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

Translator: Linh Chi Hoang Reviewer: Thái Hưng Trần

So we built a virus-resistant organism.

Vậy là chúng ta đang xây dựng hệ thống kháng vi rút

Why?

Tại sao?

It's not about disease, or not directly.

Theo một cách không trực tiếp, đây không phải về bệnh tật

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

Đây là vấn đề về xây dựng nhà máy sạch cho tương lai.

Let me explain by taking a big step back.

Tôi sẽ giải thích điều này bằng cách nhìn nhận lại từ đầu.

All life runs on DNA.

Mọi cơ thể sống đều có mã gen.

DNA codes for proteins, and proteins run life.

Mỗi gen mã hóa một proteins, và proteins cung cấp sự sống cho chúng ta.

DNA is composed of four bases:

DNA được hình thành từ 4 mã gốc:

A, T, G and C.

A,T,G và C.

And triplets of these bases, known as codons,

Và bộ 3 mã gốc được gọi là codons - bộ ba phiên mã.

encode each of the amino acid building blocks in proteins.

mã hóa từng khối axit amin trong protein.

The genetic code is a rulebook

Mã di truyền là một cuốn sách quy tắc.

that defines which codon encodes which amino acid.

giúp xác định đâu là bộ ba phiên mã đâu là axit amin.

So, for example,

Ví dụ như sau

the triplet codon TCG encodes the amino acid serine.

bộ ba phiên mã TCG mã hoá huyết thanh axit amin

And the order of triplet codons in DNA

Và trật tự của bộ ba phiên mã trong DNA

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

mã hoá trật tự của khối axit amin trong một protein.

There are 64 triplet codons in DNA

Có 64 bộ ba phiên mã trong DNA

and just 20 common amino acids.

và chỉ có 20 axit amin thông thường

And this means that most amino acids

Và điều này có nghĩa là hầu hết axit amin

are encoded by more than one triplet codon.

được mã hoá bởi nhiều hơn một bộ ba phiên mã

So, for example, the amino acid serine

Ví dụ, huyết thanh axit amin

is encoded by six different triplet codons.

được mã háo bởi 6 bộ ba phiên mã khác nhau.

And triplet codons that encode the same amino acid

Và bộ ba phiên mã đã mã hoá cùng một axit amin

are defined as synonymous codons.

được xác định là bộ ba phiên mã đồng nghĩa

The DNA code used for life is near universal.

Mã DNA sử dụng cho sự sống gần như phổ biến

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

Tất cả trạng thái của sự sống và vi rút sử dụng mã gen về bản chất là giống nhau

And that's a trait that we can exploit.

Và đó là một đặc điểm mà chúng ta có thể khai thác.

Here's what we did.

Đây là việc chúng ta đã làm

We asked whether life needs multiple synonymous codons

Chúng ta tự hỏi liệu sự sống có cần nhiều bộ ba phiên mã đồng nghĩa hay không

to encode a single amino acid.

để mã hoá một axit amin

For example, does life need six different codons,

Ví dụ, liệu sự sống có cần 6 bộ ba phiên mã khác nhau

which all code for the amino acid serine?

mà tất cả đều mã hoá cho huyết thanh axit amin

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

Chúng tôi đã lấy bốn triệu ký tự DNA trong bộ gen của vi khuẩn E. coli

and completely rewrote the code of this microbe

và viết lại hoàn toàn mã của vi khuẩn này

in a very specific way

theo một cách vô cùng chi tiết

by replacing targeted codons in its genome

bằng cách thay thế các bộ ba phiên mã mục tiêu trong bộ gen của nó

with synonymous codons that encode the same amino acid.

với những bộ ba phiên mã đồng nghĩa giúp mã hoá cùng một loại axit amin

So for example,

Vì vậy, ví dụ

we replaced the TCG and TCA codons,

chúng tôi đã thay thế bộ ba phiên mã TCG và TCA

which encode the amino acid serine,

giúp mã hoá huyết thanh axit amin,

with AGT and AGC codons,

bằng bộ ba phiên mã AGT và AGC

which also encode the amino acid serine.

những bộ mã mà cũng mã hoá huyết thanh axit amin

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

Bằng cách thực hiện điều này trên toàn bộ bốn triệu gen cơ sở, chúng tôi đã loại bỏ

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

hoàn toàn các bộ ba phiên mã mục tiêu khỏi mã di truyền của E. coli.

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

Tóm lại, chúng tôi đã nén bộ mã di truyền từ 64 xuống còn 61 bộ ba phiên mã

How did we do it?

Chúng tôi dã làm như thế nào?

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

Đầu tiên chúng tôi lấy mã của bốn triệu kí tự vào trong máy tính

and used a find-and-replace operation

và sử dụng chiến dịch tìm kiếm và thay thế

to replace targeted codons with their synonyms.

để thay thế các bộ ba phiên mã mục tiêu bằng những mã đồng nghĩa của nó

This created our new genome design,

Điều này tạo ra một thiết kế bộ gen hoàn toàn mới

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

bao gồm hơn 18,000 thay đổi dựa trên bộ gen gốc.

We then asked whether we could build an organism

Sau đó chúng tôi tự hỏi liệu có thể xây dựng một hệ thống

that runs on our synthetic genome design.

chạy trên thiết kế bộ gen tổng hợp của chúng tôi.

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

Chúng tôi đã xây dựng bộ gen tổng hợp từ một miếng ghép ngắn của bộ DNA.

Những mẫu gen này được tạo ra từ phản ứng hoá học trong một cái ống nghiệm

These were made by chemistry in a test tube,

something that would have been prohibitively expensive to do

điều mà cực kì tốn kém để thực hiện được

on this scale just a decade or two ago.

với quy mô của một hoặc hai thập kỉ trước

Sau đó chúng tôi tập hợp những mẫu gen ngắn của DNA này

We then assembled these short pieces of DNA

into longer stretches of DNA,

thành các đoạn DNA dài hơn,

which we then used to step-by-step replace

sau đó chúng tôi sử dụng chúng để

all four million bases of the E. coli genome.

thay thế từng bước bốn triệu gen cơ bản của bộ gen khuẩn E. coli.

This created the largest synthetic genome ever made.

Điều này tạo ra bộ gen tổng hợp lớn nhất từng được thực hiện

And the resulting cell was alive.

Và tế bào thu được vẫn còn sống.

Think about that.

Hãy nghĩ về điều đó.

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

Chúng tôi hợp lý hoá mã di truyền nhưng tế bào vẫn sống

We can create life with a compressed genetic code.

Chúng ta có thể tạo ra sự sống bằng một mã di truyền nén.

Now because our organism with a compressed genetic code

Bởi vì hiện tại hệ thống của chúng ta với một mã di truyền nén

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

không sử dụng hết 64 bộ ba phiên mã để tạo ra Proteins,

we could remove some of the machinery from the cell

chúng ta có thể bỏ đi một số cấu tạo của tế bào

that normally reads the near-universal genetic code.

thường đọc mã di truyền gần phổ cập.

Specifically, we could remove components of the translational machinery,

Đặc biệt, chúng ta có thể bỏ đi một số yếu tố của cấu tạo tịnh tiến.

specific tRNAs,

cụ thể là tRNAs,

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

thường đọc bộ ba phiên mã mà chúng tôi đã loại bỏ từ bộ gen.

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

Bây giờ mấu chốt là chúng chúng ta đã tạo một tế bào

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

mà không thể đọc tất cả các bộ ba phiên mã trong mã di truyền gần như phổ quát

Now viruses infect cells.

Bây giờ vi rút lây nhiễm tế bào.

These might be the cells of our bodies

Nó có thể là tế bào của cơ thể chúng ta

or single-celled microbes like E.coli.

hoặc vi khuẩn đơn bào như E.coli

They commonly have their own DNA,

Chúng thường có DNA riêng biệt,

which uses the near-universal genetic code

sử dụng mã di truyền gần như phổ quát

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

để mã hóa các protein cần thiết để tạo bản sao của virus.

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

Nhưng virus không có máy móc để đọc mã di truyền trong DNA của chúng

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

và thay vào đó chúng dựa vào bộ máy của tế bào chủ,

to read the genetic code in their DNA

để đọc mã di truyền trong DNA của chúng

and make copies of the virus.

và tạo ra các bản sao của vi rút.

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

Chính những bản sao của vi rút đó làm lây nhiễm sang các tế bào khác.

And this is how viruses spread.

Và đây là cách vi rút lây lan.

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

Nhưng vi rút không thể tạo bản sao của chính nó trong cơ quan mới của chúng ta

because our new organism doesn't have the machinery

bởi vì trong cơ quan mới của chúng ta không có bộ máy để đọc

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

tất cả bộ ba phiên mã trong DNA của vi rút

The code in the DNA used in the virus

Mã trong DNA được sử dụng trong vi-rút

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

và bộ máy đọc mã đó của tế bào chủ không tương thích với nhau

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

Do đó, vi rút không lây lan trong cơ quan mới,

and the new organism is resistant to viruses.

và cơ quan mới có thể chống lại vi rút.

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

Trên thực tế, chúng tôi đã chỉ ra rằng sinh vật mới của chúng tôi

suggesting that rewriting the genetic code

có khả năng chống lại nhiều loại vi-rút, cho thấy rằng việc viết lại mã di truyền

provides a route to creating broadly virus-resistant life.

sẽ cung cấp một lộ trình để tạo ra cuộc sống kháng virus nói chung.

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

Bằng cách mở rộng các phương pháp chúng tôi đã phát triển sang các sinh vật khác,

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

có thể tạo ra các loại cây trồng và vật nuôi kháng vi-rút

with important applications in agriculture and beyond.

với các ứng dụng quan trọng trong nông nghiệp và hơn thế nữa.

Những phát hiện của chúng tôi còn cung cấp một nền tảng

But our advances also provide a foundation

for turning cells into the clean factories of the future.

để biến các tế bào thành các nhà máy sạch trong tương lai

How?

Bằng cách nào?

So to explain, let me take another step back

Để giải thích vấn đề này, hãy dừng lại và suy nghĩ theo hướng mới

to how organisms read their genetic code to make proteins.

về cách mà các sinh vật đọc mã gen để tạo ra proteins.

Recall that the order of triplet codons in DNA

Hãy nhớ lại trật tự của bộ ba di truyền trong hệ thống DNA

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

mã hoá trật tự của khối axit amin trong một protein.

And it's the translational machinery of cells

Và nó là bộ máy tịnh tiến của tế bào

that reads the triplet codons

đọc bộ ba phiên mã

and builds the corresponding sequence of amino acids.

và xây dựng bộ máy tương ứng trình tự các axit amin.

The translational machinery of natural cells --

Bộ máy tịnh tiến của các tế bào tự nhiên --

including ribosomes,

bao gồm cỗ máy đại phân tử,

aminoacyl-tRNA synthetase enzymes and tRNAs --

một enzym gắn axit amin thích hợp vào tRNA tương ứng và tRNAs

is a unique and special system for making proteins

là một hệ thống độc nhất và đặc biệt để tạo ra proteins

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

trong đó 20 axit amin phổ biến được xâu chuỗi với nhau thành một chuỗi.

Now, proteins are amazing,

Proteins rất tuyệt vời,

but they're just one example

nhưng chúng chỉ là một ví dụ

from a vast class of molecules known as polymers,

từ một lớp lớn các phân tử được gọi là polyme,

which includes plastics, materials and drugs.

mà bao gồm nhựa, vật liệu và thuốc

And the polymer or linear polymer is really any molecule

Và polyme hoặc polyme tuyến tính có thể là bất kỳ phân tử nào trong đó các khối

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

xây dựng hóa học đơn giản hơn được xâu chuỗi lại với nhau thành một chuỗi.

We wanted to unlock the potential of the translational machinery

Chúng ta muốn mở khoá các tiềm năng của bộ máy tịnh tiến

for making plastics, materials and drugs

để sản xuất nhựa, vật liệu và thuốc

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

mà không thể sản xuất theo bất kỳ cách nào khác,

or that could be made more cleanly and efficiently

hoặc có thể được sản xuất một cách sạch sẽ và hiệu quả hơn

using engineered versions of the cell's translational machinery.

bằng cách sử dụng các phiên bản được thiết kế của bộ máy dịch mã của tế bào.

The building blocks for these polymers

Các khối xây dựng của những polyme này

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

vượt xa 20 axit amin phổ biến được sử dụng để tạo ra protein.

It's been impossible to unlock the potential

Không thể mở khoá tiềm năng

of the translational machinery for making plastics, materials and drugs

của bộ máy tịnh tiến để sản xuất nhựa, vật liệu và thuốc

for two reasons.

vì hai lý do.

First, all 64 triplet codons in natural cells

Lý do đầu tiên, tất cả 64 bộ ba phiên mã trong tế bào tự nhiên

are used for making natural proteins,

được sử dụng để tạo ra proteins tự nhiên, và đơn giản là không có bộ ba phiên mã nào

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

có sẵn để mã hóa quá trình tổng hợp polyme mới.

Second, the natural translational machinery

Lý do thứ hai, bộ máy tịnh tiến tự nhiên

specifically uses natural amino acids

đặc biệt sử dụng các axit amin tự nhiên

and simply can't use the chemical building blocks

và đơn giản là không thể sử dụng các khối xây dựng hóa học

required to make new polymers.

cần thiết để tạo ra các polyme mới.

However, a virus-resistant organism

Tuy nhiên, một cơ quan kháng vi rút

doesn't use all 64 triplet codons to make proteins

không cần sử dụng toàn bộ 64 bộ ba phiên mã để tạo ra proteins

and doesn't contain the machinery to read the codons

và không chứa các bộ máy đọc bộ ba phiên mã

that have been deleted from its genome.

mà đã bị xóa khỏi bộ gen của nó.

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

Và tế bào này cung cấp điểm bắt đầu để tổng hợp polymer được mã hóa di truyền.

To realize genetically-encoded polymer synthesis

Để thực hiện tổng hợp polymer được mã hóa di truyền

in our virus-resistant organism,

trong cơ quan kháng vi rút của chúng ta,

we added synthetic DNA containing the triplet codons

chúng tôi đã thêm vào DNA tổng hợp chứa các bộ ba phiên mã

we'd removed from the genome of the cell

được loại bỏ khỏi bộ gen của tế bào

and engineered translational machinery to read these codons

và thiết kế bộ máy tịnh tiến để đọc các bộ ba phiên mã này

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

và gán lại chúng cho khối xây dựng hóa học mới cho các polyme mới.

This system can be programmed to make diverse synthetic polymers.

Hệ thống này có thể được lập trình đêr tạo ra các polymer tổng hợp phong phú.

By changing the order of the triplet codons

Bằng cách thay đổi trật tự của các bộ ba phiên mã

in the synthetic DNA,

trong DNA tổng hợp,

we can change the order of the chemical building blocks

chúng ta có thể thay đổi trật tự của các khối xây dựng hoá học

that we program into the resulting polymer.

mà chúng tôi lập trình thành polyme thu được.

And by changing the identity of the engineered translational machinery

Và bằng cách thay đổi nhận dạng của bộ máy tính tiến được thiết kế

that we add to the cell,

mà chúng tôi thêm vào tế bào,

we can change the identity of the chemical building blocks

chúng tôi có thể thay đổi nhận dạng của các khối xây dựng hoá học

from which we compose the polymer.

mà từ đó chúng tôi tạo ra polyme.

Overall, we've created a cellular factory

Tóm lại, chúng ta tạo ra một nhà máy tế bào

that we can reliably and predictably program

mà chúng ta có thể lập trình một cách tin cậy và dự đoán được

to make synthetic polymers.

để tạo ra các polyme tổng hợp.

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

Với cách tiếp cận này, chúng ta đã có thể lập trình tế bào

to make new molecules,

để tạo ra phân tử mới,

including molecules from an important class of drugs

bao gồm các phân tử từ một loại thuốc quan trọng

known as depsipeptide macrocycles.

được biết đến là đại chu kỳ depsipeptide.

Molecules in this class include antibiotics,

Phân tử trong lớp này bao gồm kháng sinh,

immunosuppressives and anti-tumor compounds.

ức chế miễn dịch và các hợp chất chống khối u.

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

Chúng ta cũng có thể lập trình các tế bào để tạo ra polymer tổng hợp hoàn toàn

containing the chemical linkages found

chứa các liên kết hoá học

in several classes of biodegradable plastics.

được tìm thấy trong một số loại nhựa phân huỷ sinh học.

As we build new polymer molecules using our cellular factories,

Khi chúng ta xây dựng phân tử polymer mới sử dụng các nhà máy tế bào của chúng ta,

we have the opportunity to consider from the beginning

chúng ta có cơ hội để xem xét ngay từ đầu

how we might also use engineered biological cells

cách chúng ta cũng có thể sử dụng các tế bào sinh học đã được thiết kế

to break these polymers down

để phá vỡ các polyme này

into their constituent chemical building blocks

thành thành phần của chúng các khối xây dựng hóa học

that could be recycled and used for new encoded polymers.

có thể được tái chế và sử dụng cho các polyme được mã hóa mới.

Chúng tôi hình dung một nền kinh tế sinh học tuần hoàn

We envision a circular bioeconomy

in which our new genetically-encoded plastics and materials

mà trong đó nhựa và vật liệu với mã hoá di truyền mới

are manufactured and ultimately broken down

được sản xuất và cuối cùng bị phá vỡ

using low-energy cellular processes,

sử dụng quá trình tế bào năng lượng thấp

taking advantage of existing bioreactors and fermenters.

tận dụng lò phản ứng sinh học và lên men hiện có

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

Với nguồn cảm hứng từ tự nhiên và tưởng tượng lại những gì cuộc sống có thể

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

trở thành, chúng ta có cơ hội để xây dựng nền công nghiệp bền vững trong tương lai

Thank you.

Xin cảm ơn.

(Applause)

(Vỗ tay)