我將講述世界上最神奇的機器
以及我們現在能用它來做什麼。
你在細胞中看到的一些蛋白質，
基本上在我們體內 執行所有重要的功能。
蛋白質可消化食物、
收縮肌肉、
激發神經元，
為免疫系統提供動力。
生物學中發生的一切，
幾乎全都因蛋白質而發生。
蛋白質是由稱為「氨基酸」的 積木構成的線性鏈。
大自然用了 20 種氨基酸字母，
你們可能聽過其中若干名稱。
這圖中比例相對的 每個凹凸都是個原子。
氨基酸間的化學力 使這些長而細的分子
折疊成獨特的立體結構。
雖然折疊的過程看似隨機，
實際上非常的精確。
蛋白質總是折疊成其特徵的形狀，
而折疊的過程只需幾分之一秒。
蛋白質的形狀
使其能夠發揮卓越的生物功能。
例如，
肺裡的血紅蛋白
具有完全適合結合氧分子的形狀。
當血紅蛋白移到肌肉時，
形狀會稍微改變，
釋出氧氣。
蛋白質的形狀及其奇妙的功能
完全由蛋白質鏈的氨基酸序列所定。
這張圖片頂部的每個字母都是氨基酸。
這些序列來自哪裡？
基因組中的基因
訂定蛋白質的氨基酸序列。
每個基因
為單個蛋白質的氨基酸序列編碼。
這些氨基酸序列
與蛋白質的結構和功能之間的翻譯
被稱為蛋白質的折疊問題。
這是個非常困難的問題，
因為蛋白質能有許多不同的形狀。
由於它這麼複雜，
人類只能透由稍微更動
自然界蛋白質的氨基酸序列
來利用蛋白質的能量。
這相當於石器時代祖先用來製作
我們在周遭世界發現的
木棒、石製工具和其他工具的過程。
但是人類並非透由 修改鳥類來學習飛行。
（笑聲）
相反地，受鳥類啟發的科學家 發現氣體動力學的原理，
接著工程師用這些原理 來設計和製作飛行機器。
多年來，我們已經用類似的方式
揭示蛋白質折疊的基本原理，
並用名為 Rosetta 的 電腦軟體將這些原理編碼。
我們近年來有了突破，
能夠在電腦上從頭開始 設計全新的蛋白質。
一旦設計出新的蛋白質，
我們就會在合成基因中 將其氨基酸序列編碼。
我們必須合成基因
是因為蛋白質是全新的，
目前地球上沒有任何生物體 有它的基因編碼。
我們在理解蛋白質的折疊
和如何設計蛋白質方面取得的進展，
加上基因合成費用的降低，
以及符合摩爾定律提高的運算能力，
使我們現在能夠設計出成千上萬種
具有新形狀和新功能的新蛋白質，
在電腦上設計，
並編碼合成每個基因。
一旦擁有這些合成的基因，
我們將其置入細菌，
讓它們製造這些全新的蛋白質。
然後我們提取蛋白質，
看它們的功能是否符合我們的設計，
以及它們是否安全。
能製造新的蛋白質令人振奮，
因為儘管自然界多姿多樣，
卻只演化出
所有可能的蛋白質 總數中的一小部分。
我說過大自然用了 20 個氨基酸字母，
典型的蛋白質是 大約 100 個氨基酸的長鏈，
所以可能性的總數
是 20 乘以 20 乘以 20，
乘 100 次，
是 10 的 130 次方，
遠遠超過自地球出現生命以來
曾經存在過的蛋白質總數。
而這正是我們現在能用運算能力 來設計和探索蛋白質的
難以想像的廣大空間。
現存地球的蛋白質以進化
來解決自然演化所面臨的問題。
例如，複製基因組。
但我們今天面臨新的挑戰。
我們活得更長， 因此新疾病極其重要。
我們正污染地球和令其升溫，
因此面臨著一系列的生態挑戰。
如果我們能等百萬年，
新的蛋白質演化 或許能解決這些挑戰。
但我們無法等上百萬年。
取而代之，透由運算來設計蛋白質，
我們能設計新的蛋白質 來對付當前的挑戰。
我們的大膽想法
是透由蛋白質設計的技術革命
帶生物學跳脫石器時代。
我們已經證明能夠設計出
具有新形狀、新功能的新蛋白質。
例如，疫苗透由刺激免疫系統
對病原體產生強烈的反應作用。
為了製造更好的疫苗，
我們設計蛋白質顆粒
來融合病原體中的蛋白質——
就像此處藍色的蛋白質，
取自呼吸道融合病毒 RSV。 （Respiratory Syncytial Virus）
為確認候選的疫苗 真的含有病毒蛋白，
我們發現這候選疫苗 對病毒的免疫反應
勝過先前已經測試過的任何疫苗。
這很重要，因為 呼吸道融合病毒 RSV
目前是全球嬰兒夭折的主要原因之一。
我們還設計新的蛋白質 來分解胃中的麩質，
對付腹腔疾病；
也設計其他的蛋白質 來刺激免疫系統對抗癌症。
這些進步是蛋白質設計革命的開始。
我們受先前技術革命的啟發。
數位革命大大歸功於
貝爾實驗室所取得的進步。
貝爾實驗室是個開放、協作的環境，
吸引世界各地的頂尖人才。
這引領一系列的創新：
電晶體、雷射、衛星通信
和網際網路的基礎。
我們的目標是建立 蛋白質設計的貝爾實驗室。
我們正尋求吸引 世界各地的優秀科學家
來一起加速蛋白質設計的革命，
我們將專注於五大挑戰。
首先經由從世界各地的流感病毒株中
提取蛋白質，
並將它們放在我之前展示的 蛋白質設計顆粒的頂部，
我們著眼於製造 一種通用的流感疫苗，
打一針就能保護終生免於流感。
設計能力——
（掌聲）
在電腦上設計新疫苗的能力
對於防止自然的流感疫情
和防範刻意的生物恐攻都很重要。
其次，我們用遠遠超出大自然
有限的 20 個氨基酸字母
來設計新的治療候選藥物，
來對付像是慢性疼痛，
用的是數千種氨基酸字母。
第三，我們正在建立先進的載運工具，
以便將現有的藥物準確定位在 它們應該進入的體內位置。
例如，腫瘤的化療，
或修復組織的基因治療。
第四，我們正在設計 能在體內運算的智慧療法，
遠遠超出目前的藥物，
那些是非常遲鈍的藥物。
例如，目標對準
造成自身免疫疾病的 一小部分免疫細胞，
將其與絕大多數 健康的免疫細胞區隔開來。
最後，靈感來自
絲綢、鮑魚殼、牙齒等 非凡的生物材料，
以及其他材料，
我們正在設計新的蛋白質基底材料，
以對付能源和生態問題的挑戰。
為要做到這一切， 我們正在擴展我們機構。
我們尋求吸引世界各地
精力充沛、才華橫溢、 多元的科學家——
涵蓋所有的職涯階段——
來加入我們。
你還可以透由我們線上的 折疊和設計遊戲「Foldit」
參與蛋白質設計革命。
透由我們的分散式運算專案 Rosetta@home，
可以在筆記型電腦 或安卓智慧手機上操作。
透由設計蛋白質使世界變得更好 是我的終生職志。
我們能一起做點什麼的想法 深深鼓舞著我。
希望你能加入我們。
謝謝。
（掌聲）