0:00:00.913,0:00:04.016
我在威斯康辛州中部長大[br]很常待在戶外

0:00:04.040,0:00:07.087
春天時，我會聞聞[br]紫丁香醉人的花香

0:00:07.666,0:00:10.655
夏天時，螢火蟲[br]在悶熱的夜晚疾疾飛行

0:00:10.655,0:00:12.529
發散出閃閃火光，深得我心

0:00:12.553,0:00:16.029
秋天時，鮮紅色的莓果佈滿了泥塘

0:00:16.776,0:00:17.864
即使是冬天

0:00:17.864,0:00:21.149
松樹散發聖誕節氣息也令人陶醉其中

0:00:21.173,0:00:24.339
大自然總是令我感到驚奇[br]又處處充滿靈感

0:00:25.292,0:00:28.347
我一路讀到化學研究所，幾年過後

0:00:28.371,0:00:31.497
我對於大自然的分子結構[br]瞭解愈加詳細

0:00:31.521,0:00:33.291
我剛提到的事物

0:00:33.315,0:00:35.514
從紫丁香和松果的香氣

0:00:35.538,0:00:38.307
到莓果的鮮紅色澤、螢火蟲的閃爍光點

0:00:38.331,0:00:40.156
都至少有一個共通點：

0:00:40.482,0:00:42.615
全都是酵素作用後的結果

0:00:43.180,0:00:44.980
我剛提到，我在威斯康辛州長大

0:00:44.980,0:00:48.069
所以當然很愛吃起司[br]也支持綠灣包裝工

0:00:48.093,0:00:50.061
我們接著來聊聊起司

0:00:50.085,0:00:51.712
少說 7,000 年前開始

0:00:51.736,0:00:55.035
人們就從乳牛、綿羊、山羊[br]這些動物的胃裡

0:00:55.035,0:00:56.760
萃取出綜合類型的酵素

0:00:56.784,0:00:57.998
接著加進乳品裡

0:00:58.022,0:00:59.243
乳品會因此凝結

0:00:59.243,0:01:01.451
這便是製作起司的環節之一

0:01:01.475,0:01:03.855
當中的關鍵酵素是凝乳酶

0:01:03.879,0:01:05.704
讓我帶著大家看看如何運作

0:01:05.728,0:01:07.626
這裡有兩根試管

0:01:07.650,0:01:10.030
接著在其中一根試管中加入凝乳酶

0:01:10.030,0:01:11.147
然後稍待一下

0:01:11.744,0:01:14.966
我兒子叫安東尼 ，今年八歲

0:01:14.966,0:01:16.869
他一直在幫我想辦法

0:01:16.869,0:01:18.508
如何在這次的 TED Talk 做示範

0:01:18.532,0:01:21.212
所以我們在廚房花了點時間

0:01:21.212,0:01:22.652
切了鳳梨

0:01:22.676,0:01:26.610
又從紅薯中提煉了酵素

0:01:26.634,0:01:28.713
試了好多不同的方法

0:01:28.737,0:01:29.960
最後我們決定

0:01:29.960,0:01:32.110
用凝乳酶來示範再有趣不過了

0:01:32.110,0:01:33.506
在這根試管裡

0:01:33.530,0:01:37.529
凝乳酶在牛奶中四處遊走

0:01:37.553,0:01:40.672
吸附其中一種蛋白質，名為酪蛋白

0:01:40.696,0:01:42.974
凝乳酶就像是一把分子剪刀

0:01:42.998,0:01:44.800
會切斷酪蛋白

0:01:45.102,0:01:49.141
正是這個切斷的動作讓牛奶凝結

0:01:49.165,0:01:51.935
我們那時在廚房就是在忙這件事

0:01:52.332,0:01:53.506
好的

0:01:53.530,0:01:55.664
我先把試管封上

0:01:56.180,0:01:59.657
接著放在旁邊醞釀一陣子

0:01:59.681,0:02:00.831
好的

0:02:03.506,0:02:05.069
若說 DNA 是生命的藍圖

0:02:05.069,0:02:07.985
那酵素便是執行指令的勞工

0:02:08.009,0:02:10.249
酵素這種蛋白質是催化劑

0:02:10.249,0:02:12.898
能讓化學反應加速

0:02:12.922,0:02:16.398
像是這邊的凝乳酶[br]正在讓牛奶更快凝結

0:02:16.914,0:02:18.669
起司只是其中一個例子

0:02:18.693,0:02:22.010
酵素不僅對食物來說很重要

0:02:22.034,0:02:23.974
在其他地方更是隨處可見

0:02:23.974,0:02:28.812
像是維持嬰兒健康或[br]打擊現今最棘手的環境問題

0:02:29.720,0:02:33.093
酵素的基本結構是胺基酸

0:02:33.482,0:02:35.054
常見的胺基酸有 20 種

0:02:35.078,0:02:38.435
通常用個別字母縮寫來命名

0:02:38.459,0:02:40.887
所以胺基酸種類[br]其實就像是英文字母

0:02:41.236,0:02:43.776
酵素裡的胺基酸相互串在一塊

0:02:43.800,0:02:45.239
如珍珠項鍊一般

0:02:45.263,0:02:48.179
每種酵素的特性和相異之處

0:02:48.179,0:02:51.641
取決於這條項鍊裡有哪些字母

0:02:51.641,0:02:55.581
還有這些字母的排列順序[br]和拼出來的樣子

0:02:55.950,0:02:57.866
這一串胺基酸

0:02:57.866,0:02:59.456
或說這一串項鍊

0:02:59.504,0:03:00.804
會摺疊成更繁複的結構

0:03:00.804,0:03:04.442
如果把凝乳酶放大到分子大小

0:03:04.442,0:03:05.710
也就是此處的酵素

0:03:05.710,0:03:07.507
會是長這個樣子

0:03:07.507,0:03:11.020
滿是纏繞的線段和扭曲的螺旋

0:03:11.020,0:03:13.158
並且一定得要是如此結構

0:03:13.158,0:03:14.612
酵素才能正常運作

0:03:15.038,0:03:17.953
現代科技能透過細菌或酵母

0:03:17.953,0:03:20.558
這樣的微生物製造酵素

0:03:20.982,0:03:23.411
要製作我們有興趣的酵素時

0:03:23.435,0:03:26.004
需要擷取酵素原出處的 DNA

0:03:26.004,0:03:28.041
將其植入微生物之中

0:03:28.041,0:03:30.871
接著微生物會用自身的機制

0:03:30.895,0:03:33.029
為我們製造出酵素

0:03:33.053,0:03:34.756
所以如果今天需要凝乳酶

0:03:34.756,0:03:36.460
就再也不需要一整頭牛

0:03:36.484,0:03:38.198
只需微生物即可

0:03:38.222,0:03:39.451
我認為更有趣的是

0:03:39.451,0:03:41.595
現在我們可以植入[br]任何特製的 DNA 序列

0:03:41.595,0:03:43.393
我們也能創造出來

0:03:43.393,0:03:45.732
大自然中沒有的酵素

0:03:45.756,0:03:47.608
對我來說，真正好玩的地方是

0:03:47.632,0:03:50.283
試著設計出有新用途的酵素

0:03:50.307,0:03:52.617
排列著微小的物質

0:03:53.450,0:03:57.110
從大自然取得酵素、[br]任意移動胺基酸、

0:03:57.110,0:03:59.006
修飾那些英文字母、

0:03:59.030,0:04:01.371
把一些字母放進去、又取一些出來

0:04:01.395,0:04:03.140
或是稍微更動順序

0:04:03.164,0:04:04.855
這些動作就好像是找一本書來

0:04:04.879,0:04:07.997
接著改編一些章節或修改結局

0:04:08.744,0:04:10.920
2018 年，諾貝爾化學獎就是頒發給

0:04:10.920,0:04:13.215
發展相關技術的科學家

0:04:13.215,0:04:15.030
這項技術也稱為定向進化

0:04:15.966,0:04:19.799
現今人們可以操控定向進化

0:04:19.823,0:04:21.934
為了特定目的設計酵素

0:04:21.934,0:04:26.887
其中也有些設計能應用在新的領域

0:04:26.911,0:04:28.069
像是洗衣服這件事

0:04:28.093,0:04:29.592
就像是身體裡的酵素

0:04:29.616,0:04:32.236
幫忙分解吃下去的食物一樣

0:04:32.260,0:04:33.856
洗衣精裡的酵素

0:04:33.880,0:04:37.109
會幫忙分解衣服上的污漬

0:04:37.515,0:04:40.149
其實洗衣服消耗的能源

0:04:40.149,0:04:42.766
有百分之九十都用在加熱

0:04:43.165,0:04:44.591
這其實不無道理

0:04:44.615,0:04:46.947
熱一點的水能讓衣服更乾淨

0:04:46.971,0:04:49.584
但是如果用冷水就能把衣服洗乾淨呢？

0:04:49.584,0:04:51.768
那絕對會省下一筆錢

0:04:51.792,0:04:52.967
除此之外

0:04:52.991,0:04:54.925
根據寳鹼公司的計算結果

0:04:54.925,0:04:58.647
如果全美國的家庭都用冷水洗衣服

0:04:58.647,0:05:03.894
每年能減少排放 32 公噸的二氧化碳

0:05:03.894,0:05:04.627
這是個龐大的數字

0:05:04.627,0:05:08.756
大約相當於六百三十萬輛汽車的排放量

0:05:09.640,0:05:11.996
那我們該如何設計酵素

0:05:12.020,0:05:13.338
來讓這些改變實現呢？

0:05:13.362,0:05:16.123
酵素並沒有進化出洗衣服這個功能

0:05:16.147,0:05:17.747
更別說用冷水洗了

0:05:18.282,0:05:21.347
但若是在大自然找找[br]還是能發現出發點

0:05:21.371,0:05:23.982
我們在黏土中找到一種酵素

0:05:24.006,0:05:25.687
能有初步的反應

0:05:25.711,0:05:28.807
螢幕上是個例子

0:05:28.831,0:05:31.688
我剛提到，我們可以操縱這些胺基酸

0:05:31.712,0:05:34.149
把一些字母放進去、取一些出來

0:05:34.173,0:05:35.340
或是更動順序

0:05:35.364,0:05:38.434
如此能製造出數以千計種類的酵素

0:05:38.458,0:05:40.966
我們可以把這些酵素

0:05:40.990,0:05:43.566
放在細胞培養盤中

0:05:44.339,0:05:47.220
我手中的這一個

0:05:47.244,0:05:48.855
有 96 個細胞培養孔

0:05:48.879,0:05:50.922
每個培養裡都放進了一塊布料

0:05:50.922,0:05:52.966
上頭沾有污漬

0:05:52.990,0:05:55.331
我們便能夠測量，哪幾種酵素

0:05:55.355,0:05:57.704
比較能夠把污漬從布料除去

0:05:57.704,0:06:00.060
藉由這個方法[br]便能瞭解酵素是否有效

0:06:00.084,0:06:02.781
我們也能應用自動化技術

0:06:02.781,0:06:04.345
像是螢幕上這樣

0:06:07.427,0:06:09.768
我們發現有些酵素

0:06:09.768,0:06:13.110
跟一開始相比沒什麼進展

0:06:13.110,0:06:15.149
這樣就是無特別之處

0:06:15.173,0:06:17.561
有些表現得更糟[br]所以我們也拿掉了

0:06:17.585,0:06:18.910
有些表現得很好

0:06:18.934,0:06:21.569
這些成效較佳的酵素[br]便是我們的第一個版本

0:06:21.593,0:06:24.033
我們會繼續研究這些酵素

0:06:24.037,0:06:26.133
也會持續重複這些步驟

0:06:26.157,0:06:29.936
這樣的循環讓我們能找出新的酵素

0:06:29.960,0:06:31.782
且能達到我們想要的目的

0:06:31.806,0:06:33.394
經過幾番嘗試後

0:06:33.418,0:06:35.068
我們真的有所發現

0:06:35.092,0:06:38.632
而就是因為這些酵素

0:06:38.656,0:06:42.553
現在超市可以買到冷衣精

0:06:42.577,0:06:45.037
我想讓各位看看這一組酵素

0:06:45.061,0:06:47.761
跟剛剛的牛奶實驗相同

0:06:47.785,0:06:50.185
這邊有兩根試管

0:06:50.518,0:06:54.540
這一根試管我加了酵素進去

0:06:54.540,0:06:56.367
這一根裡面只有水

0:06:56.367,0:06:57.519
也就是對照組

0:06:57.543,0:06:59.371
試管裡什麼事都不會發生

0:06:59.395,0:07:02.617
你也許覺得用牛奶示範很奇怪

0:07:02.641,0:07:07.220
原因是牛奶有豐富的蛋白質

0:07:07.220,0:07:10.939
而因為酵素的主要工作[br]便是切斷蛋白質

0:07:10.963,0:07:14.761
在蛋白質溶液中[br]要觀察酵素作用容易許多

0:07:15.133,0:07:16.933
我把這倒進來

0:07:18.323,0:07:22.307
我剛說酵素很擅長切斷蛋白質

0:07:22.331,0:07:26.243
所以能推斷酵素在洗衣服時

0:07:26.267,0:07:28.283
跟在牛奶裡會有一樣的效果

0:07:28.307,0:07:29.796
所以這個方法讓大家

0:07:29.796,0:07:31.670
能想像洗衣服時會發生什麼事

0:07:31.670,0:07:33.044
倒進去之後

0:07:34.081,0:07:38.168
把試管封起來

0:07:43.017,0:07:46.787
跟剛剛的牛奶實驗一樣靜置一會

0:07:46.811,0:07:49.192
最後再帶大家看結果

0:07:51.152,0:07:54.085
目前設計酵素的能力到哪了呢？

0:07:54.109,0:07:55.709
進展一定會越來越快

0:07:55.709,0:07:58.178
如今要讓酵素進化有很多方法

0:07:58.178,0:07:59.580
跟今天的實驗相比

0:07:59.580,0:08:02.084
研究人員會有遠遠更多樣本做實驗

0:08:02.108,0:08:04.494
除了我們剛提到

0:08:04.518,0:08:05.950
能修補天然的酵素之外

0:08:05.974,0:08:08.918
科學家目前正嘗試設計全新的酵素

0:08:08.942,0:08:12.682
利用人工智慧的機器學習能力

0:08:12.706,0:08:14.664
找到設計方向

0:08:14.688,0:08:18.791
另外也能加入不那麼尋常的胺基酸

0:08:18.815,0:08:22.661
我們剛有提到 20 種[br]常見的天然胺基酸

0:08:22.661,0:08:24.710
那些不尋常的胺基酸並非天然的

0:08:24.710,0:08:28.050
酵素因此會擁有[br]自然界物質缺少的特性

0:08:28.074,0:08:29.728
這個領域很有發展性

0:08:30.211,0:08:34.848
那這些設計出來的酵素[br]未來對各位會有什麼影響呢？

0:08:34.872,0:08:36.872
主要有兩個部分：

0:08:36.896,0:08:39.096
人體健康和自然環境

0:08:40.142,0:08:42.607
有些製藥商佈署了團隊

0:08:42.607,0:08:44.933
致力設計酵素

0:08:44.957,0:08:48.825
讓藥物更有效[br]並且減少使用有毒的催化劑

0:08:48.849,0:08:50.445
像是 Januvia

0:08:50.469,0:08:52.707
這種治療第二型糖尿病的藥物

0:08:52.731,0:08:54.816
就有些部分是用酵素製造

0:08:54.816,0:08:57.630
未來想必會有更多藥物使用酵素生產

0:08:58.536,0:09:00.288
其他領域也是如此

0:09:00.288,0:09:04.361
有些疾病是源自[br]病人體內的酵素出了問題

0:09:04.361,0:09:08.180
苯丙酮尿症就是個例子

0:09:08.180,0:09:10.241
患有此疾病的病患

0:09:10.241,0:09:12.303
無法代謝或消化苯丙胺酸

0:09:12.327,0:09:15.961
但苯丙胺酸又正好[br]在那 20 種常見的胺基酸之中

0:09:15.985,0:09:19.802
苯丙酮尿症病人若是攝取到苯丙胺酸

0:09:19.826,0:09:24.357
智力容易會出現缺陷

0:09:24.381,0:09:26.228
這種疾病非常可怕

0:09:26.252,0:09:28.046
所以家長—

0:09:28.070,0:09:30.617
這邊有多少人有小孩？

0:09:30.641,0:09:31.799
很多人都有

0:09:31.823,0:09:36.613
因為美國規定嬰兒需要[br]經過苯丙酮尿症檢測

0:09:36.613,0:09:38.657
所以各位可能對此有所瞭解

0:09:38.657,0:09:41.941
我還記得我兒子檢測時[br]腳跟被扎了一針

0:09:42.639,0:09:45.219
這件事情棘手在於飲食

0:09:45.243,0:09:48.743
很多食物含有苯丙胺酸，難以避免

0:09:48.767,0:09:51.688
我兒子對花生過敏[br]這件事我非常頭痛

0:09:51.712,0:09:54.172
苯丙酮尿症麻煩更是難以想像

0:09:54.196,0:09:55.650
然而，新的酵素

0:09:55.650,0:09:59.165
也許很快能讓[br]苯丙酮尿症病人盡情吃喝

0:09:59.165,0:10:01.540
最近美國食品藥品監督管理局（FDA）

0:10:01.540,0:10:03.379
核准一款酵素，來治療苯丙酮尿症

0:10:03.379,0:10:07.020
這對病人來說是天大的好消息

0:10:07.020,0:10:09.318
對酵素替代療法領域亦是如此

0:10:09.363,0:10:13.275
因為許多問題仍亟待[br]靠著這個方法解決

0:10:14.726,0:10:16.544
以上是健康方面的例子

0:10:16.568,0:10:18.726
接著說說環境問題

0:10:19.155,0:10:21.845
我之前讀到太平洋垃圾帶

0:10:21.869,0:10:25.117
也可以說是加州和夏威夷之間

0:10:25.141,0:10:27.410
有一座大型塑膠島

0:10:27.434,0:10:30.682
還有到處都有微塑膠

0:10:30.706,0:10:31.872
不免感到難過

0:10:31.896,0:10:33.918
塑膠問題短期之內無法解決

0:10:33.942,0:10:36.474
但酵素也許可以使上一些力

0:10:36.498,0:10:38.430
近期人們發現有一種細菌

0:10:38.430,0:10:40.917
能製造酵素、分解塑膠

0:10:40.917,0:10:44.109
大家也正盡力設計出[br]這種酵素更好的版本

0:10:44.585,0:10:47.367
同時，我們不僅發現了一些酵素

0:10:47.367,0:10:48.623
還做出改良

0:10:48.623,0:10:51.878
這些酵素能夠製造出[br]非石油製、可生物分解的塑膠

0:10:53.171,0:10:55.518
酵素也許還能在捕捉溫室氣體時

0:10:55.518,0:10:56.845
助我們一臂之力

0:10:56.869,0:11:00.512
像是二氧化碳、甲烷和一氧化二氮

0:11:00.536,0:11:03.462
解決這幾個問題很明顯是當務之急

0:11:03.462,0:11:04.815
也無不棘手

0:11:04.849,0:11:06.604
不過操縱酵素的能力

0:11:06.604,0:11:09.000
未來也許能[br]讓解決這些問題更容易

0:11:09.014,0:11:11.530
我認為在這領域，酵素大有前途

0:11:11.554,0:11:13.585
現在請各位看看剛才的示範

0:11:13.585,0:11:14.799
這才是有趣的地方

0:11:14.823,0:11:18.236
我們先從凝乳酶開始

0:11:19.863,0:11:21.593
我拿到這邊來

0:11:21.617,0:11:24.975
各位可以看到[br]這一根試管裡是水

0:11:24.975,0:11:26.815
所以牛奶沒有任何變化

0:11:26.839,0:11:28.990
這一管裡面有凝乳酶

0:11:29.014,0:11:31.641
各位可以看到裡面變得非常清澈

0:11:31.665,0:11:33.840
這些凝固的東西就是起司

0:11:33.864,0:11:36.147
在短短幾分鐘裡，我們就做出起司了

0:11:36.171,0:11:40.688
人們幾千年來就是一直[br]在應用這個化學反應

0:11:40.688,0:11:43.851
我下一次辦公室親子日[br]也想做這個實驗

0:11:43.875,0:11:45.943
不過小孩很難取悅，到時候再看看吧

0:11:45.967,0:11:47.006
（笑聲）

0:11:47.030,0:11:50.339
我們接著看這一根試管

0:11:50.363,0:11:54.323
這是洗衣服用的酵素

0:11:54.347,0:11:57.855
各位應該能看到[br]跟裝水的試管有所不同

0:11:57.879,0:11:59.095
裡面也變得很清澈

0:11:59.119,0:12:01.934
各位洗衣服時想必也希望如此

0:12:01.958,0:12:04.735
我們都希望酵素是大胃王

0:12:04.735,0:12:07.117
吃掉所有蛋白質

0:12:07.141,0:12:10.397
因為衣服上的污漬就是各種蛋白質

0:12:10.421,0:12:12.734
像是巧克力牛奶、青草污漬

0:12:12.758,0:12:15.552
這種類型的酵素[br]可以幫忙洗掉那些污漬

0:12:15.576,0:12:18.165
也能讓你用冷水洗衣服

0:12:18.189,0:12:20.961
減少碳足跡、又省錢

0:12:24.713,0:12:27.652
人類研究酵素有非常久的歷史

0:12:27.652,0:12:31.078
想想 7000 年前[br]就開始用酵素做起司

0:12:31.102,0:12:33.355
到今天設計酵素的技術

0:12:33.689,0:12:36.224
我們正位於創意的轉捩點

0:12:36.224,0:12:39.151
我們能以酵素改寫大自然

0:12:39.151,0:12:42.412
甚至利用胺基酸創造出自己的故事

0:12:42.880,0:12:45.481
所以改天某個悶熱的夜晚

0:12:45.481,0:12:47.812
各位走出屋外，看到螢火蟲

0:12:47.812,0:12:49.136
希望各位會想到酵素

0:12:49.160,0:12:51.533
幫了我們很大的忙

0:12:51.557,0:12:55.738
透過設計，酵素未來還會有更多成就

0:12:55.738,0:12:56.889
謝謝

0:12:56.913,0:12:58.944
（掌聲）