Sizlerle dünyadaki en harika makineler
ve onlarla ne yapabileceğimiz hakkında konuşacağım.
Proteinler,
ki bir kısmını bu hücre içinde görüyorsunuz,
temel olarak vücudumuzdaki tüm önemli işlevleri yerine getirir.
Proteinler yiyeceğinizi sindirir,
kaslarınızı kasar,
nöronlarınızı harekete geçirir
ve bağışıklık sisteminizi güçlendirir.
Biyolojide olan her şey --
neredeyse --
proteinler sayesinde olur.
Proteinler, amino asit adı verilen yapı taşlarının doğrusal zincirleri.
Doğa, 20 amino asitli bir alfabe kullanır,
bazılarının ismini duymuş olabilirsiniz.
Bu resimde, orantılı her yumru bir atom.
Amino asitler arasındaki kimyasal bağlar, bu uzun ipliksi moleküllerin,
özgün üç boyutlu yapılara katlanmasına sebep olur.
Katlanma süreci,
rastgele görünse de
aslında çok belli bir yol izler.
Her protein, her zaman kendi karakteristik şekline katlanır
ve katlanma süreci sadece saniyenin bir bölümünü alır.
Ve proteinlerin şekilleri sayesinde
olağanüstü biyolojik işlevlerini gerçekleştirebilirler.
Örneğin
hemoglobin, akciğerlerde bir oksijen molekülüne bağlanmak için
kusursuz uyumlu bir şekle sahip.
Hemoglobin kasınıza geçtiğinde
şekli nispeten değişir
ve oksijen dışarı çıkar.
Proteinlerin şekilleri
ve dolayısıyla onların olağanüstü işlevleri,
protein zincirinde amino asitlerin dizilimiyle tamamen belirlenir.
Bu resimde, üstteki her harf bir amino asit.
Bu dizilimler nereden geliyor?
Genomunuzdaki genler,
proteinlerinizin amino asit dizilimlerini belirler.
Her gen, bir proteinin amino asit dizilimini kodlar.
Bu amino asit dizilimleri
ve proteinlerin yapı ve işlevleri arasındaki aktarım,
protein katlanma problem olarak bilinir.
Çok zor bir problem
çünkü proteinin adapte olabildiği çok sayıad farklı şekil var.
Bu karmaşıklık sebebiyle
insanlar proteinlerin gücünden faydalanabilmek için
doğada bulduğumuz proteinlerin amino asit dizilimlerinde
çok küçük değişiklikler yapıyor.
Bu, taş devri döneminde atalarımızın,
dünyada çevremizde bulunan taş ve çubuklardan
araç ve diğer aletler yaptıkları sürece benzer.
Ama insanlar, kuşları değiştirerek uçmayı öğrenemedi.
(Gülme sesleri)
Yerine, bilim insanları kuştan esinlendi, aerodinamik prensiplerini ortaya çıkardı.
Mühendisler sonra, o prensipleri uçan araçlar tasarlamak için kullandı.
Benzer şekilde,
biz de uzun yıllardır çalışıyoruz
ve Rosetta adlı programla protein katlama temel prensiplerini ortaya çıkarmak
ve bu prensipleri kodlamak için uğraş veriyoruz.
Son yıllarda büyük bir atılım gerçekleştirdik.
Artık bilgisayardaki çizimlerden tamamen yeni proteinler tasarlayabiliyoruz.
Yeni proteini tasarladığımız zaman,
sentetik bir gende onun amino asit dizilimini kodluyoruz.
Yapay bir gen yapmak zorundayız
çünkü protein tamamen yeni olduğundan
dünyada şu an hiçbir organizmada onu kodlayacak gen yok.
Protein katlamayı anlamada
ve protein tasarlama gelişmelerimiz,
gen sentezi maliyetindeki azalma
ve Moore kanunun programlama gücüyle birleşince
şimdi on binlerce yeni protein tasarlayabiliyoruz,
tamanen yeni şekil ve işlevlerle,
bilgisayar üzerinde
ve bir sentetik gen içinde her birini kodlayabiliyoruz.
Bu sentetik genleri edindiğimiz an,
onları bakterilerin içine koyarak
bu yeni proteinleri yapmaları için programlıyoruz.
Sonra proteinleri çıkarıyor
ve tasarladığımız gibi işlediklerinden ve güvenli olup olmadıklarından
emin oluyoruz.
Yeni proteinler yapabilmek heyecan verici
çünkü doğadaki çeşitliliğe rağmen
evrim yalnızca mümkün olan proteinlerden çok küçük bir sayı bize sundu.
Size doğanın 20 amino asitli bir alfabe kullandığını söylemiştim.
Sıradan bir protein yaklaşık 100 amino asitli bir zincirdir;
yani mümkün olan ihtimaller sayısı 20 kere 20 kere 20 kere 100...
bu da 10 üzeri 130 eder,
bu da Dünya'da hayat başladığından bu yana
var olan tüm proteinlerden devasa sayıda daha çok protein demek.
Bu hayal bile edilemeyecek büyük alanı
artık kompütasyonel protein tasarımıyla keşfedebiliyoruz.
Dünya'da var olan proteinler
doğal evrimin sunduğu sorunları çözecek şekilde evrildiler.
Genomun kopyasını yapmak gibi.
Ancak bugün yeni zorluklarla yüz yüzeyiz.
Daha uzun yaşıyoruz, dolayıısyla hastalıklar önemli.
Gezegeni ısıtıyor ve kirletiyoruz,
o yüzden bir dizi ekolojik zorlukla karşı karşıyayız.
Bekleyecek bir milyon yılımız olsaydı
yeni proteinler bu zorlukları çözecek şekilde evrilebilir.
Ama bekleyecek bir milyon yılımız yok.
Bunun yerine, kompütasyonel tasarımla
bu zorluklara yönelebileceğimiz yeni proteinler tasarlayabiliyoruz.
Cesur fikrimiz, Taş Devri'nden biyolojiyi alarak
protein tasarımında teknolojik devrimden geçirmek.
Yeni şekil ve işlevlerde
yeni proteinler tasarlayabileceğimizi zaten gösterdik.
Örneğin aşılar, bağışıklık sisteminizi stimüle ederek çalışırlar,
bir patojene karşı güçlü bir tepkime elde etmek için.
Daha iyi aşılar elde etmek için
patojenlerden protein kaynaştırabileceğimiz
protein partikülleri tasarladık,
buradaki mavi protein gibi, solunum virüsü RSV'den elde edilmiş.
Viral proteinle gerçekten sımsıkı duran
aşı adayları yapmak için
bu tür aşı adaylarının
virüse karşı daha önce test edilmiş tüm aşılara göre
çok daha güçlü bir bağışıklık tepkimesi ürettiğini gördük.
Bu önemli çünkü RSV, dünya çapında
çocuk ölümlerinin başında geliyor.
Ayrıca çölyak hastalığı için midenizdeki glutenleri parçalayan
yeni proteinler de tasarladık
ve kanserle savaşmada bağışıklık sistemini stimüle edecek başka proteinler.
Bu ilerlemeler protein tasarım devriminin daha başlangıcı.
Daha önce ortaya çıkan teknolojik bir devrimden esinlendik:
Dijital devrim,
büyük oranda tek bir yerdeki ilerlemelere bağlı olarak ortaya çıktı,
Bell Laboratuvarları.
Bell Labs açık ve iş birliğine dayalı bir yerdi
ve dünyanın her yerinden en iyi yetenekleri çekerdi.
Bu da beraberinde bir dizi göz kamaştırıcı yenilik getirdi --
transistör, lazer, uydu iletişimi
ve internetin temelleri.
Bizim amacımız da protein tasarımının Bell Laboratuvarları'nı inşa etmek.
Dünyanın dört bir yanından yetenekli bilim insanları arıyoruz,
bu protein tasarım devrimine hız kazandıracak
ve birlikte beş büyük zorluğa yöneleceğiz.
Bir, dünyanın her yerinden grip vakalarından proteinler alarak
size başlarda gösterdiğim tasarlanmış protein partiküllerinin
en üst kısmına koyacağız,
evrensel bir grip aşısı yapmayı hedefliyoruz,
tek bir iğne gribe karşı hayat boyu koruma sağlayacak.
Tasarlama yetisi --
(Alkışlar)
Bilgisayarda yeni aşılar tasarlama yeteneği
hem doğal grip salgınlarına karşı koruma sağlamak için önemli
hem de kasti biyolojik terörizm saldırılarına karşı.
İkincisi, doğanın 20 harften oluşan kısıtlı alfabesinin
çok ötesine giderek
kronik ağrı gibi vakalar için yeni tedavisel adaylar tasarlayacağız,
binlerce amino asitten oluşan bir alfabe kullanacağız.
Üçüncüsü, ileri düzey gönderim araçları kullanacağız,
bununla amaç, mevcut ilaçları vücutta tam da gitmesi gereken yere göndermek.
Örneğin bir tümöre karşı kemoterapi
veya gen tamiri geçirecek dokuya gen tedavisi uygulamak gibi.
Dördüncüsü, vücut içinde hesaplama yapabilen akıllı tedaviler tasarlıyoruz
ve mevcut ilaçların çok ilerisine gidiyoruz,
ki bunlar gerçekten iş bitiren araçlar.
Örneğin bir otoimmün hastalıktan sorumlu
küçük bir bağışıklık hücresi kümesini hedef alabilecek
ve bunları o devasa sağlıklı bağışıklı hücrelerinden ayırt edebilecek.
Son olarak, inanılmaz biyolojik materyallerden esinlenerek
örneğin ipek, istiridye kabuğu, diş ve benzeri,
yeni protein bazlı materyaller tasarlıyoruz,
enerji ve ekolojik konulardaki zorluklara da yönelmeyi amaçlıyoruz.
Tüm bunları yapmak için enstitümüzü büyütüyoruz.
Tüm dünyadan ve her kariyer aşamasından bizimle çalışmaları için
enerjik, yetenekli ve farklı alt yapılardan bilim insanları arıyoruz.
Protein tasarım devrimine
çevrim içi katlama ve tasarım oyunumuz Foldit ile de katılabilirsiniz.
Dağıtımlı hesaplama projemiz Rosetta@home ile de katılabilirsiniz,
buna da diz üstünüzden veya Android cihazlarınızdan katılabilirsiniz.
Protein tasarımıyla dünyayı daha iyi bir yer yapmak benim işim.
Birlikte yapabileceklerimiz için çok heyecanlıyım.
Umarım bize katılırsınız
ve teşekkür ederim.
(Alkışlar ve tezahüratlar)