1
00:00:00,982 --> 00:00:05,041
我將講述世界上最神奇的機器

2
00:00:05,065 --> 00:00:07,373
以及我們現在能用它來做什麼。

3
00:00:07,396 --> 00:00:10,829
你在細胞中看到的一些蛋白質，

4
00:00:10,857 --> 00:00:14,956
基本上在我們體內
執行所有重要的功能。

5
00:00:14,972 --> 00:00:16,851
蛋白質可消化食物、

6
00:00:16,875 --> 00:00:18,581
收縮肌肉、

7
00:00:18,605 --> 00:00:20,182
激發神經元，

8
00:00:20,206 --> 00:00:22,392
為免疫系統提供動力。

9
00:00:22,402 --> 00:00:24,376
生物學中發生的一切，

10
00:00:24,400 --> 00:00:26,921
幾乎全都因蛋白質而發生。

11
00:00:27,698 --> 00:00:31,773
蛋白質是由稱為「氨基酸」的
積木構成的線性鏈。

12
00:00:32,366 --> 00:00:35,599
大自然用了 20 種氨基酸字母，

13
00:00:35,623 --> 00:00:37,898
你們可能聽過其中若干名稱。

14
00:00:38,921 --> 00:00:42,653
這圖中比例相對的
每個凹凸都是個原子。

15
00:00:43,351 --> 00:00:47,995
氨基酸間的化學力
使這些長而細的分子

16
00:00:48,019 --> 00:00:51,480
折疊成獨特的立體結構。

17
00:00:51,937 --> 00:00:54,747
雖然折疊的過程看似隨機，

18
00:00:54,759 --> 00:00:56,722
實際上非常的精確。

19
00:00:56,746 --> 00:01:01,143
蛋白質總是折疊成其特徵的形狀，

20
00:01:01,167 --> 00:01:04,625
而折疊的過程只需幾分之一秒。

21
00:01:06,029 --> 00:01:07,873
蛋白質的形狀

22
00:01:07,897 --> 00:01:11,867
使其能夠發揮卓越的生物功能。

23
00:01:12,520 --> 00:01:13,671
例如，

24
00:01:13,695 --> 00:01:16,067
肺裡的血紅蛋白

25
00:01:16,097 --> 00:01:19,214
具有完全適合結合氧分子的形狀。

26
00:01:19,759 --> 00:01:21,651
當血紅蛋白移到肌肉時，

27
00:01:21,675 --> 00:01:23,607
形狀會稍微改變，

28
00:01:23,631 --> 00:01:25,822
釋出氧氣。

29
00:01:27,494 --> 00:01:31,100
蛋白質的形狀及其奇妙的功能

30
00:01:31,121 --> 00:01:36,969
完全由蛋白質鏈的氨基酸序列所定。

31
00:01:37,331 --> 00:01:41,272
這張圖片頂部的每個字母都是氨基酸。

32
00:01:42,860 --> 00:01:44,697
這些序列來自哪裡？

33
00:01:45,586 --> 00:01:47,314
基因組中的基因

34
00:01:47,324 --> 00:01:51,782
訂定蛋白質的氨基酸序列。

35
00:01:51,806 --> 00:01:52,950
每個基因

36
00:01:52,980 --> 00:01:56,064
為單個蛋白質的氨基酸序列編碼。

37
00:01:57,515 --> 00:01:59,747
這些氨基酸序列

38
00:01:59,781 --> 00:02:03,799
與蛋白質的結構和功能之間的翻譯

39
00:02:03,823 --> 00:02:05,880
被稱為蛋白質的折疊問題。

40
00:02:06,439 --> 00:02:07,984
這是個非常困難的問題，

41
00:02:08,008 --> 00:02:11,188
因為蛋白質能有許多不同的形狀。

42
00:02:12,073 --> 00:02:13,718
由於它這麼複雜，

43
00:02:13,742 --> 00:02:16,679
人類只能透由稍微更動

44
00:02:16,703 --> 00:02:20,171
自然界蛋白質的氨基酸序列

45
00:02:20,195 --> 00:02:22,286
來利用蛋白質的能量。

46
00:02:22,835 --> 00:02:26,287
這相當於石器時代祖先用來製作

47
00:02:26,307 --> 00:02:28,436
我們在周遭世界發現的

48
00:02:28,460 --> 00:02:32,273
木棒、石製工具和其他工具的過程。

49
00:02:33,226 --> 00:02:38,250
但是人類並非透由
修改鳥類來學習飛行。

50
00:02:38,790 --> 00:02:40,807
（笑聲）

51
00:02:40,831 --> 00:02:47,141
相反地，受鳥類啟發的科學家
發現氣體動力學的原理，

52
00:02:47,165 --> 00:02:51,560
接著工程師用這些原理
來設計和製作飛行機器。

53
00:02:52,195 --> 00:02:55,410
多年來，我們已經用類似的方式

54
00:02:55,430 --> 00:02:58,699
揭示蛋白質折疊的基本原理，

55
00:02:58,723 --> 00:03:02,782
並用名為 Rosetta 的
電腦軟體將這些原理編碼。

56
00:03:03,742 --> 00:03:06,255
我們近年來有了突破，

57
00:03:07,029 --> 00:03:11,488
能夠在電腦上從頭開始
設計全新的蛋白質。

58
00:03:12,396 --> 00:03:15,204
一旦設計出新的蛋白質，

59
00:03:15,242 --> 00:03:19,645
我們就會在合成基因中
將其氨基酸序列編碼。

60
00:03:19,656 --> 00:03:21,544
我們必須合成基因

61
00:03:21,568 --> 00:03:23,819
是因為蛋白質是全新的，

62
00:03:23,843 --> 00:03:28,605
目前地球上沒有任何生物體
有它的基因編碼。

63
00:03:29,697 --> 00:03:32,664
我們在理解蛋白質的折疊

64
00:03:32,688 --> 00:03:35,630
和如何設計蛋白質方面取得的進展，

65
00:03:35,654 --> 00:03:39,282
加上基因合成費用的降低，

66
00:03:39,306 --> 00:03:42,805
以及符合摩爾定律提高的運算能力，

67
00:03:42,829 --> 00:03:46,495
使我們現在能夠設計出成千上萬種

68
00:03:46,519 --> 00:03:49,928
具有新形狀和新功能的新蛋白質，

69
00:03:49,952 --> 00:03:51,465
在電腦上設計，

70
00:03:51,489 --> 00:03:55,404
並編碼合成每個基因。

71
00:03:56,248 --> 00:03:57,916
一旦擁有這些合成的基因，

72
00:03:57,940 --> 00:03:59,485
我們將其置入細菌，

73
00:03:59,509 --> 00:04:03,184
讓它們製造這些全新的蛋白質。

74
00:04:03,197 --> 00:04:05,270
然後我們提取蛋白質，

75
00:04:05,294 --> 00:04:08,730
看它們的功能是否符合我們的設計，

76
00:04:08,754 --> 00:04:10,385
以及它們是否安全。

77
00:04:11,867 --> 00:04:14,332
能製造新的蛋白質令人振奮，

78
00:04:14,356 --> 00:04:16,852
因為儘管自然界多姿多樣，

79
00:04:16,876 --> 00:04:18,822
卻只演化出

80
00:04:18,842 --> 00:04:22,968
所有可能的蛋白質
總數中的一小部分。

81
00:04:23,572 --> 00:04:27,067
我說過大自然用了
20 個氨基酸字母，

82
00:04:27,091 --> 00:04:31,540
典型的蛋白質是
大約 100 個氨基酸的長鏈，

83
00:04:31,564 --> 00:04:33,530
所以可能性的總數

84
00:04:33,540 --> 00:04:35,648
是 20 乘以 20 乘以 20，

85
00:04:35,658 --> 00:04:37,116
乘 100 次，

86
00:04:37,140 --> 00:04:40,957
是 10 的 130 次方，

87
00:04:40,981 --> 00:04:44,793
遠遠超過自地球出現生命以來

88
00:04:44,817 --> 00:04:47,363
曾經存在過的蛋白質總數。

89
00:04:47,990 --> 00:04:52,071
而這正是我們現在能用運算能力
來設計和探索蛋白質的

90
00:04:52,095 --> 00:04:54,465
難以想像的廣大空間。

91
00:04:55,747 --> 00:04:58,116
現存地球的蛋白質以進化

92
00:04:58,140 --> 00:05:02,133
來解決自然演化所面臨的問題。

93
00:05:02,705 --> 00:05:05,058
例如，複製基因組。

94
00:05:06,128 --> 00:05:08,412
但我們今天面臨新的挑戰。

95
00:05:08,436 --> 00:05:11,173
我們活得更長，
因此新疾病極其重要。

96
00:05:11,197 --> 00:05:13,412
我們正污染地球和令其升溫，

97
00:05:13,456 --> 00:05:17,014
因此面臨著一系列的生態挑戰。

98
00:05:17,977 --> 00:05:19,785
如果我們能等百萬年，

99
00:05:19,809 --> 00:05:23,017
新的蛋白質演化
或許能解決這些挑戰。

100
00:05:23,787 --> 00:05:26,476
但我們無法等上百萬年。

101
00:05:26,488 --> 00:05:29,359
取而代之，透由運算來設計蛋白質，

102
00:05:29,383 --> 00:05:33,822
我們能設計新的蛋白質
來對付當前的挑戰。

103
00:05:35,693 --> 00:05:37,208
我們的大膽想法

104
00:05:37,228 --> 00:05:40,143
是透由蛋白質設計的技術革命

105
00:05:40,167 --> 00:05:43,142
帶生物學跳脫石器時代。

106
00:05:44,113 --> 00:05:46,057
我們已經證明能夠設計出

107
00:05:46,081 --> 00:05:49,144
具有新形狀、新功能的新蛋白質。

108
00:05:49,174 --> 00:05:53,482
例如，疫苗透由刺激免疫系統

109
00:05:53,506 --> 00:05:56,628
對病原體產生強烈的反應作用。

110
00:05:57,698 --> 00:05:59,249
為了製造更好的疫苗，

111
00:05:59,273 --> 00:06:01,649
我們設計蛋白質顆粒

112
00:06:01,669 --> 00:06:05,246
來融合病原體中的蛋白質——

113
00:06:05,260 --> 00:06:07,112
就像此處藍色的蛋白質，

114
00:06:07,132 --> 00:06:10,104
取自呼吸道融合病毒 RSV。
（Respiratory Syncytial Virus）

115
00:06:10,131 --> 00:06:15,541
為確認候選的疫苗
真的含有病毒蛋白，

116
00:06:15,572 --> 00:06:19,362
我們發現這候選疫苗
對病毒的免疫反應

117
00:06:19,382 --> 00:06:23,998
勝過先前已經測試過的任何疫苗。

118
00:06:24,648 --> 00:06:26,748
這很重要，因為
呼吸道融合病毒 RSV

119
00:06:26,772 --> 00:06:30,751
目前是全球嬰兒夭折的主要原因之一。

120
00:06:32,414 --> 00:06:36,377
我們還設計新的蛋白質
來分解胃中的麩質，

121
00:06:36,401 --> 00:06:37,998
對付腹腔疾病；

122
00:06:38,022 --> 00:06:42,398
也設計其他的蛋白質
來刺激免疫系統對抗癌症。

123
00:06:43,338 --> 00:06:47,277
這些進步是蛋白質設計革命的開始。

124
00:06:48,850 --> 00:06:52,040
我們受先前技術革命的啟發。

125
00:06:52,064 --> 00:06:55,409
數位革命大大歸功於

126
00:06:55,429 --> 00:06:59,738
貝爾實驗室所取得的進步。

127
00:07:00,337 --> 00:07:03,631
貝爾實驗室是個開放、協作的環境，

128
00:07:03,655 --> 00:07:06,838
吸引世界各地的頂尖人才。

129
00:07:07,418 --> 00:07:10,860
這引領一系列的創新：

130
00:07:10,884 --> 00:07:15,075
電晶體、雷射、衛星通信

131
00:07:15,099 --> 00:07:16,825
和網際網路的基礎。

132
00:07:17,761 --> 00:07:22,032
我們的目標是建立
蛋白質設計的貝爾實驗室。

133
00:07:22,076 --> 00:07:25,591
我們正尋求吸引
世界各地的優秀科學家

134
00:07:25,615 --> 00:07:28,550
來一起加速蛋白質設計的革命，

135
00:07:28,574 --> 00:07:32,662
我們將專注於五大挑戰。

136
00:07:34,136 --> 00:07:36,913
首先經由從世界各地的流感病毒株中

137
00:07:36,927 --> 00:07:39,721
提取蛋白質，

138
00:07:39,745 --> 00:07:45,002
並將它們放在我之前展示的
蛋白質設計顆粒的頂部，

139
00:07:45,026 --> 00:07:48,416
我們著眼於製造
一種通用的流感疫苗，

140
00:07:48,440 --> 00:07:52,391
打一針就能保護終生免於流感。

141
00:07:53,356 --> 00:07:54,968
設計能力——

142
00:07:54,992 --> 00:07:58,876
（掌聲）

143
00:08:00,240 --> 00:08:03,308
在電腦上設計新疫苗的能力

144
00:08:03,332 --> 00:08:08,640
對於防止自然的流感疫情

145
00:08:08,664 --> 00:08:12,144
和防範刻意的生物恐攻都很重要。

146
00:08:13,272 --> 00:08:15,902
其次，我們用遠遠超出大自然

147
00:08:15,926 --> 00:08:18,297
有限的 20 個氨基酸字母

148
00:08:18,321 --> 00:08:20,726
來設計新的治療候選藥物，

149
00:08:20,740 --> 00:08:23,105
來對付像是慢性疼痛，

150
00:08:23,135 --> 00:08:25,711
用的是數千種氨基酸字母。

151
00:08:26,602 --> 00:08:30,415
第三，我們正在建立先進的載運工具，

152
00:08:30,439 --> 00:08:34,603
以便將現有的藥物準確定位在
它們應該進入的體內位置。

153
00:08:35,226 --> 00:08:37,875
例如，腫瘤的化療，

154
00:08:37,899 --> 00:08:42,202
或修復組織的基因治療。

155
00:08:43,000 --> 00:08:49,232
第四，我們正在設計
能在體內運算的智慧療法，

156
00:08:49,556 --> 00:08:51,770
遠遠超出目前的藥物，

157
00:08:51,794 --> 00:08:54,058
那些是非常遲鈍的藥物。

158
00:08:54,082 --> 00:08:56,551
例如，目標對準

159
00:08:56,565 --> 00:09:00,536
造成自身免疫疾病的
一小部分免疫細胞，

160
00:09:00,560 --> 00:09:04,018
將其與絕大多數
健康的免疫細胞區隔開來。

161
00:09:04,899 --> 00:09:06,861
最後，靈感來自

162
00:09:06,875 --> 00:09:12,103
絲綢、鮑魚殼、牙齒等
非凡的生物材料，

163
00:09:12,120 --> 00:09:13,450
以及其他材料，

164
00:09:13,470 --> 00:09:16,351
我們正在設計新的蛋白質基底材料，

165
00:09:16,375 --> 00:09:20,538
以對付能源和生態問題的挑戰。

166
00:09:21,558 --> 00:09:24,403
為要做到這一切，
我們正在擴展我們機構。

167
00:09:24,768 --> 00:09:26,907
我們尋求吸引世界各地

168
00:09:26,931 --> 00:09:31,915
精力充沛、才華橫溢、
多元的科學家——

169
00:09:31,915 --> 00:09:33,485
涵蓋所有的職涯階段——

170
00:09:33,495 --> 00:09:34,925
來加入我們。

171
00:09:35,304 --> 00:09:38,607
你還可以透由我們線上的
折疊和設計遊戲「Foldit」

172
00:09:38,631 --> 00:09:42,375
參與蛋白質設計革命。

173
00:09:43,214 --> 00:09:47,065
透由我們的分散式運算專案
Rosetta@home，

174
00:09:47,089 --> 00:09:50,820
可以在筆記型電腦
或安卓智慧手機上操作。

175
00:09:52,547 --> 00:09:56,514
透由設計蛋白質使世界變得更好
是我的終生職志。

176
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我們能一起做點什麼的想法
深深鼓舞著我。

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希望你能加入我們。

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謝謝。

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（掌聲）