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

Tradutor: Milena Shimada Revisor: Maricene Crus

Alright, let me tell you about building synthetic cells

Vou falar sobre como construir células sintéticas

and printing life.

e imprimir vida.

But first, let me tell you a quick story.

Antes, deixe-me contar uma história.

On March 31, 2013,

No dia 31 de março de 2013,

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

minha equipe e eu recebemos um e-mail de uma organização internacional de saúde,

alerting us that two men died in China

alertando-nos que dois homens morreram na China

shortly after contracting the H7N9 bird flu.

logo após contraírem a gripe aviária H7N9.

There were fears of a global pandemic

O temor era de uma pandemia global,

as the virus started rapidly moving across China.

pois o vírus começou a se alastrar rapidamente pela China.

Although methods existed to produce a flu vaccine

Embora existissem métodos para produzir uma vacina

and stop the disease from spreading,

e impedir a gripe de se espalhar,

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

levaria cerca de seis meses para ficar pronta, na melhor das hipóteses.

This is because a slow, antiquated flu vaccine manufacturing process

Isso porque um lento e antiquado processo de fabricação,

developed over 70 years ago was the only option.

desenvolvido há mais de 70 anos, era a única opção.

The virus would need to be isolated from infected patients,

O vírus precisaria ser isolado de pacientes infectados,

packaged up and then sent to a facility

embalado e enviado para um local

where scientists would inject the virus into chicken eggs,

onde os cientistas o injetariam em ovos de galinha,

and incubate those chicken eggs for several weeks

que seriam incubados por várias semanas,

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

a fim de preparar o vírus para o início de um processo

multimonth flu vaccine manufacturing process.

de manufatura complexo e demorado.

My team and I received this email

Minha equipe e eu recebemos este e-mail

because we had just invented a biological printer,

porque tínhamos acabado de inventar uma impressora biológica,

which would allow for the flu vaccine instructions

que permitiria que as instruções da vacina

to be instantly downloaded from the internet and printed.

fossem instantaneamente baixadas da internet e impressas,

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

acelerando drasticamente o processo de produção das vacinas

and potentially saving thousands of lives.

e podendo salvar milhares de vidas.

The biological printer leverages our ability to read and write DNA

A impressora biológica impulsiona nossa capacidade de ler e escrever DNA

and starts to bring into focus

e começa a colocar em foco

what we like to call biological teleportation.

o que de chamamos de teletransporte biológico.

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

Sou biólogo e engenheiro, e construo coisas a partir do DNA.

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

Uma das coisas que mais gosto de fazer

is to take DNA apart and put it back together

é desmontar o DNA e montá-lo novamente,

so that I can understand better how it works.

para entender melhor como ele funciona.

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

Posso editar e programar o DNA, assim como codificadores programam um computador.

But my apps are different.

Mas meus aplicativos são diferentes.

They create life.

Eles criam vida.

Self-replicating living cells and things like vaccines and therapeutics

Células vivas que se autorreplicam, vacinas e terapias

that work in ways that were previously impossible.

que funcionam de maneiras que seriam impossíveis anteriormente.

Here's National Medal of Science recipient Craig Venter

Aqui estão Craig Venter, ganhador da Medalha Nacional de Ciência,

and Nobel laureate Ham Smith.

e Ham Smith, vencedor do Prêmio Nobel.

These two guys shared a similar vision.

Eles compartilhavam uma visão semelhante.

That vision was, because all of the functions and characteristics

Uma vez que todas as funções e características

of all biological entities, including viruses and living cells,

de todos os seres biológicos, incluindo os vírus e as células vivas,

are written into the code of DNA,

estão escritas em códigos de DNA,

if one can read and write that code of DNA,

se pudermos ler e escrever esses códigos,

then they can be reconstructed in a distant location.

podemos reconstruir esses seres em um outro local.

This is what we mean by biological teleportation.

Isso é o que chamamos de teletransporte biológico.

To prove out this vision,

Para provar essa visão,

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

Craig e Ham tinham como objetivo criar

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

uma célula sintética a partir de um código de DNA no computador.

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

Para um cientista procurando emprego,

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

fazer pesquisa de ponta era como realizar um sonho.

(Laughter)

(Risos)

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

Um genoma é um conjunto completo de DNA dentro de um organismo.

Following the Human Genome Project in 2003,

Após o Projeto Genoma Humano em 2003,

which was an international effort to identify

que foi um esforço para identificar

the complete genetic blueprint of a human being,

a sequência genética completa de um ser humano,

a genomics revolution happened.

aconteceu uma revolução genômica.

Scientists started mastering the techniques for reading DNA.

Cientistas começaram a dominar as técnicas para ler o DNA,

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

para determinar a ordem de A, C, T e G

within an organism.

dentro de um organismo.

But my job was far different.

Mas meu trabalho era diferente.

I needed to master the techniques for writing DNA.

Eu precisava dominar as técnicas para escrever DNA.

Like an author of a book,

Como um escritor,

this started out as writing short sentences,

comecei elaborando pequenas sentenças

or sequences of DNA code,

ou sequências de códigos de DNA.

but this soon turned into writing paragraphs

Isso logo evoluiu para parágrafos

and then full-on novels of DNA code,

e romances inteiros escritos com códigos de DNA,

to make important biological instructions for proteins and living cells.

produzindo instruções biológicas para criar proteínas e células vivas.

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

Tais células são as máquinas mais eficientes para fabricar novos produtos,

accounting for the production

sendo responsáveis pela produção

of 25 percent of the total pharmaceutical market,

de 25% do total do mercado farmacêutico,

which is billions of dollars.

que é de bilhões de dólares.

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

Sabíamos que escrever DNA impulsionaria ainda mais essa bioeconomia,

once cells could be programmed just like computers.

uma vez que as células poderiam ser programadas como computadores.

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

Também sabíamos que escrever DNA permitiria o teletransporte biológico

the printing of defined, biological material,

e a impressão de materiais biológicos definidos,

starting from DNA code.

a partir de códigos de DNA.

As a step toward bringing these promises to fruition,

Procurando viabilizar essas expectativas,

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

nossa equipe começou a criar

a synthetic bacterial cell,

uma célula bacteriana sintética

starting from DNA code in the computer.

a partir de códigos de DNA no computador.

Synthetic DNA is a commodity.

O DNA sintético é uma matéria-prima.

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

Você pode encomendar peças de DNA de várias empresas

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

que, a partir desses quatro elementos,

G, A, T and C,

G, A, T e C,

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

irão construir pedaços de DNA para você.

Over the past 15 years or so,

Nos últimos 15 anos,

my teams have been developing the technology

minhas equipes têm desenvolvido a tecnologia

for stitching together those short pieces of DNA

para costurar esses pequenos pedaços de DNA

into complete bacterial genomes.

e formar genomas bacterianos completos.

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

O maior genoma que construímos continha mais de um milhão de letras,

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

mais do que o dobro que um romance médio.

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

E tivemos que colocar cada uma dessas letras na ordem correta,

without a single typo.

sem erros de digitação.

We were able to accomplish this by developing a procedure

Conseguimos fazer isso desenvolvendo um procedimento

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

que tentei nomear como "método isotérmico de recombinação in vitro".

(Laughter)

(Risos)

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

Mas, para minha surpresa, a comunidade científica não gostou desse nome técnico

and decided to call it Gibson Assembly.

e decidiu chamar o procedimento de Gibson Assembly.

Gibson Assembly is now the gold standard tool,

Gibson Assembly é agora a ferramenta padrão ouro,

used in laboratories around the world

usada nos laboratórios do mundo todo,

for building short and long pieces of DNA.

para construir pedaços curtos e longos de DNA.

(Applause)

(Aplausos)

Once we chemically synthesized the complete bacterial genome,

Uma vez que sintetizamos quimicamente o genoma bacteriano completo,

our next challenge was to find a way

nosso próximo desafio foi encontrar um meio

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

para convertê-lo em uma célula viva e autorreplicante.

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

Nossa abordagem foi pensar no genoma como o sistema operacional da célula,

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

com a célula contendo o hardware necessário para iniciar o genoma.

Through a lot of trial and error,

Através de muita tentativa e erro,

we developed a procedure where we could reprogram cells

criamos um procedimento que nos permitia reprogramar células

and even convert one bacterial species into another,

e até converter uma espécie bacteriana em outra,

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

substituindo o genoma de uma célula por outro.

This genome transplantation technology then paved the way

Esta tecnologia de transplante de genoma abriu o caminho

for the booting-up of genomes written by scientists

para o surgimento de genomas escritos por cientistas

and not by Mother Nature.

e não pela natureza.

In 2010, all of the technologies

Em 2010, todas as tecnologias

that we had been developing for reading and writing DNA

que estávamos desenvolvendo para ler e escrever DNA

all came together when we announced the creation

culminaram no anúncio da criação

of the first synthetic cell,

da primeira célula sintética,

which of course, we called Synthia.

que, claro, chamamos de Synthia.

(Laughter)

(Risos)

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

Desde que o primeiro genoma bacteriano foi sequenciado, em 1995,

thousands more whole bacterial genomes have been sequenced and stored

milhares de outros genomas bacterianos foram sequenciados e armazenados

in computer databases.

em computadores.

Our synthetic cell work was the proof of concept

Nosso trabalho com a célula sintética foi a prova

that we could reverse this process:

de que poderíamos reverter esse processo,

pull a complete bacterial genome sequence out of the computer

extrair uma sequência completa de genoma bacteriano do computador,

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

e converter essa informação em uma célula viva e autorreplicante,

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

com todas as características esperadas da espécie que construímos.

Now I can understand why there may be concerns

Entendo por que poderia haver preocupações

about the safety of this level of genetic manipulation.

sobre a segurança deste nível de manipulação genética.

While the technology has the potential for great societal benefit,

A tecnologia tem o potencial de ser um grande benefício social,

it also has the potential for doing harm.

mas também pode causar danos.

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

Com isso em mente, mesmo antes de realizar o primeiro experimento,

our team started to work with the public and the government

nossa equipe começou a trabalhar com o público e o governo

to find solutions together

para, juntos, encontrar soluções

to responsibly develop and regulate this new technology.

para desenvolver e regular esta nova tecnologia de forma responsável.

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

Uma das precauções é rastrear cada cliente

and every customer's DNA synthesis orders,

e todas as suas encomendas de DNA,

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

para impedir que patógenos ou toxinas sejam produzidos por criminosos

or accidentally by scientists.

ou, acidentalmente, por cientistas.

All suspicious orders are reported to the FBI

Todas as encomendas suspeitas são reportadas ao FBI

and other relevant law-enforcement agencies.

e a outros órgãos de segurança.

Synthetic cell technologies will power the next industrial revolution

As células sintéticas serão a força da próxima revolução industrial,

and transform industries and economies

transformando a indústria e a economia

in ways that address global sustainability challenges.

e solucionando desafios em favor da sustentabilidade.

The possibilities are endless.

As possibilidades são infinitas.

I mean, you can think of clothes

Podemos pensar em roupas

constructed form renewable biobased sources,

construídas a partir de fontes biológicas renováveis,

cars running on biofuel from engineered microbes,

carros abastecidos com biocombustível de microrganismos projetados,

plastics made from biodegradable polymers

plástico feito de polímeros biodegradáveis

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

e tratamentos customizados, impressos no quarto do paciente.

The massive efforts to create synthetic cells

O esforço massivo para criar células sintéticas

have made us world leaders at writing DNA.

nos tornaram líderes mundiais em escrever DNA.

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

Ao longo do processo, descobrimos como escrever o DNA mais rápido,

more accurately and more reliably.

de forma mais precisa e confiável.

Because of the robustness of these technologies,

Devido à solidez dessas tecnologias,

we found that we could readily automate the processes

descobrimos que poderíamos automatizar os processos

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

e mover o fluxo de trabalho do laboratório das mãos do cientista

and onto a machine.

para uma máquina.

In 2013, we built the first DNA printer.

Em 2013, construímos a primeira impressora de DNA,

We call it the BioXp.

chamada BioXp.

And it has been absolutely essential in writing DNA

Ela tem sido absolutamente essencial para escrever DNA em diferentes aplicações

across a number of applications

my team and researchers around the world are working on.

nas quais minha equipe está trabalhando ao redor do mundo.

It was shortly after we built the BioXp

Um pouco depois de construirmos a BioXp,

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

recebemos o e-mail sobre a gripe aviária H7N9 na China.

A team of Chinese scientists had already isolated the virus,

Uma equipe de cientistas chineses já havia isolado o vírus,

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

sequenciado o seu DNA e carregado a sequência na internet.

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

A pedido do governo dos EUA, baixamos a sequência de DNA

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

e, em menos de 12 horas, a imprimimos na BioXp.

Our collaborators at Novartis

Nossos colaboradores na Novartis

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

começaram rapidamente a transformar esse DNA sintético em uma vacina.

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

Enquanto isso, o CDC, usando uma tecnologia dos anos 1940,

was still waiting for the virus to arrive from China

ainda estava esperando o vírus chegar da China,

so that they could begin their egg-based approach.

para que pudessem começar o processo com o ovo.

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

Pela primeira vez, uma vacina contra a gripe foi produzida antecipadamente,

for a new and potentially dangerous strain,

para uma cepa nova e potencialmente perigosa,

and the US government ordered a stockpile.

e o governo dos EUA encomendou um estoque.

(Applause)

(Aplausos)

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

Foi quando comecei a apreciar, mais do que nunca,

the power of biological teleportation.

o poder do teletransporte biológico.

(Laughter)

(Risos)

Naturally, with this in mind,

Naturalmente, com isso em mente,

we started to build a biological teleporter.

começamos a construir um equipamento.

We call it the DBC.

Nós o chamamos de DBC,

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

uma abreviação para conversor digital-biológico.

Unlike the BioXp,

Diferentemente da BioXp,

which starts from pre-manufactured short pieces of DNA,

que começa a partir de pequenos pedaços de DNA pré-fabricados,

the DBC starts from digitized DNA code

o DBC começa a partir do código de DNA digitalizado

and converts that DNA code into biological entities,

e converte esse código em entidades biológicas,

such as DNA, RNA, proteins or even viruses.

como DNA, RNA, proteínas ou mesmo vírus.

You can think of the BioXp as a DVD player,

Podemos pensar na BioXp como um leitor de DVD,

requiring a physical DVD to be inserted,

que requer que um disco físico seja inserido,

whereas the DBC is Netflix.

enquanto o DBC é como a Netflix.

To build the DBC,

Para construir o DBC,

my team of scientists worked with software and instrumentation engineers

minha equipe trabalhou com engenheiros de software e de instrumentação

to collapse multiple laboratory workflows,

para colapsar vários fluxos de trabalho laboratorial

all in a single box.

em uma única caixa.

This included software algorithms to predict what DNA to build,

Isso incluiu algoritmos de software para prever qual DNA construir,

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

química para ligar os elementos, construindo pequenos blocos de DNA,

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

Gibson Assembly para costurar os pedaços, formando sequências mais longas,

and biology to convert the DNA into other biological entities,

e biologia para converter o DNA em outras entidades biológicas,

such as proteins.

como proteínas.

This is the prototype.

Este era o protótipo.

Although it wasn't pretty, it was effective.

Embora não fosse bonito, era eficaz.

It made therapeutic drugs and vaccines.

Produziu drogas terapêuticas e vacinas.

And laboratory workflows that once took weeks or months

Fluxos de trabalho que levariam semanas ou meses no laboratório,

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

poderiam ser realizados em um ou dois dias.

And that's all without any human intervention

Isso tudo sem qualquer intervenção humana

and simply activated by the receipt of an email

e simplesmente ativado pelo recebimento de um e-mail,

which could be sent from anywhere in the world.

enviado de qualquer lugar do mundo.

We like to compare the DBC to fax machines.

Gostamos de comparar o DBC aos aparelhos de fax.

But whereas fax machines received images and documents,

Da mesma forma que as máquinas de fax recebem imagens e documentos,

the DBC receives biological materials.

o DBC recebe materiais biológicos.

Now, consider how fax machines have evolved.

Agora, considere como as máquinas de fax evoluíram.

The prototype of the 1840s is unrecognizable,

O protótipo da década de 1840 é irreconhecível

compared with the fax machines of today.

se comparado às máquinas de fax atuais.

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

Na década de 1980, a maioria das pessoas não sabia o que era uma máquina de fax,

and if they did,

e, mesmo se soubessem,

it was difficult for them to grasp the concept

era difícil compreender o conceito

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

de reproduzir instantaneamente uma imagem do outro lado do mundo.

But nowadays, everything that a fax machine does

Mas, hoje, todas as funções de um aparelho de fax

is integrated on our smart phones,

estão em nossos smartphones,

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

apesar de não valorizarmos essa rápida troca de informação digital.

Here's what our DBC looks like today.

Esta é a versão mais recente do DBC.

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

Imaginamos que ele evolua assim como as máquinas de fax.

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

Estamos trabalhando para reduzir seu tamanho,

and we're working to make the underlying technology

e para fazer com que sua tecnologia

more reliable, cheaper, faster and more accurate.

seja mais confiável, barata, rápida e precisa.

Accuracy is extremely important when synthesizing DNA,

A precisão é extremamente importante ao sintetizar DNA,

because a single change to a DNA letter

porque uma simples mudança em uma letra

could mean the difference between a medicine working or not

pode fazer um medicamento funcionar ou não

or synthetic cell being alive or dead.

ou uma célula sintética estar viva ou morta.

The DBC will be useful for the distributed manufacturing

O DBC será útil para a produção

of medicine starting from DNA.

de remédios a partir do DNA.

Every hospital in the world could use a DBC

Todos os hospitais do mundo poderiam usar um DBC

for printing personalized medicines for a patient at their bedside.

para imprimir medicamentos personalizados para um paciente.

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

Posso imaginar que, um dia, será comum as pessoas terem um DBC

to connect to their home computer or smart phone

conectado ao computador ou ao smartphone,

as a means to download their prescriptions,

como um meio para baixar suas prescrições,

such as insulin or antibody therapies.

como tratamentos com insulina ou anticorpos.

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

O DBC também será valioso quando colocado em áreas estratégicas ao redor do mundo,

for rapid response to disease outbreaks.

para responder rapidamente a surtos de doenças.

For example, the CDC in Atlanta, Georgia

Por exemplo, o CDC de Atlanta, Georgia,

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

poderá enviar códigos de vacina para um DBC do outro lado do mundo,

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

para ser fabricada onde for necessário.

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

Essa vacina poderia ser especificamente adaptada para a cepa

that's circulating in that local area.

circulando na área em questão.

Sending vaccines around in a digital file,

Enviando vacinas em um arquivo digital,

rather than stockpiling those same vaccines and shipping them out,

em vez de estocar essas mesmas vacinas e enviá-las,

promises to save thousands of lives.

promete salvar milhares de vidas.

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

Existem inúmeras possibilidades.

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

Não é difícil imaginar um DBC em outro planeta.

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

Cientistas na Terra poderiam enviar as instruções digitais

to make new medicines or to make synthetic organisms

para a produção de novos medicamentos ou de organismos sintéticos

that produce oxygen, food, fuel or building materials,

que produzam oxigênio, comida, combustível ou materiais de construção,

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

na tentativa de tornar o planeta mais habitável para o ser humano.

(Applause)

(Aplausos)

With digital information traveling at the speed of light,

Com informação digital sendo transmitida na velocidade da luz,

it would only take minutes to send those digital instructions

levaria apenas alguns minutos para enviar essas instruções

from Earth to Mars,

da Terra até Marte,

but it would take months to physically deliver those same samples

enquanto levaria meses para transportar fisicamente essas mesmas amostras

on a spacecraft.

em uma nave espacial.

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

Mas, por enquanto, ficaria satisfeito enviando medicamentos para o mundo todo,

fully automated and on demand,

de forma automatizada e sob demanda,

saving lives from emerging infectious diseases

curando doenças infecciosas e salvando vidas,

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

e imprimindo medicamentos contra o câncer para quem não tem tempo de esperar.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)