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

Çeviri: Cihan Ekmekçi Gözden geçirme: Figen Ergürbüz

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

Sizlerle dünyadaki en harika makineler

ve onlarla ne yapabileceğimiz hakkında konuşacağım.

and what we can now do with them.

Proteins,

Proteinler,

some of which you see inside a cell here,

ki bir kısmını bu hücre içinde görüyorsunuz,

carry out essentially all the important functions in our bodies.

temel olarak vücudumuzdaki tüm önemli işlevleri yerine getirir.

Proteins digest your food,

Proteinler yiyeceğinizi sindirir,

contract your muscles,

kaslarınızı kasar,

fire your neurons

nöronlarınızı harekete geçirir

and power your immune system.

ve bağışıklık sisteminizi güçlendirir.

Everything that happens in biology --

Biyolojide olan her şey --

almost --

neredeyse --

happens because of proteins.

proteinler sayesinde olur.

Proteins are linear chains of building blocks called amino acids.

Proteinler, amino asit adı verilen yapı taşlarının doğrusal zincirleri.

Nature uses an alphabet of 20 amino acids,

Doğa, 20 amino asitli bir alfabe kullanır,

some of which have names you may have heard of.

bazılarının ismini duymuş olabilirsiniz.

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

Bu resimde, orantılı her yumru bir atom.

Chemical forces between the amino acids cause these long stringy molecules

Amino asitler arasındaki kimyasal bağlar, bu uzun ipliksi moleküllerin,

to fold up into unique, three-dimensional structures.

özgün üç boyutlu yapılara katlanmasına sebep olur.

The folding process,

Katlanma süreci,

while it looks random,

rastgele görünse de

is in fact very precise.

aslında çok belli bir yol izler.

Each protein folds to its characteristic shape each time,

Her protein, her zaman kendi karakteristik şekline katlanır

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

ve katlanma süreci sadece saniyenin bir bölümünü alır.

And it's the shapes of proteins

Ve proteinlerin şekilleri sayesinde

which enable them to carry out their remarkable biological functions.

olağanüstü biyolojik işlevlerini gerçekleştirebilirler.

For example,

Örneğin

hemoglobin has a shape in the lungs perfectly suited

hemoglobin, akciğerlerde bir oksijen molekülüne bağlanmak için

for binding a molecule of oxygen.

kusursuz uyumlu bir şekle sahip.

When hemoglobin moves to your muscle,

Hemoglobin kasınıza geçtiğinde

the shape changes slightly

şekli nispeten değişir

and the oxygen comes out.

ve oksijen dışarı çıkar.

The shapes of proteins,

Proteinlerin şekilleri

and hence their remarkable functions,

ve dolayısıyla onların olağanüstü işlevleri,

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

protein zincirinde amino asitlerin dizilimiyle tamamen belirlenir.

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

Bu resimde, üstteki her harf bir amino asit.

Where do these sequences come from?

Bu dizilimler nereden geliyor?

The genes in your genome specify the amino acid sequences

Genomunuzdaki genler,

proteinlerinizin amino asit dizilimlerini belirler.

of your proteins.

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

Her gen, bir proteinin amino asit dizilimini kodlar.

The translation between these amino acid sequences

Bu amino asit dizilimleri

and the structures and functions of proteins

ve proteinlerin yapı ve işlevleri arasındaki aktarım,

is known as the protein folding problem.

protein katlanma problem olarak bilinir.

It's a very hard problem

Çok zor bir problem

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

çünkü proteinin adapte olabildiği çok sayıad farklı şekil var.

Because of this complexity,

Bu karmaşıklık sebebiyle

humans have only been able to harness the power of proteins

insanlar proteinlerin gücünden faydalanabilmek için

by making very small changes to the amino acid sequences

doğada bulduğumuz proteinlerin amino asit dizilimlerinde

of the proteins we've found in nature.

çok küçük değişiklikler yapıyor.

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

Bu, taş devri döneminde atalarımızın,

to make tools and other implements from the sticks and stones

dünyada çevremizde bulunan taş ve çubuklardan

that we found in the world around us.

araç ve diğer aletler yaptıkları sürece benzer.

But humans did not learn to fly by modifying birds.

Ama insanlar, kuşları değiştirerek uçmayı öğrenemedi.

(Laughter)

(Gülme sesleri)

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

Yerine, bilim insanları kuştan esinlendi, aerodinamik prensiplerini ortaya çıkardı.

Engineers then used those principles to design custom flying machines.

Mühendisler sonra, o prensipleri uçan araçlar tasarlamak için kullandı.

In a similar way,

Benzer şekilde,

we've been working for a number of years

biz de uzun yıllardır çalışıyoruz

to uncover the fundamental principles of protein folding

ve Rosetta adlı programla protein katlama temel prensiplerini ortaya çıkarmak

and encoding those principles in the computer program called Rosetta.

ve bu prensipleri kodlamak için uğraş veriyoruz.

We made a breakthrough in recent years.

Son yıllarda büyük bir atılım gerçekleştirdik.

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

Artık bilgisayardaki çizimlerden tamamen yeni proteinler tasarlayabiliyoruz.

Once we've designed the new protein,

Yeni proteini tasarladığımız zaman,

we encode its amino acid sequence in a synthetic gene.

sentetik bir gende onun amino asit dizilimini kodluyoruz.

We have to make a synthetic gene

Yapay bir gen yapmak zorundayız

because since the protein is completely new,

çünkü protein tamamen yeni olduğundan

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

dünyada şu an hiçbir organizmada onu kodlayacak gen yok.

Our advances in understanding protein folding

Protein katlamayı anlamada

and how to design proteins,

ve protein tasarlama gelişmelerimiz,

coupled with the decreasing cost of gene synthesis

gen sentezi maliyetindeki azalma

and the Moore's law increase in computing power,

ve Moore kanunun programlama gücüyle birleşince

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

şimdi on binlerce yeni protein tasarlayabiliyoruz,

with new shapes and new functions,

tamanen yeni şekil ve işlevlerle,

on the computer,

bilgisayar üzerinde

and encode each one of those in a synthetic gene.

ve bir sentetik gen içinde her birini kodlayabiliyoruz.

Once we have those synthetic genes,

Bu sentetik genleri edindiğimiz an,

we put them into bacteria

onları bakterilerin içine koyarak

to program them to make these brand-new proteins.

bu yeni proteinleri yapmaları için programlıyoruz.

We then extract the proteins

Sonra proteinleri çıkarıyor

and determine whether they function as we designed them to

ve tasarladığımız gibi işlediklerinden ve güvenli olup olmadıklarından

and whether they're safe.

emin oluyoruz.

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

Yeni proteinler yapabilmek heyecan verici

because despite the diversity in nature,

çünkü doğadaki çeşitliliğe rağmen

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

evrim yalnızca mümkün olan proteinlerden çok küçük bir sayı bize sundu.

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

Size doğanın 20 amino asitli bir alfabe kullandığını söylemiştim.

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

Sıradan bir protein yaklaşık 100 amino asitli bir zincirdir;

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

yani mümkün olan ihtimaller sayısı 20 kere 20 kere 20 kere 100...

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

bu da 10 üzeri 130 eder,

which is enormously more than the total number of proteins

bu da Dünya'da hayat başladığından bu yana

which have existed since life on earth began.

var olan tüm proteinlerden devasa sayıda daha çok protein demek.

And it's this unimaginably large space

Bu hayal bile edilemeyecek büyük alanı

we can now explore using computational protein design.

artık kompütasyonel protein tasarımıyla keşfedebiliyoruz.

Now the proteins that exist on earth

Dünya'da var olan proteinler

evolved to solve the problems faced by natural evolution.

doğal evrimin sunduğu sorunları çözecek şekilde evrildiler.

For example, replicating the genome.

Genomun kopyasını yapmak gibi.

But we face new challenges today.

Ancak bugün yeni zorluklarla yüz yüzeyiz.

We live longer, so new diseases are important.

Daha uzun yaşıyoruz, dolayıısyla hastalıklar önemli.

We're heating up and polluting the planet,

Gezegeni ısıtıyor ve kirletiyoruz,

so we face a whole host of ecological challenges.

o yüzden bir dizi ekolojik zorlukla karşı karşıyayız.

If we had a million years to wait,

Bekleyecek bir milyon yılımız olsaydı

new proteins might evolve to solve those challenges.

yeni proteinler bu zorlukları çözecek şekilde evrilebilir.

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

Ama bekleyecek bir milyon yılımız yok.

Instead, with computational protein design,

Bunun yerine, kompütasyonel tasarımla

we can design new proteins to address these challenges today.

bu zorluklara yönelebileceğimiz yeni proteinler tasarlayabiliyoruz.

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

Cesur fikrimiz, Taş Devri'nden biyolojiyi alarak

through technological revolution in protein design.

protein tasarımında teknolojik devrimden geçirmek.

We've already shown that we can design new proteins

Yeni şekil ve işlevlerde

yeni proteinler tasarlayabileceğimizi zaten gösterdik.

with new shapes and functions.

For example, vaccines work by stimulating your immune system

Örneğin aşılar, bağışıklık sisteminizi stimüle ederek çalışırlar,

to make a strong response against a pathogen.

bir patojene karşı güçlü bir tepkime elde etmek için.

To make better vaccines,

Daha iyi aşılar elde etmek için

we've designed protein particles

patojenlerden protein kaynaştırabileceğimiz

to which we can fuse proteins from pathogens,

protein partikülleri tasarladık,

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

buradaki mavi protein gibi, solunum virüsü RSV'den elde edilmiş.

To make vaccine candidates

Viral proteinle gerçekten sımsıkı duran

that are literally bristling with the viral protein,

aşı adayları yapmak için

we find that such vaccine candidates

bu tür aşı adaylarının

produce a much stronger immune response to the virus

virüse karşı daha önce test edilmiş tüm aşılara göre

than any previous vaccines that have been tested.

çok daha güçlü bir bağışıklık tepkimesi ürettiğini gördük.

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

Bu önemli çünkü RSV, dünya çapında

of infant mortality worldwide.

çocuk ölümlerinin başında geliyor.

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

Ayrıca çölyak hastalığı için midenizdeki glutenleri parçalayan

for celiac disease

yeni proteinler de tasarladık

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

ve kanserle savaşmada bağışıklık sistemini stimüle edecek başka proteinler.

These advances are the beginning of the protein design revolution.

Bu ilerlemeler protein tasarım devriminin daha başlangıcı.

We've been inspired by a previous technological revolution:

Daha önce ortaya çıkan teknolojik bir devrimden esinlendik:

the digital revolution,

Dijital devrim,

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

büyük oranda tek bir yerdeki ilerlemelere bağlı olarak ortaya çıktı,

Bell Laboratories.

Bell Laboratuvarları.

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

Bell Labs açık ve iş birliğine dayalı bir yerdi

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

ve dünyanın her yerinden en iyi yetenekleri çekerdi.

And this led to a remarkable string of innovations --

Bu da beraberinde bir dizi göz kamaştırıcı yenilik getirdi --

the transistor, the laser, satellite communication

transistör, lazer, uydu iletişimi

and the foundations of the internet.

ve internetin temelleri.

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

Bizim amacımız da protein tasarımının Bell Laboratuvarları'nı inşa etmek.

We are seeking to attract talented scientists from around the world

Dünyanın dört bir yanından yetenekli bilim insanları arıyoruz,

to accelerate the protein design revolution,

bu protein tasarım devrimine hız kazandıracak

and we'll be focusing on five grand challenges.

ve birlikte beş büyük zorluğa yöneleceğiz.

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

Bir, dünyanın her yerinden grip vakalarından proteinler alarak

and putting them on top of the designed protein particles

size başlarda gösterdiğim tasarlanmış protein partiküllerinin

I showed you earlier,

en üst kısmına koyacağız,

we aim to make a universal flu vaccine,

evrensel bir grip aşısı yapmayı hedefliyoruz,

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

tek bir iğne gribe karşı hayat boyu koruma sağlayacak.

The ability to design --

Tasarlama yetisi --

(Applause)

(Alkışlar)

The ability to design new vaccines on the computer

Bilgisayarda yeni aşılar tasarlama yeteneği

is important both to protect against natural flu epidemics

hem doğal grip salgınlarına karşı koruma sağlamak için önemli

and, in addition, intentional acts of bioterrorism.

hem de kasti biyolojik terörizm saldırılarına karşı.

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

İkincisi, doğanın 20 harften oluşan kısıtlı alfabesinin

of just 20 amino acids

çok ötesine giderek

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

kronik ağrı gibi vakalar için yeni tedavisel adaylar tasarlayacağız,

using an alphabet of thousands of amino acids.

binlerce amino asitten oluşan bir alfabe kullanacağız.

Third, we're building advanced delivery vehicles

Üçüncüsü, ileri düzey gönderim araçları kullanacağız,

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

bununla amaç, mevcut ilaçları vücutta tam da gitmesi gereken yere göndermek.

For example, chemotherapy to a tumor

Örneğin bir tümöre karşı kemoterapi

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

veya gen tamiri geçirecek dokuya gen tedavisi uygulamak gibi.

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

Dördüncüsü, vücut içinde hesaplama yapabilen akıllı tedaviler tasarlıyoruz

and go far beyond current medicines,

ve mevcut ilaçların çok ilerisine gidiyoruz,

which are really blunt instruments.

ki bunlar gerçekten iş bitiren araçlar.

For example, to target a small subset of immune cells

Örneğin bir otoimmün hastalıktan sorumlu

küçük bir bağışıklık hücresi kümesini hedef alabilecek

responsible for an autoimmune disorder,

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

ve bunları o devasa sağlıklı bağışıklı hücrelerinden ayırt edebilecek.

Finally, inspired by remarkable biological materials

Son olarak, inanılmaz biyolojik materyallerden esinlenerek

such as silk, abalone shell, tooth and others,

örneğin ipek, istiridye kabuğu, diş ve benzeri,

we're designing new protein-based materials

yeni protein bazlı materyaller tasarlıyoruz,

to address challenges in energy and ecological issues.

enerji ve ekolojik konulardaki zorluklara da yönelmeyi amaçlıyoruz.

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

Tüm bunları yapmak için enstitümüzü büyütüyoruz.

We seek to attract energetic, talented and diverse scientists

Tüm dünyadan ve her kariyer aşamasından bizimle çalışmaları için

from around the world, at all career stages,

enerjik, yetenekli ve farklı alt yapılardan bilim insanları arıyoruz.

to join us.

You can also participate in the protein design revolution

Protein tasarım devrimine

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

çevrim içi katlama ve tasarım oyunumuz Foldit ile de katılabilirsiniz.

And through our distributed computing project, Rosetta@home,

Dağıtımlı hesaplama projemiz Rosetta@home ile de katılabilirsiniz,

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

buna da diz üstünüzden veya Android cihazlarınızdan katılabilirsiniz.

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

Protein tasarımıyla dünyayı daha iyi bir yer yapmak benim işim.

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

Birlikte yapabileceklerimiz için çok heyecanlıyım.

I hope you'll join us,

Umarım bize katılırsınız

and thank you.

ve teşekkür ederim.

(Applause and cheers)

(Alkışlar ve tezahüratlar)