A Virus-Resistant Organism -- and What It Could Mean for the Future | Jason W. Chin | TED

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Eliana Santos

So we built a virus-resistant organism.

Criámos um organismo resistente aos vírus.

Why?

Porquê?

It's not about disease, or not directly.

Não se trata de doenças, pelo menos diretamente.

Trata-se de criar as fábricas limpas do futuro.

It's about building the clean factories of the future.

Let me explain by taking a big step back.

Passo a explicar, dando um grande passo atrás.

All life runs on DNA.

Toda a vida assenta no ADN.

DNA codes for proteins, and proteins run life.

O ADN codifica as proteínas, e as proteínas geram a vida.

O ADN é composto por quatro bases:

DNA is composed of four bases:

A, T, G and C.

A, T, G e C.

And triplets of these bases, known as codons,

Os tripletos destas bases, conhecidos por códons

encode each of the amino acid building blocks in proteins.

codificam cada um dos aminoácidos

que constituem os blocos de construção das proteínas.

The genetic code is a rulebook

O código genético é um manual de regras

that defines which codon encodes which amino acid.

que define qual o códão que codifica cada aminoácido.

So, for example,

Por exemplo,

the triplet codon TCG encodes the amino acid serine.

o códon tripleto TCG codifica o aminoácido serina.

And the order of triplet codons in DNA

E a ordem dos códons tripletos no ADN

encodes the order of amino acid building blocks in a protein.

codifica a ordem dos blocos de aminoácidos

que constituem os blocos de construção de uma proteína.

There are 64 triplet codons in DNA

Há 64 códons tripletos no ADN

and just 20 common amino acids.

mas só há 20 aminoácidos comuns.

Isto significa que a maioria dos aminoácidos

And this means that most amino acids

are encoded by more than one triplet codon.

são codificados por mais de um códon tripleto.

So, for example, the amino acid serine

Por exemplo, o aminoácido serina

is encoded by six different triplet codons.

é codificado por seis códons tripletos diferentes.

And triplet codons that encode the same amino acid

Os códons tripletos que codificam o mesmo aminoácido

are defined as synonymous codons.

são definidos como códons sinónimos.

The DNA code used for life is near universal.

O código do ADN usado para a vida é quase universal.

All forms of life and viruses use essentially the same genetic code.

Todas as formas de vida e os vírus

usam essencialmente o mesmo código genético.

And that's a trait that we can exploit.

Isso é uma característica que podemos explorar.

Here's what we did.

Isto é o que nós fizemos.

We asked whether life needs multiple synonymous codons

Queríamos saber se a vida necessita de múltiplos códons sinónimos

to encode a single amino acid.

para codificar um único aminoácido.

For example, does life need six different codons,

Por exemplo, será que a vida precisa de seis códons diferentes

which all code for the amino acid serine?

para codificar o aminoácido serina?

We took the four-million-character DNA of E. coli, its genome,

Pegámos no ADN da E.coli, o seu genoma, com quatro milhões de caracteres,

and completely rewrote the code of this microbe

e reescrevemos totalmente o código deste micróbio

in a very specific way

de forma muito específica,

by replacing targeted codons in its genome

substituindo os códons escolhidos do seu genoma

por códons sinónimos que codificam o mesmo aminoácido.

with synonymous codons that encode the same amino acid.

So for example,

Por exemplo,

substituímos os códons TCG e TCA,

we replaced the TCG and TCA codons,

which encode the amino acid serine,

que codificam o aminoácido serina,

with AGT and AGC codons,

pelos códons AGT e ACG,

which also encode the amino acid serine.

que também codificam o aminoácido serina.

By doing this across the whole four-million-base genome,

Ao fazer isto, por todo o genoma com quatro milhões de bases,

we completely removed the targeted codons from the genetic code of E. coli.

removemos totalmente os códons escolhidos do código genético da E.coli.

Overall, we compressed the genetic code from using 64 codons to using 61 codons.

No geral, comprimimos o código genético que passou de 64 códons para 61 códons.

How did we do it?

Como é que fizemos isso?

We first took the four-million-character code in a computer

Primeiro, introduzimos num computador o código de quatro milhões de caracteres,

and used a find-and-replace operation

e usámos uma operação de procurar e substituir,

to replace targeted codons with their synonyms.

para substituir os códons escolhidos pelos seus sinónimos.

This created our new genome design,

Isto criou a nossa nova conceção do genoma,

which contained more than 18,000 changes with respect to the original genome.

que sofreu mais de 18 000 mudanças em relação ao genoma original.

We then asked whether we could build an organism

Depois fomos ver se podíamos criar um organismo

that runs on our synthetic genome design.

que funcionasse com a nossa conceção de genoma sintético.

We built the synthetic genome starting from short pieces of DNA.

Criámos o genoma sintético a partir de pequenos pedaços de ADN.

Estes foram feitos quimicamente num tubo de ensaio,

These were made by chemistry in a test tube,

something that would have been prohibitively expensive to do

uma coisa que teria sido proibitivamente cara de fazer

on this scale just a decade or two ago.

a esta escala há 10 ou 20 anos.

We then assembled these short pieces of DNA

Depois, montámos estes pequenos pedaços de ADN

into longer stretches of DNA,

em trechos mais longos de ADN,

which we then used to step-by-step replace

que depois usámos para substituir, passo a passo,

all four million bases of the E. coli genome.

todos os quatro milhões de bases do genoma da E.coli.

This created the largest synthetic genome ever made.

Isto criou o maior genoma sintético jamais feito.

And the resulting cell was alive.

E a célula resultante tinha vida.

Think about that.

Pensem nisso.

We streamlined the genetic code, and yet the cell lived.

Simplificámos o código genético e, contudo, a célula tinha vida.

We can create life with a compressed genetic code.

Podemos criar vida com um código genético comprimido.

Now because our organism with a compressed genetic code

Ora bem, como o nosso organismo com um código genético comprimido

doesn't use all 64 triplet codons to make proteins,

não usa todos os 64 códons tripletos para fazer proteínas,

we could remove some of the machinery from the cell

podíamos retirar parte da maquinaria da célula

that normally reads the near-universal genetic code.

que normalmente lê o código genético quase universal.

Specifically, we could remove components of the translational machinery,

Especificamente, podíamos retirar componentes da maquinaria de tradução,

ARNt específicos,

specific tRNAs,

that normally read the codons that we've removed from the genome.

que normalmente lê os códons que retirámos do genoma.

Now, the key point here is that we've created a cell

O importante aqui é que criámos uma célula

that no longer reads all the codons in the near-universal genetic code.

que já não lê todos os códons no código genético quase universal.

Now viruses infect cells.

Ora bem, os vírus infetam células

que podem ser as células do nosso corpo

These might be the cells of our bodies

or single-celled microbes like E.coli.

ou micróbios unicelulares, como a E.coli,

They commonly have their own DNA,

que, habitualmente, têm o seu próprio ADN,

which uses the near-universal genetic code

que usa o código genético quase universal

to encode the proteins necessary to make copies of the virus.

para codificar as proteínas necessárias para fazer cópias dos vírus.

Mas os vírus não têm a maquinaria para ler o código genético no seu ADN,

But viruses don't have the machinery to read the genetic code in their DNA,

and instead they rely on the host cell, the machinery of the host cell,

e, em vez disso, dependem da maquinaria da célula hospedeira,

to read the genetic code in their DNA

para ler o código genético do seu ADN

and make copies of the virus.

e fazer cópias do vírus.

It's these copies of the virus that go on to infect other cells.

São essas cópias do vírus que vão infetar as outras células.

And this is how viruses spread.

E é assim que os vírus se propagam.

But viruses are unable to make copies of themselves in our new organism

Mas os vírus são incapazes de fazer cópias de si mesmos no novo organismo

because our new organism doesn't have the machinery

porque o novo organismo não tem a maquinaria

to read all the codons in the DNA of the virus.

para ler todos os códons no ADN do vírus.

The code in the DNA used in the virus

O código no ADN usado no vírus é incompatível

and the host cell's machinery to read that code are incompatible.

com a maquinaria da célula hospedeira para ler esse código.

Therefore, the virus doesn’t spread in the new organism,

Portanto, o vírus não pode propagar-se no novo organismo,

and the new organism is resistant to viruses.

e o novo organismo é resistente aos vírus.

Mostrámos assim que o novo organismo

In fact, we showed that our new organism was resistant to a wide range of viruses,

era resistente a uma ampla gama de vírus,

suggesting that rewriting the genetic code

o que sugere que reescrever o código genético

provides a route to creating broadly virus-resistant life.

proporciona um caminho para criar vida amplamente resistente a vírus.

By extending the approaches we've developed to other organisms,

Alargando as abordagens que desenvolvemos noutros organismos,

it may be possible to create virus-resistant crops and animals

pode ser possível criar culturas e animais resistentes a vírus

with important applications in agriculture and beyond.

com importantes aplicações na agricultura e não só.

But our advances also provide a foundation

Mas os nossos avanços também fornecem uma base

for turning cells into the clean factories of the future.

para transformar as células nas fábricas limpas do futuro.

How?

Como?

So to explain, let me take another step back

Para explicar, vou dar outro passo atrás,

to how organisms read their genetic code to make proteins.

para a forma como os organismos leem o código genético para fazer proteínas.

Recall that the order of triplet codons in DNA

Lembrem-se que a ordem dos códons tripletos no ADN

codifica a ordem dos blocos de aminoácidos

encodes the order of amino acid building blocks in a protein.

que constituem os blocos de construção de uma proteína.

And it's the translational machinery of cells

E é a maquinaria de tradução das células

that reads the triplet codons

que lê os códons tripletos

and builds the corresponding sequence of amino acids.

e cria a correspondente sequência de aminoácidos.

A maquinaria de tradução das células naturais

The translational machinery of natural cells --

including ribosomes,

— incluindo os ribossomas,

aminoacyl-tRNA synthetase enzymes and tRNAs --

a enzima aminoacil-ARNt sintetase e os ARNt —

is a unique and special system for making proteins

é um sistema único e especial para fazer proteínas

in which the 20 common amino acids are strung together in a chain.

em que os 20 aminoácidos comuns estão unidos numa cadeia.

Now, proteins are amazing,

Ora bem, as proteínas são um espanto,

but they're just one example

mas são apenas um exemplo

from a vast class of molecules known as polymers,

entre uma ampla classe de moléculas conhecidas por polímeros,

which includes plastics, materials and drugs.

que incluem os plásticos, os materiais e os medicamentos.

And the polymer or linear polymer is really any molecule

O polímero ou polímero linear é qualquer molécula

in which simpler chemical building blocks are strung together in a chain.

em que os blocos de construção químicos mais simples

estão ligados entre si numa cadeia.

We wanted to unlock the potential of the translational machinery

Queríamos desbloquear o potencial da maquinaria de tradução

for making plastics, materials and drugs

para fazer plásticos, materiais e medicamentos

that simply can't be made in any other way,

que não podem ser fabricados de outra maneira,

or that could be made more cleanly and efficiently

ou que podiam ser fabricados de forma mais limpa e eficaz

using engineered versions of the cell's translational machinery.

usando versões modificadas da maquinaria de tradução da célula.

The building blocks for these polymers

Os blocos de construção para estes polímeros

go well beyond the 20 common amino acids used to make proteins.

vão muito além dos 20 aminoácidos usados para fazer proteínas.

It's been impossible to unlock the potential

Tem sido impossível desbloquear o potencial

of the translational machinery for making plastics, materials and drugs

da maquinaria de tradução para fazer plásticos, materiais e medicamentos

for two reasons.

por duas razões.

First, all 64 triplet codons in natural cells

Primeiro, todos os 64 códons tripletos das células naturais

are used for making natural proteins,

são usados para fazer proteínas naturais

and there are simply no codons available to encode the synthesis of new polymers.

e não há códons disponíveis para codificar a síntese de novos polímeros.

Second, the natural translational machinery

Segundo, a maquinaria de tradução natural

specifically uses natural amino acids

usa especificamente aminoácidos naturais

and simply can't use the chemical building blocks

e não pode usar os blocos de construção químicos

required to make new polymers.

necessários para fazer novos polímeros.

However, a virus-resistant organism

Contudo, um organismo resistente aos vírus

doesn't use all 64 triplet codons to make proteins

não usa todos os 64 códons tripletos para fazer proteínas

and doesn't contain the machinery to read the codons

e não contém a maquinaria para ler os códons

that have been deleted from its genome.

que foram apagados do seu genoma.

And this cell provides the starting point for genetically-encoded polymer synthesis.

Essa célula fornece o ponto de partida

para a síntese de polímeros geneticamente codificados.

To realize genetically-encoded polymer synthesis

Para realizar a síntese de polímeros geneticamente codificados

in our virus-resistant organism,

no nosso organismo resistente aos vírus,

we added synthetic DNA containing the triplet codons

juntámos ADN sintético contendo os códons tripletos

we'd removed from the genome of the cell

que tínhamos retirado do genoma da célula

and engineered translational machinery to read these codons

e a maquinaria de tradução modificada para ler esses códons

and reassign them to new chemical building blocks for new polymers.

e reatribuí-los aos novos blocos químicos de construção para novos polímeros.

Este sistema pode ser programado para fazer diversos polímeros sintéticos.

This system can be programmed to make diverse synthetic polymers.

By changing the order of the triplet codons

Alterando a ordem dos códons tripletos no ADN sintético,

in the synthetic DNA,

we can change the order of the chemical building blocks

podemos alterar a ordem dos blocos de construção químicos

that we program into the resulting polymer.

que programamos no polímero resultante.

E alterando a identidade da maquinaria de tradução modificada

And by changing the identity of the engineered translational machinery

that we add to the cell,

que adicionámos à célula,

we can change the identity of the chemical building blocks

podemos alterar a identidade dos blocos químicos de construção

from which we compose the polymer.

a partir dos quais compomos o polímero.

Overall, we've created a cellular factory

Genericamente, criámos uma fábrica celular

that we can reliably and predictably program

que podemos programar de forma fiável e previsível

to make synthetic polymers.

para fazer polímeros sintéticos.

Using our approach, we've already been able to program cells

Usando esta abordagem, já conseguimos programar células

to make new molecules,

para produzir novas moléculas,

including molecules from an important class of drugs

incluindo moléculas duma importante classe de medicamentos

known as depsipeptide macrocycles.

conhecidas por macrociclos depsipeptídicos.

Molecules in this class include antibiotics,

As moléculas nesta classe incluem os antibióticos,

immunosuppressives and anti-tumor compounds.

os imunossupressores e os compostos anti-tumores.

We've also been able to program cells to make completely synthetic polymers

Também já conseguimos programar células para criar polímeros totalmente sintéticos

containing the chemical linkages found

contendo as ligações químicas

in several classes of biodegradable plastics.

que se encontram em diversas classes de plásticos biodegradáveis.

As we build new polymer molecules using our cellular factories,

À medida que criamos novas moléculas de polímeros,

usando as nossas fábricas celulares,

we have the opportunity to consider from the beginning

temos a oportunidade de considerar desde o início

how we might also use engineered biological cells

como também podemos usar células biológicas modificadas

to break these polymers down

para decompor esses polímeros

into their constituent chemical building blocks

nos seus blocos de construção químicos constituintes

that could be recycled and used for new encoded polymers.

que podem ser reciclados e usados para novos polímeros codificados.

We envision a circular bioeconomy

Antevemos uma bioeconomia circular

in which our new genetically-encoded plastics and materials

em que os novos plásticos e materiais codificados geneticamente

are manufactured and ultimately broken down

são fabricados e depois decompostos

using low-energy cellular processes,

usando processos celulares de baixa energia,

taking advantage of existing bioreactors and fermenters.

tirando partido dos biorreatores e fermentadores existentes.

By taking inspiration from nature and reimagining what life can become,

Inspirando-nos na Natureza e reimaginando o que a vida pode vir a ser,

we have the opportunity to build the sustainable industries of the future.

temos a oportunidade de criar as indústrias sustentáveis do futuro.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)