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

Tradutor: Maurício Kakuei Tanaka Revisor: Mario Gioto

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

Vou falar a vocês sobre as máquinas mais incríveis do mundo

and what we can now do with them.

e o que podemos fazer agora com elas.

Proteins,

As proteínas,

some of which you see inside a cell here,

algumas das quais vemos no interior de uma célula,

carry out essentially all the important functions in our bodies.

desempenham basicamente todas as funções importantes do corpo humano.

Proteins digest your food,

As proteínas digerem o alimento,

contract your muscles,

contraem os músculos,

fire your neurons

disparam os neurônios

and power your immune system.

e fortalecem o sistema imunológico.

Everything that happens in biology --

Tudo o que acontece na biologia -

almost --

quase -

happens because of proteins.

acontece por causa das proteínas.

Proteins are linear chains of building blocks called amino acids.

As proteínas são cadeias lineares de blocos de construção

chamados aminoácidos.

Nature uses an alphabet of 20 amino acids,

A natureza usa um alfabeto de 20 aminoácidos.

some of which have names you may have heard of.

Vocês devem ter ouvido falar dos nomes de alguns deles.

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

Nesta foto, em escala, cada protuberância é um átomo.

Chemical forces between the amino acids cause these long stringy molecules

Forças químicas entre os aminoácidos

fazem com que essas moléculas longas e filamentosas

to fold up into unique, three-dimensional structures.

se dobrem em estruturas tridimensionais únicas.

The folding process,

O processo de enovelamento, embora pareça aleatório,

while it looks random,

is in fact very precise.

é, na verdade, muito preciso.

Each protein folds to its characteristic shape each time,

Cada proteína se dobra ao seu formato característico a cada vez,

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

e o processo de enovelamento leva apenas uma fração de segundo.

And it's the shapes of proteins

São as formas das proteínas

which enable them to carry out their remarkable biological functions.

que permitem a elas realizarem suas funções biológicas extraordinárias.

For example,

Por exemplo,

hemoglobin has a shape in the lungs perfectly suited

a hemoglobina tem uma forma nos pulmões

perfeitamente adequada para ligar uma molécula de oxigênio.

for binding a molecule of oxygen.

When hemoglobin moves to your muscle,

Quando a hemoglobina se move para o músculo,

the shape changes slightly

a forma muda ligeiramente,

and the oxygen comes out.

e o oxigênio sai.

The shapes of proteins,

As formas das proteínas

and hence their remarkable functions,

e, portanto, suas funções extraordinárias

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

são completamente especificadas

pela sequência de aminoácidos na cadeia proteica.

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

Nesta foto, cada letra no topo é um aminoácido.

Where do these sequences come from?

De onde vêm essas sequências?

The genes in your genome specify the amino acid sequences

Os genes de seu genoma

especificam as sequências de aminoácidos de suas proteínas.

of your proteins.

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

Cada gene codifica a sequência de aminoácidos de uma única proteína.

The translation between these amino acid sequences

A tradução dessas sequências de aminoácidos

and the structures and functions of proteins

para estruturas e funções das proteínas

is known as the protein folding problem.

é conhecida como o problema do enovelamento de proteínas.

It's a very hard problem

É um problema muito difícil

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

porque há muitas formas diferentes que uma proteína pode adotar.

Because of this complexity,

Devido a essa complexidade,

humans have only been able to harness the power of proteins

os seres humanos só conseguiram aproveitar o poder das proteínas

by making very small changes to the amino acid sequences

fazendo pequenas alterações nas sequências de aminoácidos

of the proteins we've found in nature.

das proteínas que encontramos na natureza.

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

Isso é semelhante

ao processo que nossos ancestrais da Idade da Pedra usavam

to make tools and other implements from the sticks and stones

para fabricar ferramentas e outros implementos a partir das varas e pedras

that we found in the world around us.

que encontramos no mundo ao nosso redor.

But humans did not learn to fly by modifying birds.

Mas os humanos não aprenderam a voar modificando aves.

(Laughter)

(Risos)

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

Em vez disso,

os cientistas, inspirados nelas, descobriram os princípios da aerodinâmica.

Engineers then used those principles to design custom flying machines.

Os engenheiros usaram esses princípios

para projetar máquinas voadoras personalizadas.

In a similar way,

De maneira semelhante,

we've been working for a number of years

temos trabalhado por vários anos

to uncover the fundamental principles of protein folding

para descobrir os princípios fundamentais do enovelamento de proteínas

and encoding those principles in the computer program called Rosetta.

e codificar esses princípios no programa de computador chamado Rosetta.

We made a breakthrough in recent years.

Fizemos um grande avanço nos últimos anos.

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

Podemos agora criar proteínas totalmente novas,

a partir do zero, no computador.

Once we've designed the new protein,

Uma vez que criamos a proteína nova,

we encode its amino acid sequence in a synthetic gene.

codificamos sua sequência de aminoácidos em um gene sintético.

We have to make a synthetic gene

Temos que fazer um gene sintético

because since the protein is completely new,

porque, já que a proteína é completamente nova,

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

não há nenhum gene em qualquer organismo atualmente existente na Terra

que a codifique.

Our advances in understanding protein folding

Nossos avanços no entendimento do enovelamento de proteínas

and how to design proteins,

e de como criar proteínas,

coupled with the decreasing cost of gene synthesis

juntamente com o custo decrescente da síntese genética

and the Moore's law increase in computing power,

e o aumento da lei de Moore no poder computacional,

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

agora nos permitem criar dezenas de milhares de proteínas novas,

with new shapes and new functions,

com formas e funções novas,

on the computer,

no computador,

and encode each one of those in a synthetic gene.

e codificar cada uma delas em um gene sintético.

Once we have those synthetic genes,

Tendo esses genes sintéticos,

we put them into bacteria

nós os colocamos em bactérias

to program them to make these brand-new proteins.

para programá-los para criar essas proteínas novas.

We then extract the proteins

Em seguida, extraímos as proteínas

and determine whether they function as we designed them to

e determinamos se elas funcionam como planejamos

and whether they're safe.

e se são seguras.

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

É animador conseguir criar proteínas novas,

because despite the diversity in nature,

porque, apesar da diversidade na natureza,

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

a evolução só testou uma pequena fração do número total de proteínas possíveis.

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

Eu disse a vocês que a natureza usa um alfabeto de 20 aminoácidos,

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

e uma proteína típica é uma cadeia de cerca de 100 aminoácidos.

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

Assim, o número total de possibilidades é 20 vezes 20 vezes 20, 100 vezes,

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

o que é um número na ordem de 10 elevado a 130,

which is enormously more than the total number of proteins

que é consideravelmente maior do que o número total de proteínas

which have existed since life on earth began.

que existiram desde que começou a vida na Terra.

And it's this unimaginably large space

É esse espaço inimaginavelmente grande

we can now explore using computational protein design.

que agora conseguimos explorar usando o design computacional de proteína.

Now the proteins that exist on earth

As proteínas existentes na Terra

evolved to solve the problems faced by natural evolution.

evoluíram para solucionar os problemas enfrentados pela evolução natural.

For example, replicating the genome.

Por exemplo, a replicação do genoma.

But we face new challenges today.

Porém, enfrentamos desafios novos hoje.

We live longer, so new diseases are important.

Vivemos mais; portanto, novas doenças são importantes.

We're heating up and polluting the planet,

Estamos aquecendo e poluindo o planeta.

so we face a whole host of ecological challenges.

Por isso, enfrentamos inúmeros desafios ecológicos.

If we had a million years to wait,

Se tivéssemos que esperar um milhão de anos,

new proteins might evolve to solve those challenges.

proteínas novas poderiam evoluir para solucionar esses desafios.

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

No entanto, não temos milhões de anos para esperar.

Instead, with computational protein design,

Em vez disso, com o design computacional de proteína,

we can design new proteins to address these challenges today.

podemos criar proteínas novas para enfrentar esses desafios hoje.

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

Nossa ideia audaciosa é trazer a biologia da Idade da Pedra

through technological revolution in protein design.

por meio da revolução tecnológica no design de proteínas.

We've already shown that we can design new proteins

Já mostramos que podemos criar proteínas novas

with new shapes and functions.

com formas e funções novas.

For example, vaccines work by stimulating your immune system

Por exemplo, as vacinas funcionam estimulando o sistema imunológico

to make a strong response against a pathogen.

a criar uma reação forte contra um patógeno.

To make better vaccines,

Para fazer vacinas melhores,

we've designed protein particles

criamos partículas de proteína

to which we can fuse proteins from pathogens,

nas quais podemos fundir proteínas a partir de patógenos,

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

como essa proteína azul, do vírus sincicial respiratório VSR.

To make vaccine candidates

Para fazer vacinas candidatas

that are literally bristling with the viral protein,

que estão literalmente cheias de proteína viral,

we find that such vaccine candidates

descobrimos que tais candidatas

produce a much stronger immune response to the virus

produzem uma reação imunológica muito mais forte ao vírus

than any previous vaccines that have been tested.

do que quaisquer vacinas anteriores que tenham sido testadas.

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

Isso é importante porque o VSR é atualmente uma das principais causas

of infant mortality worldwide.

de mortalidade infantil em todo o mundo.

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

Também criamos novas proteínas para quebrar o glúten no estômago

for celiac disease

devido a doença celíaca

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

e outras proteínas para estimular o sistema imunológico a combater o câncer.

These advances are the beginning of the protein design revolution.

Esses avanços são o começo da revolução do design de proteínas.

We've been inspired by a previous technological revolution:

Nós nos inspiramos em uma revolução tecnológica anterior:

the digital revolution,

a revolução digital,

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

que ocorreu, em grande parte, devido aos avanços em um lugar:

Bell Laboratories.

Bell Laboratories.

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

A Bell Labs era um lugar com um ambiente aberto e colaborativo

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

e conseguiu atrair os melhores talentos de todo o mundo.

And this led to a remarkable string of innovations --

Isso levou a uma série extraordinária de inovações:

the transistor, the laser, satellite communication

o transistor, o laser, a comunicação via satélite

and the foundations of the internet.

e os fundamentos da internet.

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

Nosso objetivo é construir a Bell Labs do design de proteínas.

We are seeking to attract talented scientists from around the world

Estamos procurando atrair cientistas talentosos de todo o mundo

to accelerate the protein design revolution,

para acelerar a revolução do design de proteínas,

and we'll be focusing on five grand challenges.

e nos concentraremos em cinco grandes desafios.

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

Primeiro: colhendo proteínas de tipos de gripe de todo o mundo

and putting them on top of the designed protein particles

e colocando-as em cima das partículas de proteína criadas

I showed you earlier,

que mostrei anteriormente,

we aim to make a universal flu vaccine,

visamos a criar uma vacina universal contra a gripe,

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

cuja dose dá uma proteção vitalícia contra a gripe.

The ability to design --

A capacidade de criar...

(Applause)

(Aplausos)

The ability to design new vaccines on the computer

A capacidade de criar vacinas novas no computador

is important both to protect against natural flu epidemics

é importante tanto para proteger contra as epidemias naturais de gripe

and, in addition, intentional acts of bioterrorism.

quanto, além disso, contra atos intencionais de bioterrorismo.

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

Segundo: estamos indo muito além

do alfabeto limitado da natureza de apenas 20 aminoácidos

of just 20 amino acids

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

para criar novos candidatos terapêuticos para enfermidades como dor crônica,

using an alphabet of thousands of amino acids.

usando um alfabeto de milhares de aminoácidos.

Third, we're building advanced delivery vehicles

Terceiro: estamos construindo veículos de entrega avançados

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

para direcionar os medicamentos existentes exatamente para onde precisam ir no corpo.

For example, chemotherapy to a tumor

Por exemplo, quimioterapia para um tumor

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

ou terapias genéticas para o tecido no qual precisa ocorrer o reparo genético.

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

Quarto: estamos criando terapêutica inteligente

que pode fazer cálculos dentro do corpo e vai muito além dos medicamentos atuais,

and go far beyond current medicines,

which are really blunt instruments.

que são instrumentos muito diretos.

For example, to target a small subset of immune cells

Por exemplo, para alcançar um pequeno subconjunto de células imunológicas

responsible for an autoimmune disorder,

responsáveis ​​por uma doença autoimune

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

e distingui-las da grande maioria das células imunológicas saudáveis.

Finally, inspired by remarkable biological materials

Finalmente, inspirados por materiais biológicos extraordinários

such as silk, abalone shell, tooth and others,

como seda, concha de abalone, dente e outros,

we're designing new protein-based materials

estamos criando novos materiais à base de proteínas

to address challenges in energy and ecological issues.

para enfrentar desafios em questões energéticas e ecológicas.

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

Para fazer tudo isso, estamos desenvolvendo nosso instituto.

We seek to attract energetic, talented and diverse scientists

Procuramos atrair cientistas ativos, talentosos e diversificados

from around the world, at all career stages,

de todo o mundo, em todas as fases da carreira,

to join us.

para se juntarem a nós.

You can also participate in the protein design revolution

Vocês também podem participar da revolução do design de proteínas

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

por meio de nosso jogo de enovelamento e design on-line, "Foldit",

And through our distributed computing project, Rosetta@home,

e por meio de nosso projeto de computação distribuída, Rosetta@home,

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

no qual vocês podem entrar pelo laptop ou smartphone Android.

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

Tornar o mundo um lugar melhor por meio do design de proteínas

é o trabalho de minha vida.

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

Estou muito animado com o que podemos fazer juntos.

I hope you'll join us,

Espero que vocês se juntem a nós,

and thank you.

e muito obrigado.

(Applause and cheers)

(Aplausos) (Vivas)