0:00:00.913,0:00:04.016
我在威斯康星州中部长大，[br]曾在户外度过很多时光。

0:00:04.040,0:00:07.087
春天，四周满溢着[br]令人心动的丁香的香气。

0:00:07.666,0:00:10.331
夏天，萤火虫的点点亮光

0:00:10.355,0:00:12.529
在闷热潮湿的夜里摇曳。

0:00:12.553,0:00:16.029
秋天，泥塘里满是[br]鲜红的蔓越莓。

0:00:16.776,0:00:18.553
哪怕冬天都有自己别致的魅力，

0:00:18.577,0:00:21.149
松树上装点着圣诞花束。

0:00:21.173,0:00:24.339
对于我来说，自然一直是[br]神奇与灵感的源泉。

0:00:25.292,0:00:28.347
当我开始攻读化学研究生，[br]以及在后来的岁月里，

0:00:28.371,0:00:31.497
我从分子层面[br]对自然有了更深入的了解。

0:00:31.521,0:00:33.291
我刚刚所提到的一切，

0:00:33.315,0:00:35.514
从丁香和松树的香气

0:00:35.538,0:00:38.307
到蔓越莓的鲜红和[br]萤火虫的亮光，

0:00:38.331,0:00:40.156
它们都至少有一个共同之处：

0:00:40.482,0:00:42.615
是酶创造了它们。

0:00:43.180,0:00:46.330
刚提到我在威斯康星州长大，[br]我喜欢芝士再自然不过了，

0:00:46.354,0:00:48.069
当然还有绿湾包装工[br]橄榄球队。

0:00:48.093,0:00:50.061
但让我们先谈谈芝士。

0:00:50.085,0:00:51.712
在过去至少 7000 年里，

0:00:51.736,0:00:54.014
人们从牛、绵羊和山羊的胃里

0:00:54.038,0:00:56.760
提取出了多种酶的混合物，

0:00:56.784,0:00:57.998
并把它们添加到牛奶里，

0:00:58.022,0:01:01.221
让牛奶凝固——[br]这是制作芝士的环节之一。

0:01:01.221,0:01:03.855
在这个混合物中起关键作用[br]的酶叫凝乳酶。

0:01:03.879,0:01:05.704
我想给大家展示一下[br]它的作用原理。

0:01:05.728,0:01:07.626
在这里我有两支试管，

0:01:07.650,0:01:09.856
我要往其中一支加入凝乳酶，

0:01:09.880,0:01:11.147
稍等一会儿。

0:01:11.744,0:01:15.206
我儿子安托尼今年 8 岁，

0:01:15.230,0:01:18.508
他很热心帮我为这场演讲[br]准备实验展示环节。

0:01:18.532,0:01:22.652
我们在厨房里切菠萝，

0:01:22.676,0:01:26.610
从红皮马铃薯提取酶，

0:01:26.634,0:01:28.713
在厨房里做了各种实验。

0:01:28.737,0:01:29.656
最终，

0:01:29.656,0:01:31.446
我们觉得凝乳酶的实验[br]非常厉害。

0:01:31.446,0:01:33.506
在这支试管中，

0:01:33.530,0:01:37.529
凝乳酶正在牛奶里畅游，

0:01:37.553,0:01:40.672
它在和里面的酪蛋白结合。

0:01:40.696,0:01:42.974
然后它把酪蛋白剪开——

0:01:42.998,0:01:44.800
就像是一把分子剪刀。

0:01:45.102,0:01:49.141
正是这个剪开的动作[br]促使牛奶凝固。

0:01:49.165,0:01:51.935
我们就像这样在厨房里实验。

0:01:52.332,0:01:53.246
好了。

0:01:53.246,0:01:55.664
让我快速地摇晃一下。

0:01:56.180,0:01:59.657
然后把它们放到一边，[br]反应一会儿。

0:01:59.681,0:02:00.831
好了。

0:02:03.506,0:02:05.085
如果说 DNA 是生命的蓝图，

0:02:05.109,0:02:07.985
那么酶就是执行[br]DNA 指令的劳动者。

0:02:08.009,0:02:10.055
酶是一种蛋白，[br]也是一种催化剂，

0:02:10.079,0:02:12.898
它能加快化学反应速率，

0:02:12.922,0:02:16.398
就像这里的凝乳酶[br]能让牛奶加速凝固。

0:02:16.914,0:02:18.669
可这并不仅仅可以[br]用于芝士的制作。

0:02:18.693,0:02:22.010
酶在我们的食品中[br]也起着关键的作用，

0:02:22.034,0:02:25.478
而且在其他情况下，[br]从婴儿的健康

0:02:25.502,0:02:27.812
到克服目前最大的环境挑战，

0:02:27.836,0:02:28.986
它同样功不可没。

0:02:29.720,0:02:33.093
酶的基本构成单位叫氨基酸。

0:02:33.482,0:02:35.054
一共有 20 种常见的氨基酸，

0:02:35.078,0:02:38.435
我们通常用单个字母的缩写[br]来给他们命名，

0:02:38.459,0:02:40.887
就像是氨基酸的字母表。

0:02:41.236,0:02:43.776
在某种酶中，这些氨基酸[br]如同项链上的珍珠那样，

0:02:43.800,0:02:45.239
被串联在一起。

0:02:45.263,0:02:47.815
氨基酸的种类，

0:02:47.839,0:02:49.525
也就是项链上的字母，

0:02:49.549,0:02:51.819
及其排列、拼写的顺序，

0:02:51.843,0:02:55.926
赋予了某种酶独特的属性，[br]将其与其他酶区分开来。

0:02:55.950,0:02:57.726
接着，这些氨基酸，

0:02:57.726,0:02:59.196
这个氨基酸项链，

0:02:59.196,0:03:00.906
折叠起来形成了更高级别的结构。

0:03:00.906,0:03:03.068
如果你放大到分子大小，

0:03:03.068,0:03:05.318
看看处于活跃状态的凝乳酶，

0:03:05.318,0:03:07.365
你会看见它的样子是这样的。

0:03:07.365,0:03:11.080
线状，环形，螺旋，扭曲，旋转，

0:03:11.080,0:03:14.612
酶必须在这样的形态下才能起作用。

0:03:15.038,0:03:17.768
现在我们可以利用微生物制造酶，

0:03:17.792,0:03:20.627
可以是细菌，或酵母菌。

0:03:20.982,0:03:23.411
我们通过截取一小段 DNA，

0:03:23.435,0:03:25.800
也就是我们感兴趣的酶的代码，

0:03:25.824,0:03:27.387
再把它放进微生物中，

0:03:27.411,0:03:30.871
让微生物用其自身的功能，[br]自身的原料，

0:03:30.895,0:03:33.029
来为我们制作出酶。

0:03:33.053,0:03:36.080
所以现在如果你需要凝乳酶，[br]再也不需要一头小牛犊了——

0:03:36.080,0:03:37.858
大可从微生物中得到。

0:03:37.858,0:03:39.121
我认为更棒的是，

0:03:39.121,0:03:41.837
我们可以插入完全定制的 DNA 序列

0:03:41.837,0:03:43.318
来制作出我们想要的，

0:03:43.318,0:03:45.732
非天然存在的任意的酶。

0:03:45.756,0:03:47.608
对于我来说通过排列原子

0:03:47.632,0:03:50.283
来设计一种酶，带来新的应用，

0:03:50.307,0:03:52.617
才是真正有趣的地方。

0:03:53.450,0:03:57.570
从自然界中提取一种酶，[br]然后尝试这些氨基酸的各种组合，

0:03:57.594,0:03:58.616
对那些字母进行修修补补，

0:03:58.616,0:04:01.001
插入一些，抽走一些，

0:04:01.001,0:04:02.690
或许再调整一下序列，

0:04:02.690,0:04:04.855
有点像是拿来一本书，

0:04:04.879,0:04:07.997
编辑几个章节或者改写它的结局。

0:04:08.720,0:04:10.696
在 2018 年，诺贝尔化学奖

0:04:10.720,0:04:12.911
就被颁发给了[br]针对这种方法的开发工作，

0:04:12.935,0:04:15.030
叫做“定向进化”。

0:04:15.966,0:04:19.799
现在我们可以利用定向进化的力量

0:04:19.823,0:04:21.910
任意地设计酶，

0:04:21.934,0:04:26.887
其中一个方面[br]就是把酶的设计应用到新的领域，

0:04:26.911,0:04:28.069
比如说洗衣服。

0:04:28.093,0:04:29.592
就如大家体内的酶

0:04:29.616,0:04:32.236
可以帮助你分解吃过的食物，

0:04:32.260,0:04:33.856
在你的洗衣液中的酶

0:04:33.880,0:04:37.109
有助于分解衣物上的污渍。

0:04:37.515,0:04:40.125
有调查表明，用于洗衣的

0:04:40.149,0:04:41.626
90% 的能量

0:04:41.650,0:04:42.800
花在了水的加热上。

0:04:43.165,0:04:44.291
这是有原因的——

0:04:44.291,0:04:46.467
水温更高有助于清洁衣物。

0:04:46.467,0:04:49.388
但是如果你可以用冷水[br]达到同样的效果呢？

0:04:49.388,0:04:50.948
那肯定能省下不少钱，

0:04:50.948,0:04:52.377
除此之外，

0:04:52.377,0:04:54.890
根据宝洁公司的一些研究，

0:04:54.890,0:04:58.531
如果美国的所有家庭[br]都用冷水进行洗涤，

0:04:58.531,0:05:03.660
我们每年能减少[br]32 公吨的二氧化碳排放。

0:05:03.804,0:05:05.297
这可不是一个小数目啊，

0:05:05.297,0:05:06.531
相当于

0:05:06.531,0:05:09.320
630 万量汽车的碳排放量。

0:05:09.640,0:05:11.996
那么我们怎样设计酶

0:05:12.020,0:05:13.338
来实现这一转变呢？

0:05:13.362,0:05:16.123
酶不会自己进化到[br]拥有清洁脏衣物的能力，

0:05:16.147,0:05:17.747
更不要说在冷水中。

0:05:18.282,0:05:21.347
但是我们可以求助于自然，[br]找到着手点。

0:05:21.371,0:05:23.602
我们可以找到一种[br]带有起始活动的酶，

0:05:23.602,0:05:25.687
就像可以被加工的一些黏土，

0:05:25.711,0:05:28.807
屏幕上显示的正是这样的一种酶。

0:05:28.831,0:05:31.688
就如我刚提到的，[br]我们可以从这些氨基酸入手，

0:05:31.712,0:05:34.149
插入一些，抽走一些，

0:05:34.173,0:05:35.340
重新安排序列。

0:05:35.364,0:05:38.434
通过这些操作，[br]我们可以制造成千上万种酶。

0:05:38.458,0:05:40.966
我们可以拿出这些酶，

0:05:40.990,0:05:43.566
在这样的小碟子上进行测试。

0:05:44.339,0:05:47.220
我手上拿着的这只盒子

0:05:47.244,0:05:48.855
上面有 96 个槽，

0:05:48.879,0:05:52.966
每个槽里面有一块[br]沾有污渍的布料。

0:05:52.990,0:05:55.331
我们可以测量每一种酶

0:05:55.355,0:05:58.014
对于去除布料上污渍的效果，

0:05:58.038,0:06:00.060
那样就可以知道它们是否有效。

0:06:00.084,0:06:01.807
我们可以借助机器人[br]来实现这一操作，

0:06:01.831,0:06:04.345
待会儿大家可以在屏幕上看到。

0:06:07.427,0:06:09.744
那么，我们做了这个实验，

0:06:09.768,0:06:12.220
结果一些酶落在

0:06:12.244,0:06:13.434
起始酶的候选范围中。

0:06:13.458,0:06:15.149
这并没什么值得大书特书的。

0:06:15.173,0:06:17.561
一些表现很差，[br]于是被我们淘汰了。

0:06:17.585,0:06:18.910
一些表现得还不错。

0:06:18.934,0:06:21.569
那些经改良的酶[br]成为了我们的 1.0 版本。

0:06:21.593,0:06:24.033
它们是我们想要继续研究的酶，

0:06:24.037,0:06:26.133
我们可以一遍又一遍地[br]重复这个过程。

0:06:26.157,0:06:29.936
这些循环让我们[br]制造出了一种新的酶，

0:06:29.960,0:06:31.782
可以帮助我们实现目标的酶。

0:06:31.806,0:06:33.394
在多次循环之后，

0:06:33.418,0:06:34.668
我们制造出了一种新的东西。

0:06:34.668,0:06:38.052
现在你可以到超市里[br]买到这种洗衣液，

0:06:38.052,0:06:42.553
里面就有这样的酶，[br]能在冷水中清洁衣物。

0:06:42.577,0:06:45.037
接着我想给大家展示其中的原理。

0:06:45.061,0:06:47.761
我有两支试管，

0:06:47.785,0:06:50.185
里面还是牛奶。

0:06:50.518,0:06:51.669
看好了，

0:06:51.693,0:06:54.010
我要往其中一支加入这种酶，

0:06:54.034,0:06:56.343
往另外一支加一些水。

0:06:56.367,0:06:57.519
作为控制组，

0:06:57.543,0:06:59.371
应该不会有任何的变化。

0:06:59.395,0:07:02.617
你也许会好奇为什么[br]我用牛奶来做实验。

0:07:02.641,0:07:04.283
我这么做的原因

0:07:04.307,0:07:07.196
是因为牛奶里有大量的蛋白质，

0:07:07.220,0:07:10.939
在蛋白质溶液里[br]更容易观察到酶的作用，

0:07:10.963,0:07:13.601
因为它是一种厉害的蛋白质剪刀手，

0:07:13.625,0:07:14.775
天职所在。

0:07:15.133,0:07:16.933
我现在放它进去了。

0:07:18.323,0:07:22.307
就如我刚说的，[br]这是一把厉害的蛋白质剪刀手，

0:07:22.331,0:07:26.243
现在你可以推想一下[br]它跟牛奶会发生什么反应，

0:07:26.267,0:07:27.803
它跟你的脏衣服[br]就有可能产生什么反应。

0:07:27.803,0:07:31.286
我们在将这个过程可视化。

0:07:31.310,0:07:33.044
好了，现在两个试管准备好了。

0:07:34.081,0:07:38.168
我再来快速摇晃一下。

0:07:43.017,0:07:46.787
现在把这两个试管跟凝乳酶[br]样本放到一边。

0:07:46.811,0:07:49.192
临近尾声的时候我再谈谈它们。

0:07:51.152,0:07:53.965
那么酶设计的前景如何呢？

0:07:53.965,0:07:55.419
可以肯定的是，[br]它的发展会越来越快——

0:07:55.419,0:07:57.364
现在有各种促使酶进化的手段，

0:07:57.364,0:07:59.960
能让研究员研究更多的样本

0:07:59.960,0:08:01.614
比我刚展示的多得多。

0:08:02.108,0:08:04.494
除了我们刚刚谈到的，

0:08:04.518,0:08:05.950
对自然界的酶进行修修补补之外，

0:08:05.974,0:08:08.918
一些科学家正着手利用机器学习——

0:08:08.942,0:08:12.682
一种人工智能的方法——[br]从零开始设计酶，

0:08:12.706,0:08:14.664
并了解酶设计的进展。

0:08:14.688,0:08:18.791
其他人则是添加[br]一些非天然的氨基酸。

0:08:18.815,0:08:21.030
我们刚谈到 20 种天然的氨基酸，

0:08:21.054,0:08:22.637
常见的氨基酸——

0:08:22.661,0:08:24.416
有些科学家通过添加[br]非天然的氨基酸

0:08:24.440,0:08:28.050
来制造出拥有跟自然界被发现的酶[br]不一样属性的酶。

0:08:28.074,0:08:29.728
那是个相当高明的领域。

0:08:30.211,0:08:34.848
那么人工设计的酶[br]在未来对你有什么影响呢？

0:08:34.872,0:08:36.872
我想重点谈谈两个方面：

0:08:36.896,0:08:39.096
人类健康以及环境。

0:08:40.142,0:08:41.563
一些医药公司

0:08:41.587,0:08:44.933
已经有专门设计酶的团队，

0:08:44.957,0:08:48.825
用更少的有毒催化剂[br]来更高效地生产药物。

0:08:48.849,0:08:50.445
举个例子，西他列汀

0:08:50.469,0:08:52.707
是一种用来治疗[br]二型糖尿病的药物，

0:08:52.731,0:08:54.262
它的一部分成分是酶。

0:08:54.286,0:08:57.630
含有酶的药物数量[br]在未来肯定会有所增长。

0:08:58.536,0:08:59.454
另一方面，

0:08:59.454,0:09:00.744
对于某些失调性的疾病，

0:09:00.744,0:09:03.907
单一酶在病人体内不能正常工作。

0:09:03.907,0:09:06.393
其中一个例子是苯丙酮尿症，

0:09:06.417,0:09:07.631
或者简称 PKU。

0:09:08.180,0:09:12.303
苯丙酮尿症病人不能正常地[br]代谢或消化苯丙氨酸，

0:09:12.327,0:09:15.961
那是我们刚刚提到的[br]20 种常见氨基酸的一种。

0:09:15.985,0:09:19.802
苯丙酮尿症病人[br]无法消化苯丙氨酸的后果是，

0:09:19.826,0:09:24.357
他们会患有永久的智力残疾，

0:09:24.381,0:09:26.228
那是非常可怕的疾病。

0:09:26.252,0:09:28.046
在座为人父母的观众——

0:09:28.070,0:09:30.617
在座的有孩子吗？

0:09:30.641,0:09:31.799
有很多啊。

0:09:31.823,0:09:33.609
你们也许对 PKU 挺熟悉的，

0:09:33.633,0:09:38.553
因为在美国，所有婴儿[br]都被要求进行 PKU 检测。

0:09:38.577,0:09:41.941
我记得我儿子安托尼接受检测的时候，[br]脚后跟被扎了一下。

0:09:42.639,0:09:45.219
这后面最大的挑战是：[br]你能吃什么？

0:09:45.243,0:09:48.743
很多食物都含有苯丙氨酸，[br]几乎避无可避。

0:09:48.767,0:09:51.318
安托尼对坚果过敏，[br]我已经觉得够受的了，

0:09:51.318,0:09:54.172
但是 PKU 的严重度[br]可是另一个级别的。

0:09:54.196,0:09:57.323
然而新的酶可能很快[br]能让苯丙酮尿症病人

0:09:57.347,0:09:59.141
敞开怀抱去吃东西。

0:09:59.165,0:10:03.355
最近，美国药物总局刚批准了[br]被设计用来治疗 PKU 的酶。

0:10:03.379,0:10:05.006
对病人来说是特大喜讯，

0:10:05.030,0:10:06.282
对酶替代疗法的领域

0:10:06.282,0:10:08.849
同样是特大喜讯，

0:10:08.849,0:10:12.495
因为对于其他目标病症来说，[br]这也可能是个好的方法。

0:10:14.726,0:10:16.544
有关健康的话题就到这里。

0:10:16.568,0:10:18.726
接下来我想谈谈环境。

0:10:19.155,0:10:21.845
当我了解到大太平洋垃圾带的时候——

0:10:21.869,0:10:25.117
顺便解释一下，[br]那就像是一个塑料巨岛，

0:10:25.141,0:10:27.410
就在加州和夏威夷之间某个地方——

0:10:27.434,0:10:30.682
微塑料几乎无处不在，

0:10:30.706,0:10:31.672
实在令人不安。

0:10:31.672,0:10:33.918
塑料可不会很快就消失掉。

0:10:33.942,0:10:36.474
但是酶可能在这个领域帮到我们。

0:10:36.498,0:10:40.363
最近，人们发现了[br]由细菌产生的塑料降解酶，

0:10:40.387,0:10:42.872
并已经在努力设计

0:10:42.872,0:10:44.196
和改良这些酶。

0:10:44.585,0:10:47.450
与此同时，人们还发现

0:10:47.474,0:10:48.839
并优化了

0:10:48.863,0:10:51.878
不以石油为原料的可生物降解塑料。

0:10:53.171,0:10:56.845
酶也可能有助于吸收温室气体，

0:10:56.869,0:11:00.512
比如说二氧化碳、[br]甲烷和一氧化二氮。

0:11:00.536,0:11:02.948
毫无疑问，这些是我们[br]面临的主要挑战，

0:11:02.972,0:11:04.815
且都很困难。

0:11:04.839,0:11:08.720
但是我们运用酶的能力[br]可能有助于在未来克服这些挑战，

0:11:08.720,0:11:11.530
我认为这是值得期待[br]的另一个领域。

0:11:11.554,0:11:13.561
现在我要回到演示部分——

0:11:13.585,0:11:14.799
见证奇迹的时刻到了。

0:11:14.823,0:11:18.236
我们先从凝乳酶样本开始吧。

0:11:19.863,0:11:21.593
让我把它们拿过来。

0:11:21.617,0:11:23.022
你可以看到，

0:11:23.046,0:11:24.951
这是加了水的，

0:11:24.975,0:11:26.815
牛奶不应该有任何变化。

0:11:26.839,0:11:28.990
这是加了凝乳酶的。

0:11:29.014,0:11:31.641
你可以看到上面的部分变清了。

0:11:31.665,0:11:33.840
下面凝固的部分，就是芝士。

0:11:33.864,0:11:36.147
我们刚在短短几分钟内制作出了芝士。

0:11:36.171,0:11:37.324
这就是

0:11:37.348,0:11:40.664
我们做了几千年的事情。

0:11:40.688,0:11:43.851
我打算在我们下一个[br]《带孩子上班日》中做这个实验，

0:11:43.875,0:11:45.943
但那可能会是一批挑剔[br]的观众，走着瞧吧。

0:11:45.967,0:11:47.006
（笑声）

0:11:47.030,0:11:50.339
另外一组结果在这里。

0:11:50.363,0:11:54.323
这是帮你清洁衣物的酶。

0:11:54.347,0:11:57.455
你可以看到跟加了水的那个不一样。

0:11:57.455,0:11:59.095
它变得有点清了，

0:11:59.119,0:12:01.534
这就是你洗衣服的时候想要的效果，

0:12:01.534,0:12:03.861
因为你需要一种酶，

0:12:03.861,0:12:07.117
能够像一头蛋白质猎犬那样[br]把蛋白质咬碎，

0:12:07.141,0:12:09.797
因为衣服上有不同的蛋白质污渍，

0:12:09.797,0:12:12.114
比如说巧克力牛奶或草污渍，

0:12:12.114,0:12:15.132
这种酶能帮你干掉这些污渍。

0:12:15.286,0:12:17.345
它也能让你

0:12:17.345,0:12:20.171
在冷水中洗净衣物，减少碳足迹，

0:12:20.171,0:12:21.684
还能帮你省钱。

0:12:24.713,0:12:26.308
这一切来之不易，

0:12:26.332,0:12:31.078
想想从 7000 年[br]传统的芝士制作到

0:12:31.102,0:12:33.355
今天的酶设计。

0:12:33.689,0:12:35.570
我们此刻正站在创造的十字路口，

0:12:35.594,0:12:39.356
有了酶，我们可以编辑[br]自然已经写下的篇章，

0:12:39.880,0:12:42.413
或者用氨基酸[br]来谱写我们自己的故事。

0:12:42.880,0:12:46.041
那么下次你在闷热潮湿的夜里[br]外出的时候，

0:12:46.065,0:12:47.478
当你看到一只萤火虫，

0:12:47.502,0:12:49.136
我希望你能想起酶。

0:12:49.160,0:12:51.533
它们在今天为我们做出了[br]很多突出的贡献。

0:12:51.557,0:12:53.160
通过设计，

0:12:53.184,0:12:55.434
在未来它们会变得威力无穷。

0:12:55.434,0:12:56.579
谢谢大家。

0:12:56.579,0:12:58.944
（掌声）