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

Tradutor: Pedro Coelho Revisora: Isabel Vaz Belchior

Alright, let me tell you about building synthetic cells

Ora bem, vou falar acerca da síntese de células

and printing life.

e da impressão de vida.

But first, let me tell you a quick story.

Mas primeiro, vou contar uma pequena história.

On March 31, 2013,

No dia 31 de Março de 2013,

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

a minha equipa e eu recebemos um "email" de uma organização internacional de saúde,

alerting us that two men died in China

alertando que dois homens morreram na China

shortly after contracting the H7N9 bird flu.

pouco depois de terem contraído o vírus H7N9 da gripe das aves.

There were fears of a global pandemic

Houve receios de uma pandemia global

as the virus started rapidly moving across China.

à medida que o vírus se espalhava na China.

Embora existissem métodos para produzir uma vacina para a gripe

Although methods existed to produce a flu vaccine

and stop the disease from spreading,

e parar a expansão da doença,

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

na melhor das hipóteses, não estaria disponível nos seis meses seguintes.

This is because a slow, antiquated flu vaccine manufacturing process

Isto porque o processo lento e antiquado de produção de vacinas

developed over 70 years ago was the only option.

desenvolvido ao longo de 70 anos, era a única opção.

The virus would need to be isolated from infected patients,

Seria necessário isolar o vírus de pacientes infectados,

packaged up and then sent to a facility

embalá-lo e enviá-lo para uma instalação

where scientists would inject the virus into chicken eggs,

onde os cientistas injectariam o vírus em ovos de galinha,

and incubate those chicken eggs for several weeks

para serem incubados durante várias semanas,

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

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

multimonth flu vaccine manufacturing process.

de várias fases de produção de vacinas da gripe, durante meses.

My team and I received this email

A minha equipa e eu recebemos este "email"

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 permitia que as instruções da vacina da gripe

to be instantly downloaded from the internet and printed.

fossem instantaneamente descarregadas da Internet e impressas.

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

Aumentaria a rapidez com que as vacinas da gripe fossem produzidas,

and potentially saving thousands of lives.

salvando potencialmente milhares de vidas.

The biological printer leverages our ability to read and write DNA

A impressora biológica melhora a nossa capacidade de ler e escrever ADN

and starts to bring into focus

e começa a chamar a atenção

what we like to call biological teleportation.

para o que gostamos de chamar "Teleporte Biológico".

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

Sou um biólogo e engenheiro que cria a partir do ADN.

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

Acreditem ou não, uma das minhas coisas favoritas,

is to take DNA apart and put it back together

é separar o ADN e voltar a juntá-lo

so that I can understand better how it works.

para entender melhor o seu funcionamento.

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

Eu consigo editar e programar o ADN, como se programa num computador.

But my apps are different.

Mas os meus aplicativos são diferentes.

They create life.

Elas criam vida!

Self-replicating living cells and things like vaccines and therapeutics

Células vivas autorreplicativas, bem como vacinas e terapias

that work in ways that were previously impossible.

que funcionam de uma forma que antes seria impossível.

Here's National Medal of Science recipient Craig Venter

Eis Craig Venter, galardoado com a Medalha Nacional de Ciência

and Nobel laureate Ham Smith.

e Ham Smith, laureado com o Prémio Nobel.

These two guys shared a similar vision.

Ambos partilhavam uma visão semelhante.

That vision was, because all of the functions and characteristics

Essa visão era a seguinte: como todas as funções e características

of all biological entities, including viruses and living cells,

de todas as entidades biológicas, vírus e células vivas incluídas,

are written into the code of DNA,

são escritas no código do ADN,

if one can read and write that code of DNA,

se conseguirmos ler e escrever esse código de ADN,

then they can be reconstructed in a distant location.

então o mesmo poderia ser reproduzido num local distante.

This is what we mean by biological teleportation.

É isto o que significa "teleporte biológico".

To prove out this vision,

Para provar esta visão,

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

Craig e Ham tiveram como objectivo criarem, pela primeira vez,

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

uma célula sintética, a partir do ADN gravado no computador.

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

Vá lá, concordem: como cientista com vontade de trabalhar

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

numa investigação avançada, isto é o melhor que pode haver!

(Laughter)

(Risos)

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

OK, um genoma é um conjunto completo de ADN num organismo.

Following the Human Genome Project in 2003,

Após o Projecto de Genoma Humano em 2003,

which was an international effort to identify

que foi um esforço internacional

para identificar o mapa genético completo do ser humano,

the complete genetic blueprint of a human being,

a genomics revolution happened.

aconteceu uma revolução genómica.

Scientists started mastering the techniques for reading DNA.

Os cientistas começaram a dominar técnicas de leitura do ADN,

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

para determinar a ordem dos nucleótidos A, C, T e G

within an organism.

dentro de um organismo.

But my job was far different.

O meu trabalho era bem diferente.

I needed to master the techniques for writing DNA.

Eu precisava de dominar técnicas para escrever ADN.

Like an author of a book,

Tal como um escritor,

this started out as writing short sentences,

começámos a escrever "frases curtas",

or sequences of DNA code,

ou sequências de código de ADN,

but this soon turned into writing paragraphs

mas depressa estávamos a escrever "parágrafos"

and then full-on novels of DNA code,

até conseguirmos escrever "novelas" de ADN

to make important biological instructions for proteins and living cells.

e criar instruções biológicas para proteínas e células vivas.

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

As células naturais são as máquinas mais eficazes a criar novos produtos,

accounting for the production

responsáveis pela produção

of 25 percent of the total pharmaceutical market,

de 25% do total do mercado farmacêutico,

which is billions of dollars.

que são milhares de milhões de dólares.

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

Sabíamos que escrever ADN iria impulsionar mais esta "bioeconomia",

once cells could be programmed just like computers.

à medida que as células fossem programadas como num computador.

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

Sabíamos ainda que escrever o ADN, permitiria ao "Teleporte Biológico"

the printing of defined, biological material,

a impressão de material biológico definido,

starting from DNA code.

a partir do código de ADN.

As a step toward bringing these promises to fruition,

Para que estas promessas se tornassem realidade,

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

a nossa equipa sintetizou pela primeira vez

a synthetic bacterial cell,

uma célula de uma bactéria sintética

starting from DNA code in the computer.

a partir do código de ADN gravado num computador.

Synthetic DNA is a commodity.

O ADN sintético é uma mercadoria!

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

Podemos encomendar pequenos trechos de ADN a várias empresas,

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

que, utilizando estes 4 frascos de compostos químicos que formam o ADN,

G, A, T and C,

G, A, T e C,

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

sintetizam os pequenos trechos de ADN encomendados!

Over the past 15 years or so,

Ao longo dos últimos 15 anos,

my teams have been developing the technology

as minhas equipas têm estado a desenvolver uma tecnologia

for stitching together those short pieces of DNA

que permite combinar esses pequenos trechos de ADN

into complete bacterial genomes.

para formar genomas bacterianos completos.

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

O maior genoma que sintetizámos, continha mais de um milhão de nucleótidos.

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

Isto é mais do dobro de um filamento do nosso ADN

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

e conseguimos ordenar correctamente cada uma das letras,

sem qualquer falha ortográfica!

without a single typo.

We were able to accomplish this by developing a procedure

Conseguimos este feito através de um procedimento

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

que tentei chamar de "método de recombinação isotérmica

"'in vitro' de passo único"

(Laughter)

(Risos)

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

A comunidade científica não aprovou este nome tecnicamente preciso,

and decided to call it Gibson Assembly.

e optou por chamar-lhe "Gibson Assembly".

Gibson Assembly is now the gold standard tool,

O "Gibson Assembly" é hoje uma ferramenta padrão de ouro

used in laboratories around the world

usada em laboratórios em todo o mundo

for building short and long pieces of DNA.

para criar trechos de ADN de vários tamanhos.

(Applause)

(Aplausos)

Once we chemically synthesized the complete bacterial genome,

Após termos sintetizado o genoma bacteriano completo,

our next challenge was to find a way

o nosso desafio seguinte foi encontrar uma forma

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

de o converter numa célula viva autorreplicativa.

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

Considerámos o genoma como se fosse o sistema operativo da célula

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

tendo esta o "hardware" necessário para inicializar o genoma.

Through a lot of trial and error,

Após muitas tentativas e erros,

we developed a procedure where we could reprogram cells

conseguimos desenvolver um procedimento de reprogramação celular

and even convert one bacterial species into another,

e ainda de transformar uma espécie de bactéria noutra,

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

substituindo o respectivo genoma por outro.

This genome transplantation technology then paved the way

Esta tecnologia de transplantação do genoma abriu caminho

for the booting-up of genomes written by scientists

para a inicialização de genomas escritos por cientistas

and not by Mother Nature.

e não pela Mãe Natureza.

In 2010, all of the technologies

Em 2010, as tecnologias de leitura e escrita de ADN

that we had been developing for reading and writing DNA

que desenvolvemos até então

all came together when we announced the creation

juntaram-se todas numa só, quando anunciámos a criação

of the first synthetic cell,

da primeira célula sintética,

which of course, we called Synthia.

que, obviamente, baptizámos de "Synthia".

(Laughter)

(Risos)

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

Desde a primeira sequenciação do genoma bacteriano, em 1995,

thousands more whole bacterial genomes have been sequenced and stored

milhares de genomas bacterianos foram sequenciados e gravados

in computer databases.

em bases de dados.

Our synthetic cell work was the proof of concept

Todo o nosso trabalho foi a prova do conceito

that we could reverse this process:

de que podíamos inverter este processo:

pull a complete bacterial genome sequence out of the computer

utilizar o genoma bacteriano completo gravado num computador

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

e transformar essa informação numa célula viva autorreplicativa,

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

com as características expectáveis das espécies que já criámos.

Now I can understand why there may be concerns

Entendo as razões dos receios

about the safety of this level of genetic manipulation.

acerca da segurança da manipulação genética a este nível.

While the technology has the potential for great societal benefit,

Esta tecnologia tanto pode beneficiar a nossa sociedade

it also has the potential for doing harm.

como a pode prejudicar.

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

Com isto em mente, mesmo antes de iniciar a nossa primeira experiência,

our team started to work with the public and the government

começámos a trabalhar com o público e com o governo

to find solutions together

para encontrar soluções em conjunto

to responsibly develop and regulate this new technology.

para desenvolver e regular esta nova tecnologia, responsavelmente.

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

Um dos resultados das discussões foi a filtragem de cada cliente

and every customer's DNA synthesis orders,

e respectivas encomendas de ADN sintético,

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

para evitar a produção maliciosa de agentes patogénicos ou de toxinas

or accidentally by scientists.

ou a produção acidental, por cientistas.

All suspicious orders are reported to the FBI

As encomendas que nos pareçam suspeitas são relatadas ao FBI

and other relevant law-enforcement agencies.

bem como a outras agências relevantes de aplicação da lei.

Synthetic cell technologies will power the next industrial revolution

As tecnologias de síntese de células serão a próxima revolução industrial

and transform industries and economies

que irá transformar as nossas indústrias e mercados

in ways that address global sustainability challenges.

de forma a podermos responder aos desafios ambientais que se avizinham.

The possibilities are endless.

As possibilidades são infinitas.

I mean, you can think of clothes

Vejamos: pensem em roupas fabricadas

constructed form renewable biobased sources,

a partir de fontes biológicas renováveis,

cars running on biofuel from engineered microbes,

automóveis movidos a biocombustível produzido por micróbios "modificados",

plastics made from biodegradable polymers

plásticos feitos de polímeros biodegradáveis

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

e ainda terapias personalizadas, impressas junto da cama de um paciente.

The massive efforts to create synthetic cells

O nosso enorme esforço na criação células sintetizadas

have made us world leaders at writing DNA.

tornou-nos líderes mundiais na escrita de ADN.

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

Acabámos por inventar formas mais rápidas de escrever ADN,

more accurately and more reliably.

mais precisas e mais seguras.

Because of the robustness of these technologies,

Graças à robustez destas tecnologias,

we found that we could readily automate the processes

automatizámos os processos para as máquinas

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

libertando assim os nossos cientistas

and onto a machine.

dos fluxos de trabalho laboratoriais.

In 2013, we built the first DNA printer.

Em 2013, criámos a primeira impressora de ADN.

We call it the BioXp.

Demos-lhe o nome de "BioXp".

And it has been absolutely essential in writing DNA

Tem sido essencial na escrita de ADN

across a number of applications

em imensas experiências

my team and researchers around the world are working on.

nas quais a minha equipa e investigadores em todo mundo estão trabalhar.

It was shortly after we built the BioXp

Pouco tempo após termos criado a BioXp,

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

recebemos o tal "email" de alerta do vírus H7N9 da Gripe das Aves na China.

A team of Chinese scientists had already isolated the virus,

Uma equipa de cientistas chineses já tinha conseguido isolar o vírus,

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

tinha sequenciado o seu ADN e tinha-o disponibilizado na Internet.

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

A pedido do governo dos EUA, descarregámos a sequência de ADN,

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

e em menos de 12 horas, imprimimo-la na BioXP.

Our collaborators at Novartis

Colaboradores nossos na Novartis,

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

rapidamente converteram o ADN sintetizado em vacina para a gripe.

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

Entretanto, o C.D.C., que usava a tecnologia dos anos 40,

was still waiting for the virus to arrive from China

esperava ainda que o vírus viesse da China

so that they could begin their egg-based approach.

para iniciar a incubação de ovos de galinha.

Pela primeira vez, conseguimos desenvolver a vacina para a gripe

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

for a new and potentially dangerous strain,

a tempo de prevenir uma nova variante potencialmente perigosa,

and the US government ordered a stockpile.

e o governo dos EUA iniciou o seu armazenamento.

(Applause)

(Aplausos)

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

Desde essa altura, comecei a apreciar ainda mais

the power of biological teleportation.

o poder do "Teleporte Biológico".

(Laughter)

(Risos)

Naturally, with this in mind,

Naturalmente, com isto em mente,

we started to build a biological teleporter.

construímos um "Teleportador Biológico":

We call it the DBC.

o DBC — Digital-to-Biological Converter

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

ou Conversor Digital-Biológico

Unlike the BioXp,

Ao contrário da BioXP,

which starts from pre-manufactured short pieces of DNA,

que usa pequenos pedaços de ADN existentes,

the DBC starts from digitized DNA code

o DBC utiliza código ADN digitalizado

and converts that DNA code into biological entities,

para o converter em entidades biológicas,

such as DNA, RNA, proteins or even viruses.

tais como ADN, o ARN, as proteínas e ainda os vírus.

You can think of the BioXp as a DVD player,

Considerem a BioXP como se fosse um leitor de DVD,

requiring a physical DVD to be inserted,

que requer que um disco de DVD seja inserido.

whereas the DBC is Netflix.

O DBC seria a Netflix.

To build the DBC,

Para construir o DBC,

my team of scientists worked with software and instrumentation engineers

cientistas nossos e engenheiros instrumentistas usaram um programa

to collapse multiple laboratory workflows,

para reduzir ao mínimo os fluxos de trabalho laboratoriais,

all in a single box.

tudo numa caixa.

This included software algorithms to predict what DNA to build,

Nela incluía-se um programa de algoritmos para preverem o ADN a sintetizar,

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

a química para ligar os nucleótidos em pequenos trechos de ADN,

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

o "Gibson Assembly" para colar trechos de nucleótidos, aumentando-lhes o tamanho,

and biology to convert the DNA into other biological entities,

e a biologia para converter o ADN noutras entidades biológicas,

such as proteins.

tais como as proteínas.

This is the prototype.

Eis o protótipo.

Although it wasn't pretty, it was effective.

Poderia não ser bonito, mas era eficaz.

It made therapeutic drugs and vaccines.

Já fez drogas terapêuticas e vacinas.

And laboratory workflows that once took weeks or months

Os fluxos de trabalho passaram de meses

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

a apenas um a dois dias!

And that's all without any human intervention

Tudo isto sem intervenção humana,

and simply activated by the receipt of an email

activado pela recepção de um "email"

which could be sent from anywhere in the world.

enviado de qualquer parte do mundo.

We like to compare the DBC to fax machines.

Podemos comparar o DBC com as máquinas de fax.

But whereas fax machines received images and documents,

Enquanto estas recebiam imagens e documentos,

the DBC receives biological materials.

o DBC recebe substâncias biológicas.

Now, consider how fax machines have evolved.

Pensem como as máquinas de fax evoluíram:

The prototype of the 1840s is unrecognizable,

o protótipo dos anos de 1840 era irreconhecível

compared with the fax machines of today.

em comparação com as de hoje.

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

Na década de 1980, poucos saberiam o que era uma máquina de fax

and if they did,

e, se soubessem,

teriam dificuldade em entender o conceito da recepção instantânea

it was difficult for them to grasp the concept

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

de uma imagem no outro lado do mundo.

But nowadays, everything that a fax machine does

Hoje em dia, tudo o que uma máquina de fax faz

is integrated on our smart phones,

está integrado nos Smartphones,

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

por isso, tomamos por garantida a troca rápida de informação digital.

Here's what our DBC looks like today.

Eis como é o DBC actualmente.

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

A evolução do DBC deverá ser semelhante à da máquina de fax.

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

Procuramos reduzir o tamanho do instrumento

and we're working to make the underlying technology

bem como aprimorar a tecnologia,

more reliable, cheaper, faster and more accurate.

de forma a que se torne mais fiável, barata, rápida e precisa.

Accuracy is extremely important when synthesizing DNA,

A precisão é extremamente importante na síntese do ADN

because a single change to a DNA letter

porque uma pequena mudança num nucleótido

could mean the difference between a medicine working or not

pode marcar a diferença entre um medicamento funcionar ou não,

or synthetic cell being alive or dead.

ou ainda, uma célula sintetizada estar viva ou morta.

The DBC will be useful for the distributed manufacturing

O DBC será útil na distribuição da produção de medicamentos

of medicine starting from DNA.

a partir do ADN.

Every hospital in the world could use a DBC

Todos os hospitais poderão beneficiar do DBC

for printing personalized medicines for a patient at their bedside.

imprimindo medicamentos personalizados para cada paciente.

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

Imagino o dia em que seja normal cada cidadão ter uma DBC

to connect to their home computer or smart phone

ligada ao computador ou Smartphone

as a means to download their prescriptions,

como meio de descarga das suas receitas médicas,

such as insulin or antibody therapies.

de terapias de insulina ou de anticorpos.

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

O DBC será valioso em áreas estratégicas à volta do mundo

for rapid response to disease outbreaks.

como resposta rápida a surtos de doenças.

For example, the CDC in Atlanta, Georgia

Por exemplo, o CDC de Atlanta, na Geórgia, poderá enviar

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

instruções da vacina de gripe para um DBC no outro lado do mundo,

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

para que seja produzida mesmo na linha de combate.

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

Esta vacina poderá ainda ser produzida especificamente

that's circulating in that local area.

para a variante a circular naquela área.

Sending vaccines around in a digital file,

O envio digital de vacinas

rather than stockpiling those same vaccines and shipping them out,

em vez do armazenamento destas para posterior envio,

promises to save thousands of lives.

promete salvar milhares de vidas.

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

Neste assunto, podemos dar largas à nossa imaginação!

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

Não é difícil imaginar um DBC noutro planeta.

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

Cientistas na Terra poderiam enviar instruções digitais para produzir

to make new medicines or to make synthetic organisms

novos medicamentos ou organismos sintéticos

that produce oxygen, food, fuel or building materials,

para a produção de oxigénio,

alimentação, combustível e materiais de construção,

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

para tornar esse planeta mais habitável para humanos.

(Applause)

(Aplausos)

With digital information traveling at the speed of light,

Através da informação digital a viajar à velocidade da luz,

it would only take minutes to send those digital instructions

bastariam alguns minutos para que ela viajasse

from Earth to Mars,

da Terra para Marte,

but it would take months to physically deliver those same samples

enquanto que o envio físico numa nave levaria meses

on a spacecraft.

a chegar ao destino.

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

Para já, eu ficaria satisfeito em enviar novos medicamentos pelo mundo

fully automated and on demand,

com produção automática a pedido,

saving lives from emerging infectious diseases

para prevenir novas doenças infecciosas, e assim, salvar vidas,

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

ou imprimir medicamentos de tratamento oncológico

para pessoas com pouco tempo de vida.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)