Craig Venter: On the verge of creating synthetic life

Крейг Вентер на пороге создания синтетической жизни

Переводчик: Marina Gavrilova Редактор: Maryana Kovalchuk

You know, I've talked about some of these projects before --

Как вы знаете, я раньше уже рассказывал о некоторых подобных проектах.

about the human genome and what that might mean,

О человеческом геноме и о том, что это может значить,

and discovering new sets of genes.

и об открытии новых наборов генов.

We're actually starting at a new point:

Мы начинаем новое направление:

we've been digitizing biology,

мы пытаемся оцифровать биологию,

and now we're trying to go from that digital code

и сейчас мы пытаемся перейти от этого цифрового кода

into a new phase of biology

к новой фазе биологии,

with designing and synthesizing life.

которая проектирует и синтезирует жизнь.

So, we've always been trying to ask big questions.

Мы всегда интересовались глобальными вопросами:

"What is life?" is something that I think many biologists

"Что есть жизнь?" - я думаю, многие биологи

have been trying to understand

пытались это понять

at various levels.

на разных этапах.

We've tried various approaches,

Мы пробовали различные предположения,

paring it down to minimal components.

постепенно сокращая их до минимума.

We've been digitizing it now for almost 20 years;

Мы занимаемся оцифровыванием информации уже на протяжении 20 лет.

when we sequenced the human genome,

Когда мы разбили на последовательности человеческий геном,

it was going from the analog world of biology

он перешёл из аналогового мира биологии

into the digital world of the computer.

в цифровой мир компьютеров.

Now we're trying to ask, "Can we regenerate life

Сейчас мы задаёмся вопросом: «Возможно-ли воспроизвести

or can we create new life

или создать новую жизнь

out of this digital universe?"

в этой цифровой вселенной?»

This is the map of a small organism,

Это карта маленького организма,

Mycoplasma genitalium,

который называется микоплазма гениталиум,

that has the smallest genome for a species

он имеет наименьший геном для вида,

that can self-replicate in the laboratory,

который может самовоспроизводиться в лаборатории.

and we've been trying to just see if

Мы пытались понять,

we can come up with an even smaller genome.

сможем-ли мы получить ещё меньший геном.

We're able to knock out on the order of 100 genes

Мы можем разбить его на куски порядка сотни генов

out of the 500 or so that are here.

из порядка пятиста, которые изображены здесь.

When we look at its metabolic map,

Но если посмотреть на его метаболическую карту,

it's relatively simple

она относительно проста

compared to ours --

по сравнению с нашей.

trust me, this is simple --

Поверьте мне, она проста.

but when we look at all the genes

Но когда мы смотрим на все гены,

that we can knock out one at a time,

которые мы можем убрать по одному,

it's very unlikely that this would yield

то понимаем, что возможно это не приведёт к

a living cell.

образованию живой клетки.

So we decided the only way forward

Таким образом, мы решили, что единственный путь -

was to actually synthesize this chromosome

это создать такую хромосому,

so we could vary the components

в которой мы могли-бы варьировать компоненты,

to ask some of these most fundamental questions.

чтобы ответить на фундаментальные вопросы.

And so we started down the road of:

И мы начали с самого начала

can we synthesize a chromosome?

"Можем-ли мы синтезировать хромосому?"

Can chemistry permit making

Позволит-ли химия создать

these really large molecules

эти действительно большие молекулы там,

where we've never been before?

где мы никогда не были?

And if we do, can we boot up a chromosome?

И если да, то сможем-ли мы "запустить" эти хромосомы?

A chromosome, by the way, is just a piece of inert chemical material.

Хромосома, кстати, - это только часть инертного химического материала.

So, our pace of digitizing life has been increasing

Так, наш темп оцифровывания жизни возрастал

at an exponential pace.

по экспоненте.

Our ability to write the genetic code

Наша способность записывать генетический код

has been moving pretty slowly

возрастает довольно медленно,

but has been increasing,

но всё-таки возрастает.

and our latest point would put it on, now, an exponential curve.

Самая последняя точка развития будет поставлена на экспоненциальной кривой прямо сейчас.

We started this over 15 years ago.

Мы начали более 15 лет назад.

It took several stages, in fact,

Работа проходила в нескольких стадий,

starting with a bioethical review before we did the first experiments.

начавшись с обсуждения био-этических аспектов до того, как мы сделали первый эксперимент.

But it turns out synthesizing DNA

Оказалось, что синтезировать ДНК

is very difficult.

очень трудно.

There are tens of thousands of machines around the world

В мире есть десятки тысяч машин,

that make small pieces of DNA --

которые делают маленькие части ДНК,

30 to 50 letters in length --

длиной от 30 до 50 символов.

and it's a degenerate process, so the longer you make the piece,

Но это дегенеративный процесс, то есть чем длиннее часть,

the more errors there are.

тем больше в ней ошибок.

So we had to create a new method

Таким образом, нам нужно было создать новый метод

for putting these little pieces together and correct all the errors.

для склеивания этих маленьких кусочков и исправления всех ошибок.

And this was our first attempt, starting with the digital information

И это была наша первая попытка, начавшаяся с оцифровывания информации

of the genome of phi X174.

генома Phi X 174.

It's a small virus that kills bacteria.

Это маленький вирус, который убивает бактерии.

We designed the pieces, went through our error correction

Мы разработали части, исправили ошибки

and had a DNA molecule

и получили молекулу ДНК

of about 5,000 letters.

размером примерно в 5000 символов.

The exciting phase came when we took this piece of inert chemical

Самое интересное началось, когда мы взяли кусок этого инертного химического вещества

and put it in the bacteria,

и поместили его в бактерию,

and the bacteria started to read this genetic code,

и бактерия начала читать генетический код,

made the viral particles.

создавать вирусные частицы.

The viral particles then were released from the cells

Затем эти частицы начали освобождаться из клеток,

and came back and killed the E. coli.

они вернулись и уничтожили бактерию E. coli.

I was talking to the oil industry recently

Я недавно разговаривал с нефтепереработчиками,

and I said they clearly understood that model.

и они поняли эту модель.

(Laughter)

(смех)

They laughed more than you guys are. (Laughter)

Они смеялись больше, чем вы.

And so, we think this is a situation

Итак, мы думаем, что это та ситуация,

where the software can actually build its own hardware

где программное обеспечение фактически строит своё оборудование

in a biological system.

в биологической системе.

But we wanted to go much larger:

Но мы хотели пойти дальше.

we wanted to build the entire bacterial chromosome --

Мы хотели построить целую бактериальную хромосому.

it's over 580,000 letters of genetic code --

Это более 580 000 символов генетического кода.

so we thought we'd build them in cassettes the size of the viruses

Мы решили строить их в "контейнерах" размером с вирус,

so we could actually vary the cassettes

так, чтобы мы могли менять эти "контейнеры",

to understand

чтобы понять,

what the actual components of a living cell are.

что является фактическим компонентом живой клетки.

Design is critical,

Разработка является очень важной,

and if you're starting with digital information in the computer,

и если вы начинаете с цифровой информации в компьютере,

that digital information has to be really accurate.

эта информация должна быть очень точной.

When we first sequenced this genome in 1995,

Когда мы впервые упорядочили этот геном в 1995 году,

the standard of accuracy was one error per 10,000 base pairs.

точность составляла одну ошибку на 10 000 базовых пар.

We actually found, on resequencing it,

При повторном упорядочивании мы нашли

30 errors; had we used that original sequence,

30 ошибок. Если бы мы использовали начальную последовательность,

it never would have been able to be booted up.

то мы бы не смогли "запустить" эту хромосому.

Part of the design is designing pieces

Часть этой разработки - это проектирование кусков

that are 50 letters long

длиной 50 символов,

that have to overlap with all the other 50-letter pieces

которые должны пересекаться со всеми другими 50-символьными кусками

to build smaller subunits

для создания меньших подгрупп,

we have to design so they can go together.

которые мы должны построить, чтобы потом их соединить.

We design unique elements into this.

Мы разработали уникальные элементы.

You may have read that we put watermarks in.

Вы наверное читали, что мы поместили в него водяной знак.

Think of this:

Представьте:

we have a four-letter genetic code -- A, C, G and T.

мы имеем 4-х символьный генетический код: A, C, G и T.

Triplets of those letters

Триплекс из этих букв – это символьный код

code for roughly 20 amino acids,

для приблизительно 20 аминокислот,

such that there's a single letter designation

а одна буква – это обозначение

for each of the amino acids.

для каждой аминокислоты.

So we can use the genetic code to write out words,

Итак, мы можем использовать генетический код для записи слов,

sentences, thoughts.

предложений, мыслей.

Initially, all we did was autograph it.

Вначале, всё что мы сделали - была "матрица".

Some people were disappointed there was not poetry.

Некоторые были разочарованы отсутствием в этом поэзии.

We designed these pieces so

Мы разрабатывали эти кусочки, так чтобы

we can just chew back with enzymes;

они могли быть "пережёваны" ферментами.

there are enzymes that repair them and put them together.

Есть ферменты, которые восстанавливают их и складывают вместе.

And we started making pieces,

И мы начали делать кусочки.

starting with pieces that were 5,000 to 7,000 letters,

Начали с кусочков размером от 5 000 до 7 000 символов.

put those together to make 24,000-letter pieces,

Собрали их вместе так, чтобы получились кусочки в 24 000 символов,

then put sets of those going up to 72,000.

затем соединили их в 72 – х тысячные.

At each stage, we grew up these pieces in abundance

Мы выращивали эти кусочки в больших количествах,

so we could sequence them

так, чтобы мы могли соединять их в любом порядке

because we're trying to create a process that's extremely robust

потому что мы старались создать наиболее устойчивую систему.

that you can see in a minute.

Вы увидите это через минуту.

We're trying to get to the point of automation.

Мы пытаемся автоматизировать этот процесс.

So, this looks like a basketball playoff.

Выглядит это как баскетбольное соревнование.

When we get into these really large pieces

Когда куски становятся большими -

over 100,000 base pairs,

больше 100 000 базовых пар -

they won't any longer grow readily in E. coli --

они больше не растут в бактерии E. coli.

it exhausts all the modern tools of molecular biology --

На сегодняшний день - это предел возможностей молекулярной биологии.

and so we turned to other mechanisms.

Мы стали искать другие пути.

We knew there's a mechanism called homologous recombination

Мы знали, что существует механизм, называемый гомологичная рекомбинация,

that biology uses to repair DNA

который используется в биологии для починки ДНК,

that can put pieces together.

с его помощью можно сложить куски.

Here's an example of it:

Вот пример этого.

there's an organism called

Это организм, называемый

Deinococcus radiodurans

Deinococcus radiodurans,

that can take three millions rads of radiation.

который выдерживает облучение до 3 миллионов рентген.

You can see in the top panel, its chromosome just gets blown apart.

Как вы видите на верхней панели, его хромосомы фактически разлетаются в разные стороны.

Twelve to 24 hours later, it put it

Через 12-24 часа

back together exactly as it was before.

он в том же состоянии, в котором был прежде.

We have thousands of organisms that can do this.

Есть тысячи организмов, способных на такое.

These organisms can be totally desiccated;

Эти организмы можно полностью обезводить,

they can live in a vacuum.

они могут жить в вакууме.

I am absolutely certain that life can exist in outer space,

Я абсолютно уверен, что они могут жить в космосе,

move around, find a new aqueous environment.

передвигаться, находить новые места для жизни, содержащие воду.

In fact, NASA has shown a lot of this is out there.

В частности, NASA показала, что такого много.

Here's an actual micrograph of the molecule we built

Вот реальная микрофотография молекулы, которую мы построили,

using these processes, actually just using yeast mechanisms

используя эти процессы - в сущности, используя механизм одноклеточных грибов

with the right design of the pieces we put them in;

с правильно построенными кусочками, которые мы туда помещаем.

yeast puts them together automatically.

Одноклеточный гриб автоматически соединяет эти кусочки.

This is not an electron micrograph;

Это не электронная микрофотография;

this is just a regular photomicrograph.

Это обычная микрофотография.

It's such a large molecule

Такую большую молекулу

we can see it with a light microscope.

можно разглядеть в слабый микроскоп.

These are pictures over about a six-second period.

А это фотографии с 6-секундным интервалом.

So, this is the publication we had just a short while ago.

Мы это опубликовали совсем недавно.

This is over 580,000 letters of genetic code;

Здесь более 580 000 символов генетического кода.

it's the largest molecule ever made by humans of a defined structure.

Это самая большая молекула заданной структуры, когда-либо построенная человеком.

It's over 300 million molecular weight.

Её молекулярная масса более 300 миллионов а. е. м.

If we printed it out at a 10 font with no spacing,

Если-бы мы распечатали её генетический код, используя фонт в 10 пиксел без пробелов,

it takes 142 pages

это заняло-бы 142 страницы!

just to print this genetic code.

Только распечатать этот код.

Well, how do we boot up a chromosome? How do we activate this?

Как же нам "запустить", активизировать хромосому?

Obviously, with a virus it's pretty simple;

Очевидно, довольно просто с помощью вируса.

it's much more complicated dealing with bacteria.

Гораздо труднее работать с бактериями.

It's also simpler when you go

Проще также в случае

into eukaryotes like ourselves:

с эукарио́тами, как мы с вами:

you can just pop out the nucleus

можно просто вытащить ядро

and pop in another one,

и заменить его другим,

and that's what you've all heard about with cloning.

это как раз то, что делают при клонировании, о чем вы все, наверняка, слышали.

With bacteria and Archaea, the chromosome is integrated into the cell,

У бактерии Археи — одноклеточный прокариот - хромосома является частью клетки,

but we recently showed that we can do a complete transplant

но мы недавно показали, что возможно пересадить

of a chromosome from one cell to another

хромосому из одной клетки в другую

and activate it.

и затем активизировать её.

We purified a chromosome from one microbial species --

Мы выделили хромосому из одного вида микробов.

roughly, these two are as distant as human and mice --

Грубо говоря, эти двое так-же далеки, как люди и мыши.

we added a few extra genes

Мы добавили несколько генов,

so we could select for this chromosome,

чтобы мы могли выбрать эту хромосому.

we digested it with enzymes

Мы разрушили её ферментами,

to kill all the proteins,

чтобы убить все протеины.

and it was pretty stunning when we put this in the cell --

И мы были удивлены, когда поместив её в клетку,

and you'll appreciate

- вы безусловно оцените

our very sophisticated graphics here.

нашу сложную графику -

The new chromosome went into the cell.

новая хромосома стала частью клетки.

In fact, we thought this might be as far as it went,

В сущности, это уже неплохой результат,

but we tried to design the process a little bit further.

но мы решили пойти ещё дальше.

This is a major mechanism of evolution right here.

Вот это главный механизм эволюции.

We find all kinds of species

Мы нашли разные организмы,

that have taken up a second chromosome

в которые удалось добавить вторую хромосому,

or a third one from somewhere,

или третью хромосому, извне,

adding thousands of new traits

создавая тысячи новых генетических комбинаций

in a second to that species.

этих организмов каждую секунду.

So, people who think of evolution

Поэтому, люди, которые думают, что эволюция означает

as just one gene changing at a time

изменение одного гена в определённый отрезок времени,

have missed much of biology.

недооценивают биологию.

There are enzymes called restriction enzymes

Есть ферменты, которые называются эндонуклеазы рестрикции, или рестриктазы,

that actually digest DNA.

которые в сущности "переваривают" ДНК.

The chromosome that was in the cell

Хромосома, которая прежде была в клетке,

doesn't have one;

не имела его.

the chromosome we put in does.

А хромосома, которую мы внедрили в клетку - имеет.

It got expressed and it recognized

Этот фермент выделяется, распознаёт

the other chromosome as foreign material,

другие хромосомы как инородный материал,

chewed it up, and so we ended up

уничтожает его, и мы в результате получаем

just with a cell with the new chromosome.

клетку только с новыми хромосомами.

It turned blue because of the genes we put in it.

Она стала синей из-за генов, которые мы в неё поместили.

And with a very short period of time,

И за очень короткий промежуток времени

all the characteristics of one species were lost

все характеристики данного вида были утеряны,

and it converted totally into the new species

и этот вид преобразовался в новый,

based on the new software that we put in the cell.

согласно программе, которую мы заложили в клетку.

All the proteins changed,

Все протеины изменились,

the membranes changed;

поменялись также и мембраны --

when we read the genetic code, it's exactly what we had transferred in.

и когда мы прочитали генетический код, он оказался соответствующим нашей трансформации.

So, this may sound like genomic alchemy,

Это может показаться генетической алхимией,

but we can, by moving the software of DNA around,

но мы можем, путём программирования ДНК,

change things quite dramatically.

сильно изменять порядок вещей.

Now I've argued, this is not genesis;

Я утверждаю, что это не генезис --

this is building on three and a half billion years of evolution.

этому предшествовали три с половиной миллиарда лет эволюции,

And I've argued that we're about to perhaps

и я думаю, что мы, возможно, стоим на пороге

create a new version of the Cambrian explosion,

создания нового Кембрийского взрыва,

where there's massive new speciation

результатом которого будет создание огромного количества новых

based on this digital design.

спроектированных видов.

Why do this?

Зачем это делать?

I think this is pretty obvious in terms of some of the needs.

Я думаю, ответ вполне очевиден, если принять во внимание возрастающие потребности.

We're about to go from six and a half

За следующие 40 лет население увеличится

to nine billion people over the next 40 years.

с 6.5 до 9 миллиардов человек.

To put it in context for myself:

Возьмём меня:

I was born in 1946.

я родился в 1946 году.

There are now three people on the planet

В настоящее время, на каждого, родившегося до 1946 года,

for every one of us that existed in 1946;

приходятся 3 человека, родившихся позже.

within 40 years, there'll be four.

Через 40 лет, отношение будет 1:4

We have trouble feeding, providing fresh, clean water,

Уже сейчас трудно накормить, обеспечить питьевой водой,

medicines, fuel

лекарствами и топливом

for the six and a half billion.

6.5 миллиардов людей.

It's going to be a stretch to do it for nine.

Что уж говорить о 9 миллиардах.

We use over five billion tons of coal,

Мы используем более 5 миллиардов тонн угля,

30 billion-plus barrels of oil --

более 30 миллиардов баррелей нефти.

that's a hundred million barrels a day.

Это 100 миллионов баррелей в день.

When we try to think of biological processes

Трудно даже представить себе биологические процессы

or any process to replace that,

или какие-то другие процессы,

it's going to be a huge challenge.

которые восстановили-бы все эти ресурсы.

Then of course, there's all that

Кроме того, не нужно забывать

CO2 from this material

про углекислый газ,

that ends up in the atmosphere.

который выбрасывается в атмосферу.

We now, from our discovery around the world,

На сегодняшний момент,

have a database with about 20 million genes,

мы имеем базу данных из 20 миллионов генов,

and I like to think of these as the design components of the future.

и я их воспринимаю как строительный материал для будующих разработок.

The electronics industry only had a dozen or so components,

В электронной индустрии существует дюжина или что-то около того, подобных базовых компонентов

and look at the diversity that came out of that.

однако посмотрите на разнообразие результатов.

We're limited here primarily

Мы пока ограничены

by a biological reality

биологической реальностью

and our imagination.

и нашим собственным воображением.

We now have techniques,

Благодаря такому быстрому синтезу,

because of these rapid methods of synthesis,

теперь у нас в руках есть технологии

to do what we're calling combinatorial genomics.

позволяющие заниматься так называемой комбинаторной геномикой.

We have the ability now to build a large robot

Мы можем построить большого робота,

that can make a million chromosomes a day.

который будет изготовлять миллионы хромосом в день.

When you think of processing these 20 million different genes

Представьте: обработать эти 20 миллионов генов,

or trying to optimize processes

или оптимизировать процессы

to produce octane or to produce pharmaceuticals,

производства октана или фармацевтического производства,

new vaccines,

новых вакцин,

we can just with a small team,

наша маленькая команда

do more molecular biology

может сделать больше в молекулярной биологии,

than the last 20 years of all science.

чем вся наука за последние 20 лет.

And it's just standard selection:

И это стандартные направления.

we can select for viability,

Мы можем контролировать выживаемость организмов,

chemical or fuel production,

производство химикатов или топлива,

vaccine production, etc.

создание вакцин и.т.д.

This is a screen snapshot

Это скриншот

of some true design software

программного приложения,

that we're working on to actually be able to sit down

над которым мы работаем, и которое позволит

and design species in the computer.

проектировать новые виды с помощью компьютера.

You know, we don't know necessarily what it'll look like:

Мы не знаем, как эти новые виды будут выглядеть.

we know exactly what their genetic code looks like.

Но что мы точно знаем - это их генетический код.

We're focusing on now fourth-generation fuels.

Мы работаем над созданием топлива четвёртого поколения.

You've seen recently, corn to ethanol

Как вы знаете, недавние эксперименты по переработке кукурузы в этиловый спирт

is just a bad experiment.

не дали хороших результатов.

We have second- and third-generation fuels

У нас есть топливо второго и третьего поколений,

that will be coming out relatively soon

которое будет доступно довольно скоро.

that are sugar, to much higher-value fuels

Оно получается посредством переработки сахара в более ценное топливо,

like octane or different types of butanol.

такое как октан или бутанол.

But the only way we think that biology

Однако мы думаем, что единственный путь, где с помощью биологии

can have a major impact without

можно достичь максимального результата без

further increasing the cost of food and limiting its availability

дальнейшего увеличения себестоимости пищи и ограничения ресурсов

is if we start with CO2 as its feedstock,

-это переработка углекислого газа в топливо,

and so we're working with designing cells to go down this road.

над проектированием клеток для чего мы и работаем.

And we think we'll have the first fourth-generation fuels

Мы надеемся, таким образом, получить топливо четвёртого поколения

in about 18 months.

примерно, через 18 месяцев.

Sunlight and CO2 is one method ...

Солнечный свет и углекислый газ - это один из методов --

(Applause)

(Апплодисменты)

but in our discovery around the world,

-- но наши исследования по всему миру

we have all kinds of other methods.

дают много других методов.

This is an organism we described in 1996.

Есть такой организм, мы его описывали в 1996 году,

It lives in the deep ocean,

он живёт глубоко в океане,

about a mile and a half deep,

на глубине порядка полутора миль,

almost at boiling-water temperatures.

почти при температуре кипения воды.

It takes CO2 to methane

Этот организм преобразует углекислый газ в метан,

using molecular hydrogen as its energy source.

используя молекулярный водород в качестве источника энергии.

We're looking to see if we can take

Мы пытаемся понять, возможно-ли преобразовать

captured CO2,

собранный углекислый газ,

which can easily be piped to sites,

который легко можно передавать по трубам,

convert that CO2 back into fuel

обратно в топливо,

to drive this process.

с помощью этого процесса.

So, in a short period of time,

Таким образом, мы надеемся, что в скором будующем,

we think that we might be able to increase

мы сможем ответить

what the basic question is of "What is life?"

на основной вопрос "Что такое жизнь?"

We truly, you know,

На самом деле,

have modest goals

у нас очень скромные цели --

of replacing the whole petrol-chemical industry --

просто заменить всю нефте-перерабатывающую индустрию.

(Laughter) (Applause)

(Смех) (Апплодисменты)

Yeah. If you can't do that at TED, where can you? --

Где-же ещё можно это сделать, как не на TED'е?

(Laughter)

(Смех)

become a major source of energy ...

Стать основным источником энергии.

But also, we're now working on using these same tools

Мы также работаем над инструментами

to come up with instant sets of vaccines.

для немедленного производства вакцин.

You've seen this year with flu;

Вы, конечно, наблюдали ситуацию с гриппом в этом году

we're always a year behind and a dollar short

нам, как всегда, не хватает времени и денег

when it comes to the right vaccine.

на нужные вакцины.

I think that can be changed

я думаю, это можно исправить

by building combinatorial vaccines in advance.

посредством построения комбинаторных вакцин в будующем.

Here's what the future may begin to look like

Так может выглядеть будующее

with changing, now, the evolutionary tree,

если поменять эволюционное дерево сейчас,

speeding up evolution

ускорить эволюцию

with synthetic bacteria, Archaea

с помощью синтетической бактерии Археи,

and, eventually, eukaryotes.

а также, позже, и эукариотов.

We're a ways away from improving people:

Мы ещё далеки от доработки людей.

our goal is just to make sure that we have a chance

Наша цель - лишь сделать всё, что в наших силах, чтобы иметь шанс

to survive long enough to maybe do that. Thank you very much.

дожить до того времени, когда это будет возможно. Спасибо за внимание.

(Applause)

(Апплодисменты)