A világ legbámulatosabb gépeiről fogok beszélni,
és arról, hogy mit tehetünk velük.
Fehérjékről,
némelyik itt e sejtben látható.
Majdnem minden fontos funkciót ők látnak el testünkben.
Fehérjék emésztik meg táplálékunkat,
húzzák össze izmainkat,
tüzelnek idegsejtjeinkben
és táplálják immunrendszerünket.
A biológiában minden –
majdnem minden –
fehérjék miatt történik.
A fehérjék aminosavak láncolatából állnak.
A természet 20 aminosavból álló ábécét használ,
némelyikük nevét hallhatták is.
A képen minden dudor egy-egy atomot jelképez.
Az aminosavak közti kémiai erők hatására hosszú láncmolekulák keletkeznek,
amelyek jellemző térszerkezetté alakulnak.
A hajtogatási folyamat,
véletlenszerűnek látszik,
de valójában igen pontos.
Minden fehérje mindig a rá jellemző alakot veszi föl,
a hajtogatási folyamat a másodperc tört része alatt végbemegy.
A fehérjéknek ez az alakja teszi lehetővé,
hogy nevezetes biológiai feladatukat ellássák.
Például a hemoglobin alakja a tüdőben
tökéletesen idomult
az oxigénmolekula megkötéséhez.
Az izmunkba kerülő hemoglobin alakja
kissé megváltozik,
és az oxigén kikerül belőle.
A fehérjék alakját
és ebből következően nevezetes feladatukat
a fehérjeláncban lévő aminosav-szekvencia szabja meg.
A kép tetején lévő minden betű egy-egy aminosav.
Honnan származnak ezek a szekvenciák?
Testünk fehérjéiben az aminosav-szekvenciákat
a genomunkban lévő gének határozzák meg.
Minden gén egy-egy fehérje aminosav-szekvenciáját kódolja.
Az aminosav-szekvenciák, a szerkezetek
és a fehérjék rendeltetése közti transzlációt
fehérje-hajtogatási problémának hívjuk.
Nagyon nehéz probléma,
mert a fehérje rengeteg alakot ölthet.
Bonyolultsága miatt
az ember a fehérjék erejét a természetben lévő aminosav-szekvenciák
nagyon csekély változtatásával
képes igába fogni.
Ez hasonló a kőkorszaki ősünk által alkalmazott folyamathoz,
amellyel a körötte lévő botokból és kövekből
szerszámokat s egyéb eszközöket gyártott.
De az ember nem tanult meg repülni madarak módosítása révén.
(Nevetés)
A madaraktól ihletet merítve a kutatók inkább föltárták az aerodinamika elveit.
Mérnökök aztán az elvek alapján repülőgépeket terveztek.
Évek óta
hasonlóképpen dolgozunk
a fehérje-hajtogatás alapvető szabályainak feltárásán
és az elveknek a Rosetta nevű számítógépes programba kódolásán.
Az utóbbi években áttörést értünk el.
A semmiből számítógéppel teljesen új fehérjéket tudunk tervezni.
Ha már megvagyunk a tervezéssel,
a fehérje aminosav-szekvenciáját szintetikus génbe kódoljuk.
Szintetikus gént kell előállítanunk,
hiszen a fehérje teljesen új,
és a Föld egyik élőlényében sincs olyan gén, amelyik kódolná.
A fehérje-hajtogatás megértésének előnye
és a fehérjetervezés mikéntje
a génszintézis csökkenő költségével párosul.
A számítási teljesítménynek a Moore-törvény szerinti növekedése
új alakú és új rendeltetésű új fehérjék
tízezreinek számítógépes tervezését
és szintetikus génbe kódolását
teszi lehetővé.
Ha megvannak a szintetikus génjeink,
baktériumokba juttatjuk őket,
hogy e vadonatúj fehérjék előállítását programozzuk velük.
Aztán kivonjuk a fehérjét,
és eldöntjük, úgy működik-e, ahogy terveztük,
és biztonságos-e.
Érdekfeszítő, hogy képesek vagyunk új fehérjéket készíteni,
mert a természet sokoldalúsága dacára
az evolúció a lehetséges fehérjéknek csak elhanyagolható töredékét mintázta be.
Említettem, hogy 20 aminosavból álló ábécét használ a természet,
és a tipikus fehérje kb. 100 aminosav láncolata.
A lehetőségek száma 20x20... x20x20, százszor, ez = 20¹⁰⁰,
ez pedig 10¹³⁰ nagyságrendű szám.
Ez sokkal több, mint a fehérjék száma,
melyek valaha léteztek a földi élet keletkezése óta.
Ezt az elképzelhetetlenül nagy teret most
számítógépes fehérjetervezéssel fedezhetjük fel.
A Földön lévő fehérjék azért fejlődtek,
hogy megoldják a természetes evolúció szabta feladatokat.
Pl. a genommásolást.
De ma új feladatok előtt állunk.
Tovább élünk, ezért újabb betegségek válnak fontossá.
Fölhevítjük és szennyezzük a bolygónkat,
ezért seregnyi ökológiai gond tornyosul elénk.
Ha évmilliókat várhatnánk,
új fehérjék tán megoldanák e feladatokat.
De nincs ennyi időnk.
Számítógépes fehérjetervezéssel viszont
új fehérjéket tervezhetünk, hogy ma foglalkozhassunk e teendőkkel.
Merész elképzelésünk, hogy a biológiát fehérjetervezéssel
műszaki forradalom útján hozzuk ki a kőkorból.
Már bizonyítottuk,
hogy új alakú s szerepű új fehérjéket tudunk tervezni.
Pl. a védőoltások arra sarkallják immunrendszerünket,
hogy a kórokozóra hatékonyan reagáljanak.
A jobb oltóanyagok gyártásához
fehérjerészecskéket terveztünk,
amelyhez kórokozóból nyerjük a fehérjét,
pl. ezt a kék fehérjét a légúti óriássejtes vírusból, az RSV-ből.
Oltóanyag-jelöltek gyártásakor
amelyek szó szerint vírusfehérjéktől hemzsegnek,
derült ki, hogy efféle oltóanyag-jelöltek
sokkal erősebb immunválaszt váltanak ki,
mint az előzőleg bevizsgált oltóanyagok.
Ez igen lényeges,
hiszen világszerte az RSV a csecsemőkori halálozás egyik fő okozója.
Új fehérjéket is terveztünk a gluténérzékenység,
azaz cöliákia okozta sikérlebontási nehézség elhárítására,
és más fehérjéket is, hogy rák elleni küzdelemre ösztönözzük az immunrendszert.
Ezek az eredmények a fehérjetervezés forradalmának kezdetét jelentik.
Ehhez az előző műszaki forradalmak nyújtanak ihletet:
a digitális forradalom,
amely zömmel egyetlen helyszín,
a Bell Laboratories vívmányainak köszönhető.
A Bell Labs nyitott, együttműködő hely;
képes volt magához vonzani a világ legtehetségesebbjeit.
Az eredmény kiváló újítások:
a tranzisztor, a lézer, a műholdas hírközlés
és az internet létrehozása.
Célunk a fehérjetervezés Bell Labjának létrehozása.
Oda szeretnénk vonzani a világ tehetséges kutatóit,
hogy fölgyorsítsuk a fehérjetervezés forradalmát.
Öt nagy feladatra összpontosítunk.
Az első: az összes influenza-vírustörzsből kinyerni a fehérjét,
és a korábban bemutatott,
megtervezett fehérjerészecskékre telepíteni őket.
Célunk az univerzális influenza-oltóanyag,
egy oltással életre szóló védettséget nyújtani az influenza ellen.
A tervezés lehetősége...
(Taps)
Új oltóanyagok számítógépes tervezésének lehetősége
mind a természetes influenza-járványok,
mind a szándékos bioterrorista tettek elleni védelem miatt is fontos.
Másodszor: jócskán túl leszünk
a természet által húszra korlátozott aminosav-ábécén,
s így ezernyi aminosav ábécéjét alkalmazva
új gyógymódokat tervezhetünk több kór, pl. a krónikus fájdalom ellen.
Három: fejlett hordozókat hozunk létre,
amelyek a meglévő gyógyszereket pont oda szállítják, ahol szervezetünknek kellenek.
Pl. a kemoterápiát a daganathoz
vagy a génterápiát a génjavítást igénylő szövethez.
Negyedszer: okos gyógyászatot tervezünk, amely a testben végezhet számításokat,
és túltesz a mai gyógyszereken,
amelyek igencsak durva eszközök.
Pl. célba vehetjük az immunsejtek szűk alcsoportját,
melyek az autoimmun kórokat okozzák,
és különbséget tehetünk köztük és az egészséges immunsejtek között.
Végül, ihletet merítve egyes figyelemre méltó biológiai anyagokból,
pl. selyemből, tengeri kagylóból, fogból és másokból,
új, fehérje alapú anyagokat tervezünk,
hogy energia- és ökológiai kérdéseket oldhassunk meg.
Ennek érdekében fejlesztjük intézetünket.
Energikus, tehetséges és sokoldalú kutatókat szeretnénk odacsábítani
az egész világról, pályafutásuk bármely szakaszából,
hogy lépjenek be hozzánk.
A fehérjetervezési forradalomban a Foldit nevű internetes
hajtogatási és tervezési játékon keresztül is részt vehetnek.
A Rosetta@home nevű elosztott számítási projekten keresztül
laptopjukkal vagy Android típusú okostelefonjukkal kapcsolódhatnak be.
A világ jobbá tétele fehérjetervezésen keresztül az életművem.
Lázba hoz, amit együtt elérhetünk.
Remélem, velünk fognak tartani.
Köszönöm.
(Taps) (Ujjongás)