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

Tłumaczenie: Grace Waleszczak Korekta: Rysia Wand

Alright, let me tell you about building synthetic cells

Pozwólcie, że opowiem o budowaniu syntetycznych komórek

and printing life.

i kopiowaniu życia.

But first, let me tell you a quick story.

Najpierw opowiem krótką historyjkę.

On March 31, 2013,

W dniu 31 marca 2013 roku

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

otrzymałem z zespołem emaila ze Światowej Organizacji Zdrowia

alerting us that two men died in China

powiadamiający nas, że w Chinach zmarło dwoje ludzi

shortly after contracting the H7N9 bird flu.

zakażonych wirusem ptasiej grypy H7N9.

There were fears of a global pandemic

Spowodowało to obawy globalnej pandemii,

as the virus started rapidly moving across China.

wirus szybko roznosił się po całych Chinach.

Although methods existed to produce a flu vaccine

Mimo, że istniały metody wyprodukowania szczepionki

and stop the disease from spreading,

i powstrzymania choroby,

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

to w najlepszym razie szczepionka byłaby dostępna za 6 miesięcy.

This is because a slow, antiquated flu vaccine manufacturing process

A to dlatego, że jedyną opcją był powolny i przestarzały

developed over 70 years ago was the only option.

proces wytwarzania opracowany 70 lat temu.

The virus would need to be isolated from infected patients,

Wirus należało wyizolować od zarażonych pacjentów,

packaged up and then sent to a facility

zapakować i przesłać do laboratorium,

where scientists would inject the virus into chicken eggs,

gdzie wstrzykuje się go do kurzych jaj

and incubate those chicken eggs for several weeks

i inkubuje przez kilka tygodni,

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

żeby przygotować go do wieloetapowego,

multimonth flu vaccine manufacturing process.

wielomiesięcznego procesu produkcji.

My team and I received this email

Mój zespół i ja otrzymaliśmy email,

because we had just invented a biological printer,

ponieważ właśnie wynaleźliśmy drukarkę biologiczną,

which would allow for the flu vaccine instructions

która pozwala instrukcje dotyczące szczepionki

to be instantly downloaded from the internet and printed.

natychmiast pobrać z internetu i wydrukować,

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

niesamowicie przyspieszając produkcję szczepionek

and potentially saving thousands of lives.

i potencjalnie ratując tysiące istnień ludzkich.

The biological printer leverages our ability to read and write DNA

Drukarka biologiczna wykorzystuje zdolność do czytania i pisania DNA

and starts to bring into focus

i zaczyna skupiać uwagę na czymś,

what we like to call biological teleportation.

co lubimy nazywać biologiczną teleportacją.

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

Jestem biologiem i inżynierem, który buduje różne rzeczy z DNA.

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

Możecie wierzyć lub nie, ale najbardziej lubię

is to take DNA apart and put it back together

rozkładać DNA na części i potem je składać.

so that I can understand better how it works.

W ten sposób mogę lepiej zrozumieć, jak funkcjonuje DNA.

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

Mogę edytować i programować DNA, podobnie jak programuje się komputer.

But my apps are different.

Ale moje aplikacje są inne.

They create life.

One tworzą życie.

Self-replicating living cells and things like vaccines and therapeutics

Samokopiujące się żywe komórki oraz szczepionki i leki

that work in ways that were previously impossible.

działają na zasadach uprzednio niemożliwych.

Here's National Medal of Science recipient Craig Venter

To jest Craig Venter odznaczony Narodowym Medalem Nauki,

and Nobel laureate Ham Smith.

a to laureat nagrody Nobla - Ham Smith.

These two guys shared a similar vision.

Tych dwóch ludzi podziela wspólną wizję.

That vision was, because all of the functions and characteristics

Ponieważ wszystkie funkcje i charakterystyki

of all biological entities, including viruses and living cells,

jednostek biologicznych, włączając wirusy i żywe komórki,

are written into the code of DNA,

są wpisane w kod DNA,

if one can read and write that code of DNA,

to mogąc czytać i pisać ten kod DNA,

then they can be reconstructed in a distant location.

możemy je odtworzyć na odległość.

This is what we mean by biological teleportation.

Tak rozumiemy biologiczną teleportację.

To prove out this vision,

Celem potwierdzenia tej wizji

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

Craig i Ham postanowili stworzyć, po raz pierwszy w historii,

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

syntetyczną komórkę, zaczynając od kodu DNA w komputerze.

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

Jako poszukujący pracy naukowiec pomyślałem,

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

że nic nie dorówna udziałowi w nowatorskich badaniach.

(Laughter)

(Śmiech)

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

Genom jest to całość informacji DNA wewnątrz organizmu.

Following the Human Genome Project in 2003,

W ślad za projektem z 2003 roku "Ludzki Genom",

which was an international effort to identify

który był międzynarodowym programem naukowym,

the complete genetic blueprint of a human being,

mającym na celu identyfikację genetycznej sekwencji człowieka,

a genomics revolution happened.

nastąpiła rewolucja genomiki.

Scientists started mastering the techniques for reading DNA.

Naukowcy rozpoczęli doskonalenie technik odczytu DNA,

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

żeby określić sekwencję adenin, cytozyn, tymin i guanin

within an organism.

w organizmie.

But my job was far different.

Moja praca była zupełnie inna.

I needed to master the techniques for writing DNA.

Miałem posiąść techniki pisania DNA.

Like an author of a book,

Tak jak literat

this started out as writing short sentences,

rozpocząłem od pisania krótkich zdań,

or sequences of DNA code,

sekwencji kodu DNA,

but this soon turned into writing paragraphs

co wkrótce zmieniło się w pisanie paragrafów,

and then full-on novels of DNA code,

a następnie całych powieści w kodzie DNA,

to make important biological instructions for proteins and living cells.

biologicznych instrukcji dla białek i żywych komórek.

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

Żywe komórki to najsprawniejsze maszyny natury do wyrobu nowych produktów.

accounting for the production

Ich produkcja stanowi

of 25 percent of the total pharmaceutical market,

25% całego rynku farmaceutycznego

which is billions of dollars.

i idzie w miliony dolarów.

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

Wiedzieliśmy, że pisanie DNA pchnie bioekonomię jeszcze dalej,

once cells could be programmed just like computers.

gdyby tylko dało się programować komórki tak jak komputery.

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

Wiemy również, że pisanie DNA umożliwi biologiczną teleportację.....

the printing of defined, biological material,

drukowanie określonego, materiału biologicznego,

starting from DNA code.

zaczynając od kodu DNA.

As a step toward bringing these promises to fruition,

Jako krok w kierunku realizacji tych prób

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

zespół nasz postanowił stworzyć, po raz pierwszy,

a synthetic bacterial cell,

syntetyczną komórkę bakteryjną,

starting from DNA code in the computer.

rozpoczynając od kodu DNA w komputerze.

Synthetic DNA is a commodity.

Syntetyczny DNA jest towarem.

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

Można zamówić fragmenty DNA z wielu firm.

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

Zaczną od 4 butelek z chemikaliami, które tworzą DNA:

G, A, T and C,

guaniną, adeniną, tyminą i cytozyną,

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

i zbudują zamówione odcinki DNA.

Over the past 15 years or so,

Od 15 lat

my teams have been developing the technology

moje zespoły rozwijają technologię

for stitching together those short pieces of DNA

zespalania tych kawałków DNA

into complete bacterial genomes.

w kompletne genomy bakteryjne.

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

Największy skonstruowany przez nas genom zawiera ponad milion liter.

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

To ponad dwa razy więcej niż w przeciętnej powieści.

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

Musieliśmy każdą z tych liter ustawić we właściwej kolejności

without a single typo.

i bezbłędnie.

We were able to accomplish this by developing a procedure

Umożliwiła nam to procedura, którą próbowałem nazwać

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

"jednoetapową, izotermiczną metodą rekombinacji in vitro".

(Laughter)

(Śmiech)

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

Zadziwiająco, społeczności naukowej nie spodobała się ta precyzyjna nazwa

and decided to call it Gibson Assembly.

i zmieniono ją na Gibson Assembly.

Gibson Assembly is now the gold standard tool,

Gibson Assembly stał się wzorcem

used in laboratories around the world

wykorzystywanym w laboratoriach całego świata

for building short and long pieces of DNA.

do budowania krótkich i długich fragmentów DNA.

(Applause)

(Brawa)

Once we chemically synthesized the complete bacterial genome,

Po chemicznym zsyntetyzowaniu kompletnego genomu bakteryjnego

our next challenge was to find a way

następnym wyzwaniem było znalezienie sposobu

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

jego przekształcenia w samodzielną, samokopiującą się komórkę.

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

W naszej metodzie traktowaliśmy genom jako system operacyjny komórki,

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

z komórką zawierającą oprzyrządowanie niezbędne do inicjacji genomu.

Through a lot of trial and error,

Metodą prób i błędów

we developed a procedure where we could reprogram cells

rozwinęliśmy procedurę umożliwiającą przeprogramowanie komórek,

and even convert one bacterial species into another,

a nawet przekształcenia gatunków bakterii

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

przez wzajemną wymianę genomów.

This genome transplantation technology then paved the way

Technologia transplantacji genomu utorowała drogę

for the booting-up of genomes written by scientists

do inicjacji genomów napisanych przez naukowców,

and not by Mother Nature.

a nie przez Matkę Naturę.

In 2010, all of the technologies

W roku 2010 wszystkie rozwijane przez nas technologie

that we had been developing for reading and writing DNA

czytania i pisania DNA

all came together when we announced the creation

zebrano razem i ogłosiliśmy utworzenie

of the first synthetic cell,

pierwszej syntetycznej komórki,

which of course, we called Synthia.

którą oczywiście nazywamy Synthia.

(Laughter)

(Śmiech)

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

Odkąd w roku 1995 zsekwencjonowano pierwszy genom bakteryjny,

thousands more whole bacterial genomes have been sequenced and stored

tysiące innych kompletnych genomów zsekwencjonowano i zapisano

in computer databases.

w komputerowych bazach danych.

Our synthetic cell work was the proof of concept

Praca nad syntetyczną komórką udowodniła koncepcję,

that we could reverse this process:

że proces ten można odwrócić:

pull a complete bacterial genome sequence out of the computer

ściągnąć z komputera kompletną sekwencję genomu

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

i przekształcić tę informację w samodzielną, samokopiującą się komórkę

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

o oczekiwanych właściwościach konstruowanych gatunków.

Now I can understand why there may be concerns

Zdaję sobie sprawę, że mogą istnieć obawy

about the safety of this level of genetic manipulation.

co do bezpieczeństwa na tym poziomie genetycznej manipulacji.

While the technology has the potential for great societal benefit,

Ta technologia może przynieść duże korzyści społeczne,

it also has the potential for doing harm.

ale ma też potencjał wyrządzenia krzywdy.

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

Mając to na uwadze, już przed pierwszym eksperymentem

our team started to work with the public and the government

zespół nasz brał pod uwagę opinię publiczną i rząd,

to find solutions together

żeby razem znaleźć rozwiązania

to responsibly develop and regulate this new technology.

do odpowiedzialnego rozwoju i regulacji tej nowej technologii.

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

Jednym z wyników tych dyskusji było przesiewanie klientów

and every customer's DNA synthesis orders,

i wszystkich zamówień syntezy DNA,

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

żeby patogeny lub toksyny nie trafiły w złe ręce

or accidentally by scientists.

lub do nieświadomych naukowców.

All suspicious orders are reported to the FBI

Podejrzane zlecenia są zgłaszane do FBI

and other relevant law-enforcement agencies.

i innych odpowiednich organów ścigania.

Synthetic cell technologies will power the next industrial revolution

Technologie syntetycznej komórki napędzą następną rewolucję przemysłową

and transform industries and economies

i przekształcą przemysł i gospodarkę,

in ways that address global sustainability challenges.

rozwiązując globalne wyzwania zrównoważonego rozwoju.

The possibilities are endless.

Możliwości są nieskończone:

I mean, you can think of clothes

można wymyślić ubrania

constructed form renewable biobased sources,

wykonane z odnawialnych źródeł biologicznych,

cars running on biofuel from engineered microbes,

samochody napędzane biopaliwem z projektowanych drobnoustrojów,

plastics made from biodegradable polymers

plastiki wykonane z polimerów rozkładalnych biologicznie

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

i niestandardowe terapie drukowane przy łóżku pacjenta.

The massive efforts to create synthetic cells

Ogromne wysiłki tworzenia syntetycznych komórek

have made us world leaders at writing DNA.

uczyniły z nas światowych liderów w pisaniu DNA.

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

W ciągu całego procesu znaleźliśmy sposoby szybszego pisania DNA,

more accurately and more reliably.

dokładniejsze i bardziej niezawodne.

Because of the robustness of these technologies,

Okazało się, że solidność tych technologii

we found that we could readily automate the processes

umożliwia automatyzację procesu

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

i przeniesienie prac laboratoryjnych z rąk naukowców

and onto a machine.

na maszynę.

In 2013, we built the first DNA printer.

W roku 2013 zbudowaliśmy pierwszą drukarkę DNA.

We call it the BioXp.

Nazywa się BioXp.

And it has been absolutely essential in writing DNA

Jest absolutnie konieczna do pisania DNA

across a number of applications

dla wielu zastosowań

my team and researchers around the world are working on.

opracowywanych przez mój zespół i naukowców z całego świata.

It was shortly after we built the BioXp

Wkrótce po skonstruowaniu BioXp

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

przyszedł email o panice w Chinach związanej z wirusem ptasiej grypy H7N9.

A team of Chinese scientists had already isolated the virus,

Zespół chińskich naukowców wyodrębnił ten wirus,

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

ustalił sekwencję DNA i wrzucił ją do internetu.

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

Na prośbę rządu USA pobraliśmy sekwencję DNA

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

i w mniej niż 12 godzin wydrukowano ją na BioXp.

Our collaborators at Novartis

Nasi partnerzy z firmy Novartis

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

przekształcili syntetyczne DNA w szczepionkę przeciw grypie.

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

W międzyczasie CDC, stosujące technologię z 1940 roku,

was still waiting for the virus to arrive from China

dalej czekało na przesyłkę wirusa z Chin,

so that they could begin their egg-based approach.

żeby rozpocząć metodę opartą na kurzych jajach.

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

Po raz pierwszy z wyprzedzeniem opracowano szczepionkę przeciw grypie

for a new and potentially dangerous strain,

dla nowego i potencjalnie niebezpiecznego szczepu.

and the US government ordered a stockpile.

Rząd USA zlecił wykonanie zapasów szczepionki.

(Applause)

(Brawa)

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

Wtedy naprawdę zacząłem doceniać

the power of biological teleportation.

potęgę biologicznej teleportacji.

(Laughter)

(Śmiech)

Naturally, with this in mind,

Mając to na względzie,

we started to build a biological teleporter.

zaczęliśmy budować biologiczny "teleporter".

We call it the DBC.

Nazywa się DBC.

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

Jest to skrót od digital to biological convertor.

Unlike the BioXp,

W odróżnieniu od BioXp,

which starts from pre-manufactured short pieces of DNA,

która wymaga uprzednio wytworzonych krótkich fragmentów DNA,

the DBC starts from digitized DNA code

DBS wymaga cyfrowego kodu DNA

and converts that DNA code into biological entities,

i przekształca go w jednostki biologiczne,

such as DNA, RNA, proteins or even viruses.

jak DNA, RNA, białka i nawet wirusy.

You can think of the BioXp as a DVD player,

Można sobie wyobrazić BioXp jako odtwarzacz DVD,

requiring a physical DVD to be inserted,

z niezbędną do działania płytą DVD,

whereas the DBC is Netflix.

podczas gdy DBS jest jak Netflix.

To build the DBC,

Aby skonstruować DBS,

my team of scientists worked with software and instrumentation engineers

mój zespół naukowców współpracował z inżynierami specjalistami,

to collapse multiple laboratory workflows,

żeby zmieścić różnorakie ciągi pracy

all in a single box.

w jednym urządzeniu.

This included software algorithms to predict what DNA to build,

Są to algorytmy programów przewidujące, które DNA budować,

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

chemia dotycząca budowy części DNA z bloków G,A,T i C,

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

Gibson Assembly do łączenia krótkich części DNA w dłuższe

and biology to convert the DNA into other biological entities,

i biologia do przekształcania DNA w inne jednostki biologiczne,

such as proteins.

jak na przykład białka.

This is the prototype.

Jest to prototyp.

Although it wasn't pretty, it was effective.

Choć nie był ładny, był skuteczny.

It made therapeutic drugs and vaccines.

Produkował leki i szczepionki.

And laboratory workflows that once took weeks or months

Ciąg prac laboratoryjnych liczony dotąd w tygodniach lub miesiącach

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

można było teraz przeprowadzić w dzień lub dwa.

And that's all without any human intervention

I wszystko to bez jakiejkolwiek interwencji człowieka,

and simply activated by the receipt of an email

aktywowane e-mailem,

which could be sent from anywhere in the world.

który można wysłać skądkolwiek w świecie.

We like to compare the DBC to fax machines.

Podoba się nam porównanie DBC do telefaksu.

But whereas fax machines received images and documents,

Ale podczas gdy telefaksy otrzymują obrazy i dokumenty,

the DBC receives biological materials.

DBC otrzymuje materiały biologiczne.

Now, consider how fax machines have evolved.

Zastanówmy się nad rozwojem telefaksów.

The prototype of the 1840s is unrecognizable,

Prototyp z roku 1840 jest całkowicie niepodobny

compared with the fax machines of today.

do dzisiejszych telefaksów.

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

W latach 80. większość ludzi nie wiedziała, co to jest telefaks,

and if they did,

a nawet gdy wiedzieli,

it was difficult for them to grasp the concept

trudno im było zrozumieć ideę

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

natychmiastowego odtwarzania obrazu po drugiej stronie świata.

But nowadays, everything that a fax machine does

Dzisiaj funkcjonalność telefaksu

is integrated on our smart phones,

mamy w smartfonach

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

i uznajemy tę szybką wymianę informacji za rzecz oczywistą.

Here's what our DBC looks like today.

A tak wygląda nasz DBC dzisiaj.

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

Sądzimy, że rozwój DBC przypomina rozwój telefaksu.

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

Pracujemy nad zmniejszeniem rozmiaru przyrządu

and we're working to make the underlying technology

oraz nad tym, żeby leżąca u jego podstaw technologia

more reliable, cheaper, faster and more accurate.

była skuteczniejsza, tańsza, szybsza i dokładniejsza.

Accuracy is extremely important when synthesizing DNA,

Podczas syntezy DNA niezmiernie ważna jest dokładność.

because a single change to a DNA letter

Zmiana choćby litery

could mean the difference between a medicine working or not

może zadecydować o skuteczności leku

or synthetic cell being alive or dead.

lub czy syntetyczna komórka będzie żywa, czy martwa.

The DBC will be useful for the distributed manufacturing

DBC pomoże w rozproszeniu produkcji leków

of medicine starting from DNA.

zaczynających od DNA.

Every hospital in the world could use a DBC

Każdy szpital na świecie może używać DBC

for printing personalized medicines for a patient at their bedside.

do drukowania zindywidualizowanych leków, bezpośrednio przy łóżku pacjenta.

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

Mogę sobie nawet wyobrazić dzień, kiedy za pośrednictwem DBC

to connect to their home computer or smart phone

będziemy się rutynowo łączyć z komputerem lub smartfonem,

as a means to download their prescriptions,

żeby ściągnąć przepisane leki,

such as insulin or antibody therapies.

jak insulinę czy przeciwciała.

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

Ponadto strategicznie rozmieszczone DBC

for rapid response to disease outbreaks.

będą nieocenione przy wybuchach epidemii:

For example, the CDC in Atlanta, Georgia

Centrum Kontroli i Prewencji Chorób w Atlancie

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

może przesłać instrukcje szczepionki grypy do DBC na drugim końcu świata,

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

żeby szczepionka powstała właśnie tam, gdzie jest potrzebna.

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

Szczepionka grypy może być nawet dopasowana do szczepu grypy,

that's circulating in that local area.

który obejmuje tylko dany teren.

Sending vaccines around in a digital file,

Przesyłanie szczepionek jako pliku cyfrowego

rather than stockpiling those same vaccines and shipping them out,

zamiast fizycznego magazynowania i rozsyłania

promises to save thousands of lives.

może uratować tysiące istnień.

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

Co do innych zastosowań - można puścić wodze wyobraźni.

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

Nie jest trudno wyobrazić sobie umieszczenie DBC na innej planecie.

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

Naukowcy na Ziemi mogliby przesłać cyfrowe instrukcje do tego DBC,

to make new medicines or to make synthetic organisms

żeby zrobić leki lub syntetyczne organizmy

that produce oxygen, food, fuel or building materials,

wytwarzające tlen, żywność, paliwo czy materiały budowlane

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

jako środki do zagospodarowania tej planety przez ludzi.

(Applause)

(Brawa)

Dla cyfrowej informacji poruszającej się z prędkością światła

With digital information traveling at the speed of light,

it would only take minutes to send those digital instructions

przesłanie cyfrowej instrukcji z Ziemi na Marsa

from Earth to Mars,

zajmie kilka minut.

but it would take months to physically deliver those same samples

Dostarczenie tych samych próbek statkiem kosmicznym

on a spacecraft.

trwałoby miesiącami.

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

Na dziś wystarczyłaby mi zautomatyzowana globalna transmisja

fully automated and on demand,

nowych leków na żądanie,

saving lives from emerging infectious diseases

ratujących życie przed nowymi chorobami zakaźnymi,

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

oraz drukowanie zindywidualizowanych leków na raka

dla tych, którzy nie mogą czekać.

Thank you.

Dziękuję.

(Applause)

(Brawa)