more people,

Un'incredibile squadra, 40 analisti dei dati e molte altre persone

a pleasure to work with.

con cui è bello lavorare.

The concept is actually very simple.

Il concetto è, in realtà, molto semplice.

Useremo una tecnologia chiamata apprendimento automatico.

We're going to use a technology called machine learning.

On one side, we have genomes -- thousands of them.

Da un lato ci sono i genomi -- a migliaia.

On the other side, we collected the biggest database of human beings:

Dall'altro abbiamo collezionato il più grande database di esseri umani:

fenotipi, scansione 3D, NMR -- tutto ciò che vi viene in mente.

phenotypes, 3D scan, NMR -- everything you can think of.

Inside there, on these two opposite sides,

Lì dentro, ai due estremi,

there is the secret of translation.

c'è il segreto della traduzione.

And in the middle, we build a machine.

Nel mezzo costruiamo la macchina.

We build a machine and we train a machine --

Costruiamo una macchina e alleniamo la macchina

well, not exactly one machine, many, many machines --

- beh, non proprio una: molte, molte macchine -

to try to understand and translate the genome in a phenotype.

per capire e tradurre il genoma in un fenotipo.

What are those letters, and what do they do?

Cosa sono quelle lettere, e cosa fanno.

It's an approach that can be used for everything,

È un metodo che può essere usato per qualsiasi cosa,

but using it in genomics is particularly complicated.

ma applicarlo alla genomica è particolarmente complicato.

Little by little we grew and we wanted to build different challenges.

Piano piano siamo cresciuti e cercavamo altre sfide.

We started from the beginning, from common traits.

Abbiamo cominciato dalle basi, dai tratti comuni.

Common traits are comfortable because they are common,

I tratti comuni sono semplici perché sono comuni,

tutti li hanno.

everyone has them.

So we started to ask our questions:

Quindi abbiamo iniziato a porci un po' di domande:

Can we predict height?

possiamo predire l'altezza?

Can we read the books and predict your height?

Possiamo leggere quei libri e predire l'altezza?

Well, we actually can,

In effetti si,

with five centimeters of precision.

con un margine di precisione di 5 centimetri.

BMI is fairly connected to your lifestyle,

L'IMC è abbastanza collegato allo stile di vita,

but we still can, we get in the ballpark, eight kilograms of precision.

ma ce la facciamo ancora, ci siamo vicini con un margine di errore di 8 chili.

Il colore degli occhi?

Can we predict eye color?

Yeah, we can.

Sì, possiamo prevederlo. Con una precisione dell'80%.

Eighty percent accuracy.

Can we predict skin color?

Possiamo predire il colore della pelle?

Yeah we can, 80 percent accuracy.

Sì, possiamo, con una precisione dell'80%.

Can we predict age?

Possiamo predire l'età?

Si, perché sembra che il codice cambi nel corso della vita.

We can, because apparently, the code changes during your life.

It gets shorter, you lose pieces, it gets insertions.

Si accorcia, si perdono pezzi, compaiono delle aggiunte.

We read the signals, and we make a model.

Noi leggiamo i segnali e creiamo un modello.

Now, an interesting challenge:

E ora una sfida interessante:

Can we predict a human face?

possiamo prevedere un volto umano?

È un po' complicato,

It's a little complicated,

because a human face is scattered among millions of these letters.

perché un volto umano è disperso tra milioni di queste lettere.

And a human face is not a very well-defined object.

E un volto umano non è un oggetto ben definito.

Abbiamo dovuto quindi partire da zero

So, we had to build an entire tier of it

to learn and teach a machine what a face is,

per capire come insegnare alla macchina cos'è una faccia,

and embed and compress it.

e poi incorporare e compattare il codice.

Se conoscete un po' l'apprendimento automatico,

And if you're comfortable with machine learning,

you understand what the challenge is here.

potete immaginare che genere di sfida sia stata.

Now, after 15 years -- 15 years after we read the first sequence --

Adesso, dopo 15 anni -- 15 anni dalla lettura della prima sequenza --

a ottobre abbiamo iniziato a ricevere dei segnali.

this October, we started to see some signals.

È stato un momento emozionante.

And it was a very emotional moment.

What you see here is a subject coming in our lab.

Qui vedete un soggetto del nostro laboratorio.

This is a face for us.

Per noi questa è una faccia.

So we take the real face of a subject, we reduce the complexity,

Quindi prendiamo la vera faccia di un soggetto, riduciamo la complessità,

perché i geni non spiegano tutto:

because not everything is in your face --

molti tratti, difetti e asimmetrie derivano dalla vita.

lots of features and defects and asymmetries come from your life.

Rendiamo la faccia simmetrica e applichiamo il nostro algoritmo.

We symmetrize the face, and we run our algorithm.

Ora vi mostro i risultati:

The results that I show you right now,

questa è la previsione che otteniamo dal sangue.

this is the prediction we have from the blood.

(Applause)

(Applauso)

Aspettate un attimo.

Wait a second.

In these seconds, your eyes are watching, left and right, left and right,

In questo istante state guardando a sinistra e a destra, sinistra e destra,

e il vostro cervello cerca di convincersi che sono uguali.

and your brain wants those pictures to be identical.

Quindi ora vi chiederò di fare l'esercizio opposto:

So I ask you to do another exercise, to be honest.

Please search for the differences,

cercate le differenze,

che sono molte.

which are many.

The biggest amount of signal comes from gender,

La maggiore parte di segnali deriva dal genere,

then there is age, BMI, the ethnicity component of a human.

poi dall'età, dall'IMC, dall'etnia di un essere umano.

And scaling up over that signal is much more complicated.

E fare meglio di quel segnale

è molto più complicato.

Ma quello che potete vedere, nonostante le differenze,

But what you see here, even in the differences,

vi fa capire che siamo sulla strada giusta,

lets you understand that we are in the right ballpark,

that we are getting closer.

che ci stiamo avvicinando.

E già ci impressiona.

And it's already giving you some emotions.

This is another subject that comes in place,

Questo è un altro soggetto analizzato, e questa è una previsione.

and this is a prediction.

A little smaller face, we didn't get the complete cranial structure,

Il viso è un po' più piccolo,

non abbiamo individuato la completa struttura del cranio,

but still, it's in the ballpark.

ma comunque è una buona approssimazione.

This is a subject that comes in our lab,

Questo è un soggetto che viene al nostro laboratorio,

and this is the prediction.

e questa è la previsione.

So these people have never been seen in the training of the machine.

Queste persone non sono mai state viste durante la preparazione della macchina.

These are the so-called "held-out" set.

Sono le cosiddette serie escluse.

But these are people that you will probably never believe.

Ma probabilmente, non immaginereste mai chi sono.

Stiamo pubblicando tutto su una rivista scientifica,

We're publishing everything in a scientific publication,

che potrete leggere.

you can read it.

Ma dato che siamo sul palco, Chris mi ha sfidato.

But since we are onstage, Chris challenged me.

I probably exposed myself and tried to predict

Forse mi sono esposto nel cercare di fare una previsione

someone that you might recognize.

di una persona che potreste riconoscere.

So, in this vial of blood -- and believe me, you have no idea

In questa fialetta di sangue -- e credetemi, non avete idea

what we had to do to have this blood now, here --

di cosa abbiamo fatto per potervela mostrare --

in this vial of blood is the amount of biological information

in questa fialetta di sangue c'è sufficiente informazione biologica

that we need to do a full genome sequence.

per permetterci di elaborare un'intera sequenza genomica.

Ne basta davvero così poco.

We just need this amount.

We ran this sequence, and I'm going to do it with you.

Abbiamo eseguito la sequenza, e ora lo rifarò con voi.

And we start to layer up all the understanding we have.

Poi abbiamo iniziato ad accumulare tutta la conoscenza che avevamo.

In the vial of blood, we predicted he's a male.

Dalla fialetta di sangue, abbiamo previsto che fosse maschio.

And the subject is a male.

E il soggetto è un maschio.

We predict that he's a meter and 76 cm.

Abbiamo previsto che fosse alto 1m e 76 cm.

Il soggetto è alto 1m e 77cm.

The subject is a meter and 77 cm.

So, we predicted that he's 76; the subject is 82.

Abbiamo previsto che pesasse 76kg; il soggetto pesa 82kg.

We predict his age, 38.

Abbiamo previsto la sua età, 38. Il soggetto ha 35 anni.

The subject is 35.

We predict his eye color.

Abbiamo previsto il colore dei suoi occhi.

Too dark.

Troppo scuri.

Abbiamo previsto il colore della sua pelle:

We predict his skin color.

più o meno ci siamo.

We are almost there.

That's his face.

Quella è la sua faccia.

Adesso, la rivelazione:

Now, the reveal moment:

the subject is this person.

il soggetto è questa persona.

(Laughter)

(Risate)

And I did it intentionally.

L'ho fatto intenzionalmente.

I am a very particular and peculiar ethnicity.

Faccio parte di un'etnia molto particolare:

sudeuropea, italiani -- che non corrispondono mai ai modelli.

Southern European, Italians -- they never fit in models.

And it's particular -- that ethnicity is a complex corner case for our model.

È particolare -- questa etnia è un complesso caso limite

per il nostro modello. Ma c'è un altro motivo.

But there is another point.

So, one of the things that we use a lot to recognize people

Una delle cose su cui ci basiamo molto per riconoscere le persone

will never be written in the genome.

non sarà mai scritto nel genoma.

It's our free will, it's how I look.

È il nostro libero arbitrio, è il mio aspetto.

Not my haircut in this case, but my beard cut.

Non il mio taglio di capelli, in questo caso, ma quello della mia barba.

So I'm going to show you, I'm going to, in this case, transfer it --

Allora trasferirò, in questo caso --

solo con Photoshop, senza modelli 3D --

and this is nothing more than Photoshop, no modeling --

the beard on the subject.

la barba sul soggetto.

And immediately, we get much, much better in the feeling.

Ed immediatamente siamo molto molto più vicini.

So, why do we do this?

Perché facciamo tutto questo?

We certainly don't do it for predicting height

Di certo non lo facciamo per predire l'altezza

o scattare una bella foto dal nostro sangue.

or taking a beautiful picture out of your blood.

We do it because the same technology and the same approach,

Lo facciamo perché la stessa tecnologia e lo stesso approccio,

the machine learning of this code,

l'apprendimento automatico di questo codice,

is helping us to understand how we work,

ci sta aiutando a capire come funzioniamo,

come funziona il nostro corpo,

how your body works,

how your body ages,

come invecchia il nostro corpo,

how disease generates in your body,

come si generano le malattie,

come il cancro nasce e si sviluppa,

how your cancer grows and develops,

how drugs work

come funzionano i farmaci

and if they work on your body.

e se funzionano sul nostro corpo.

This is a huge challenge.

È una sfida immensa.

This is a challenge that we share

È una sfida che condividiamo

con centinaia di altri ricercatori nel mondo.

with thousands of other researchers around the world.

Si chiama medicina personalizzata.

It's called personalized medicine.

Ed è la capacità di passare da un approccio statistico,

It's the ability to move from a statistical approach

where you're a dot in the ocean,

dove siete un puntino nell'oceano,

to a personalized approach,

a un approccio personalizzato,

where we read all these books

in cui leggiamo tutti questi libri

and we get an understanding of exactly how you are.

e capiamo esattamente come siete.

Ma è una sfida particolarmente complicata,

But it is a particularly complicated challenge,

because of all these books, as of today,

perché di tutti questi libri, ad oggi,

we just know probably two percent:

conosciamo solo il 2% circa:

quattro libri su più di 175.

four books of more than 175.

And this is not the topic of my talk,

Questo non è l'argomento del mio talk,

perché impareremo più di questo.

because we will learn more.

There are the best minds in the world on this topic.

Le migliori menti al mondo stanno lavorando su questo argomento.

Le previsioni miglioreranno,

The prediction will get better,

the model will get more precise.

il modello sarà più preciso.

E più impareremo,

And the more we learn,

più dovremo confrontarci con decisioni

the more we will be confronted with decisions

that we never had to face before

mai affrontate prima

about life,

sulla vita, sulla morte, sull'essere genitori.

about death,

about parenting.

Quindi, questa conversazione --

So, we are touching the very inner detail on how life works.

stiamo indagando i meccanismi più profondi della vita.

Ed è una rivoluzione che non può essere limitata

And it's a revolution that cannot be confined

al campo della scienza o della tecnologia.

in the domain of science or technology.

This must be a global conversation.

Deve diventare una conversazione globale.

We must start to think of the future we're building as a humanity.

Dobbiamo pensare al futuro che stiamo costruendo come umanità.

Dobbiamo collaborare con i creativi, con gli artisti, con i filosofi,

We need to interact with creatives, with artists, with philosophers,

con i politici.

with politicians.

Everyone is involved,

Siamo tutti coinvolti, perché in ballo c'è il futuro della nostra specie.

because it's the future of our species.

Senza timori, ma con la consapevolezza

Without fear, but with the understanding

that the decisions that we make in the next year

che le decisioni che prenderemo nel prossimo anno

cambieranno il corso della storia per sempre.

will change the course of history forever.

Thank you.

Grazie.

(Applause)

(Applausi)