همه زندگی،
هرچیز زنده تا به حال،
بر اساس اطلاعات DNA ساخته شده است.
آن به چه معناست؟
خب، این یعنی همان طور که زبان انگلیسی
از حروف الفبا درست می‌شود، که وقتی به کلمات تبدیل می‌شود،
اجازه می‌دهد این داستان امروز برایتان بازگو کنم،
DNA از حروف ژنتیکی تشکیل یافته است که وقتی به ژن‌ها تبدیل می‌شود،
به سلولها اجازه تولید پروتئین‌ها را می‌دهد،
رشته‌های از آمینواسید که به ساختار‌های پیچیده تبدیل شوند
که وظیفه دارند به سلول اجازه دهند کاری را که می‌کند انجام دهد،
و داستانهایی را تعریف کند،
الفبای انگلیسی ۲۶ حرف دارد و الفبای ژنتیکی چهار حرف دارد.
تقریباً مشهور هستند. شاید اسشان را شنیده باشید.
اغلب آن‌ها فقط به G، C، A و T مربوط می‌شوند.
اما قابل توجه است که تنوع حیات
نتیجه چهار حروف ژنتیکی است.
تصور کنید اگرحروف الفبای انگلیسی چهار حروف داشت چه شکلی می‌شد.
چه نوع داستانهایی را می‌توانستید بازگو کنید؟
اگر الفبای ژنتیک حروف بیشتری می‌داشت چه؟
زندگی با حروف بیشتر می‌توانست داستان‌های متفاوتی را بیان کند،
شاید حتی جالب‌تراز یکی؟
در سال ۱۹۹۹، آزمایشگاه‌ام در موسسه تحقیقات اسکریپ واقع در لاجولا، کالیفرنیا
بر روی این سوال با هدف ایجاد موجودات زنده شروع به کار
با DNA متشکل از الفبای شش حرف ژنتیکی،
چهار حرف طبیعی به اضافه دو حرف جدید دست ساز دیگر کرد.
چنین ارگانیسمی اولین شکل
کاملاً تغییر یافته حیات خواهد بود که تا کنون ایجاد شده است.
این نوعی از زندگی است که
اطلاعات بیشتری نسبت به زندگی قبل از آن ذخیره می‌کند.
می‌تواند پروتئین‌های جدید بسازد.
پروتئین‌ها از بیش از ۲۰ آمینواسید معمولی تشکیل شده‌اند که
معمولا در ساخت پروتئین‌ها استفاده می‌شود.
این زندگی چه داستانی می‌تواند بازگو کند؟
ما با قدرت شیمی ترکیبی و زیست شناسی مولکولی
و درست تحت ۲۰ سال کار،
باکتری را با شش حرف DNA ساختیم.
بگذارید به شما بگویم چطور انجامش دادیم.
تنها چیزی که باید از زیست‌شناسی دبیرستان خود به یاد داشته باشید
این است که چهار حرف طبیعی به هم متصل می‌شوند تا دو جفت باز را تشکیل دهند.
جفت G با C و A با Tجفت می‌شود.
بنابراین برای خلق حروف جدید،
ما صدها نامزد جدید، حروف نامزد جدید، ساختیم
و توانایی‌های آن‌ها را برای جفت انتخابی با یکدیگر آزمایش کردیم.
و بعد از حدود ۱۵ سال کار،
ما دو نفر را پیدا کردیم که به خوبی با هم جفت شده‌اند،
حداقل در یک لوله آزمایش.
آن‌ها اسامی پیچیده‌ای دارند،
اما اجازه دهید همان X وY بنامیم.
کار بعدی پیدا کردن راهی برای وارد کردن X و Y به سلول‌ها بود.
و در نهایت متوجه شدیم که پروتئینی که چیزی شبیه در جلبک انجام می‌دهد
در باکتری ما کار میکرد.
پس آخرین چیزی که باید انجام دهیم این بود که با X و Y آماده شده، نشان دهیم
سلول‌ها می‌توانستند رشد کرده و تقسیم شوند و X و Y را DNA خود نگه دارند.
هرچه تا آنوقت انجام دادیم طولانی‌تر از آن بود که امیدوار بودم --
من در واقع فردی واقعاً ناشکیبا هستم --
اما این، مهم‌ترین قدم، سریع‌تر از آنچه تصور می‌کردم، کار می‌کرد.
اساسا فورا.
درهفته آخر در سال ۲۰۱۴،
یک دانشجوی ارشد در آزمایشگاه من با DNA شش حرفی باکتری رشد داد.
از این فرصت استفاده می‌کنم تا شما را الان به آن‌ها معرفی کنم.
این یک تصویر واقعی از آن‌هاست.
این‌ها اولین موجودات نیمه سنتزی هستند.
پس باکتری با DNA شش حرف واقعا جالب است، درست است؟
خب، شاید بعضی از شماها هنوز تعجب می‌کنید که چرا.
بگذارید کمی بیشتر در مورد برخی از انگیزه‌هایمان،
هم مفهومی و هم عملی به شما بگویم.
مفهوما، مردم در مورد زندگی فکر کرده‌اند، چه چیزی است،
چه چیز باعث تفاوتشان از چیز‌هایی است که زنده نیستند،
از آنجایی که مردم فکر کرده بودند
بسیاری از آن‌ها زندگی را کامل تعبیر کرده اند.
و این به عنوان مدرک یک خالق تلقی می‌شود.
موجودات زنده متفاوت هستند زیرا خداوند به آن‌ها حیات بخشیده است.
دیگران به دنبال توضیح علمی بیشتری هستند،
اما فکر کنم منصفانه است بگویم
آن‌ها هنوز مولکول‌های زندگی را خاص در نظر می‌گیرند.
یعنی تکامل آن‌ها را برای میلیاردها سال بهینه سازی کرده است. خب؟
هر دیدگاهی که شما در نظر بگیرید، برای شیمی دان‌ها
ممکن است که وارد شوند و قطعات جدیدی
بسازند که در داخل و کنارمولکول‌های طبیعی زندگی کار کنند
بدون این که به نحوی واقعاً همه چیز را خراب کنند.
اما ما چقدر به طور کامل خلق شده‌ایم یا تکامل یافته‌ایم؟
مولکول‌های زندگی چقدر خاص هستند؟
پرسیدن این سوالات حتی غیر ممکن بوده است،
چون هیچ چیزی برای مقایسه زندگی نداشته‌ایم.
حالا برای اولین بار، کار ما نشان می‌دهد
که شاید مولکول‌های زندگی این طور خاص نیستند.
شاید زندگی همان طور که می‌دانیم تنها راهی که می‌تواند باشد نیست.
شاید ما تنها راه حل نیستیم شاید حتی بهترین راه حل هم نباشیم،
فقط یک راه حل.
این سوالات مسائل اساسی در مورد زندگی را حل می‌کنند،
اما شایدکمی محرمانه به نظر برسند.
پس انگیزه‌های عملی چطور؟
خب، ما می‌خواهیم کشف کنیم که چه نوع داستان‌های جدید زندگی
با یک دایره بزرگ لغات می‌تواند به ما بگوید،
و به یاد دارید، داستان‌های اینجا پروتئینهایی هستند که سلول تولید می‌کند
و عملکرد‌هایی که دارند.
بنابراین چه نوع پروتئین‌های جدید با انواع جدیدی از عملکردها
می‌تواند موجودات زنده ما را ایجاد کند و شاید حتی استفاده کند؟
خب، ما یه سری چیزها رو مد نظر داریم.
اول این که سلول‌ها را برای ساختن پروتئین‌ها برای استفاده مان، به دست آوریم.
پروتئیها امروزه برای طیف وسیعی
از کاربرد‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
از موادی که سربازان را از آسیب محافظت می‌کند
تا دستگاه‌هایی شناسایی‌کننده ترکیبات خطرناک،
اما حداقل برای من،
هیجان انگیزترین برنامه، داروهای پروتئینی است.
با وجود نسبتا جدید بودن،
دارو‌های پروتئینی در پزشکی انقلابی ایجاد کرده‌اند.
و، برای مثال، انسولین یک پروتئین است.
احتمالاً راجع به آن شنیده‌اید، به عنوان دارویی تولید شده
که کاملا نحوه تدوای دیابت را تغییر می‌دهد.
اما مشکل این است که ساخت پروتئین‌ها واقعاً سخت هستند
و تنها راه عملی رسیدن به آن‌ها گرفتن سلول‌هایی است که آن را برای شما بسازند.
البته، با سلول‌های طبیعی،
شما فقط می‌توانید آن‌ها را با آمینو اسید‌های طبیعی تولید کنید،
و بنابراین ویژگی‌هایی که پروتئین‌ها می‌توانند داشته باشند،
برنامه‌های کاربردی را که می‌توان برایشان توسعه داد،
باید محدود به ماهیت آن آمینو اسید‌هایی باشد
که پروتئین‌ها از آن ساخته شدند.
خب اینجا هستند،
۲۰ آمینو اسید معمولی که به هم متصل می‌شوند تا پروتئین‌ها را بسازند،
و فکر می‌کنم می‌توانید ببینید، متفاوت به نظر نمی‌رسند.
آن‌ها برای بسیاری از وظایف مختلف عمل نمی‌کنند.
باعث نمی‌شوند که بسیاری از وظایف مختلف موجود باشند.
آن را با مولکول‌های کوچکی که شیمیدان‌های سنتزی به عنوان دارو می‌سازند مقایسه کنید.
حال، آن‌ها خیلی ساده‌تر از پروتئین‌ها هستند،
اما به طور معمول از طیف وسیعی از چیز‌های گوناگون ساخته می‌شوند.
در مورد جزئیات مولکولی نگران نباشید.
اما فکر می‌کنم می‌توانید ببینید که چقدر متفاوت‌اند.
و در حقیقت، تفاوتشان‌ باعث می‌شود که دارو‌های بسیار مناسبی
برای درمان بیماری‌های مختلف باشند.
بنابراین بسیار تحریک کننده است که به این فکر کنید که چه نوع دارو‌های پروتئینی جدید
را می‌توانستید توسعه دهید اگر می‌شد پروتئین‌ها را از چیز‌های گوناگون بسازید.
پس می‌توانیم ارگانیسم نیمه‌سنتزیمان‌ را برای ساخت
پروتیینی که شامل اسید‌های آمینه جدید و متفاوت هستند، به دست آوریم
شاید آمینو اسید‌هایی انتخاب شدند تا پروتئین‌ها
با ویژگی یا عملکرد مناسب ارائه شوند؟
برای مثال،
بسیاری از پروتئین‌ها وقتی به افراد تزریق می‌شود پایدار نیستند.
به سرعت تجزیه یا حذف می‌شوند،
و باعث می‌شود که آن‌ها دارو نباشند.
چه می‌شد اگرپروتئین‌ها را با اسید‌های آمینه جدید
با چیز‌هایی متصل به آن‌ها می‌شد بسازیم
که آن‌ها را از محیطشان محافظت کند،
که آن‌ها را از تجزیه شدن یا حذف محافظت می‌کند،
تا بتوانند داروهای بهتری باشند؟
می‌توانیم پروتئین‌ها را با انگشتان کوچک وصل شده
که به طور خاص به مولکول‌های دیگر وصل شوند، بسازیم؟
مولکول‌های کوچک زیادی در طول توسعه به عنوان دارو
شکست خوردند چون آن‌ها به اندازه کافی خاص نبودند که
هدف خود را در محیط پیچیده بدن انسان پیدا کنند.
پس می‌توانیم آن مولکول‌ها را بگیریم و تبدیله آمینواسید‌های جدید کنیم
که وقتی در مشایعت یک پروتئین قرار می‌گیرند،
توسط این پروتئین به هدف خود هدایت می‌شوند؟
من شرکت بیوتکنولوژی سینتوراکس را تاسیس کردم.
مخفف یک ارگانیسم سنتزی
با یک X در پایان به این دلیل که کاری که با شرکت‌های بیوتکنولوژی انجام می‌دهید.
(خنده حضار)
سینتوراکس همسو با آزمایشگاه من کار می‌کند،
و آن‌ها به پروتئینی علاقه دارند که یک گیرنده خاص را
در سطح سلول‌های انسان تشخیص می‌دهد.
اما مشکل این است که یک گیرنده دیگر
را بر روی سطح همان سلول‌ها تشخیص می‌دهد،
و آن را سمی می‌کند.
بنابراین آیا می‌توانیم یک نوع پروتئین تولید کنیم
که در آن بخشی که با آن گیرنده بد دوم تعامل دارد پوشش داده می‌شود،
با چیزی شبیه به یک چتر بزرگ مسدود می‌شود
تا پروتئین تنها با اولین گیرنده خوب تعامل داشته باشد؟
انجام این کار واقعاً دشوار یا
غیرممکن خواهد بود که با اسیدهای آمینه معمولی انجام شود،
اما با آمینو اسیدها که به طور خاص برای این هدف طراحی شده اند خیر.
پس به کارگیری سلول‌های نیمه سنتزی برای عمل به عنوان کارخانجات کوچک
تولید دارو‌های پروتئینی بهتر
واقعاً تنها کاربرد بالقوه جالب نیست، چون یادتان باشد
پروتئین‌ها هستند که به سلول‌ها اجازه می‌دهند کارشان را انجام دهند.
اگر سلول‌هایی داریم که پروتئین‌های جدید را با عملکرد جدید می‌سازند،
می‌توانیم وادارشان به انجام کار‌هایی که سلول‌های طبیعی انجام نمی‌دهند، کنیم؟
به عنوان مثال، می‌توانیم ارگانیسم‌های نیمه سنتزی
را ایجاد کنیم که وقتی به یک فرد تزریق می‌شوند سلول‌های سرطانی را جستجو می‌کنند
و زمانی که آن‌ها را پیدا می‌کنند، با ترشح پروتئین سمی آن‌ها را بکشد؟
آیا می‌توان باکتری‌هایی ساخت که انواع مختلفی ازنفت را بخورند
شاید برای پاک سازی نشت نفتی؟
این‌ها تنها چند نوع داستانهایی هستند
که می‌خواهیم ببینیم زندگی با دایره لغات بزرگ می‌تواند به شما بگوید.
پس، به نظر عالی است. درست است؟
تلقیح ارگانیسم‌های نیمه سنتزی به افراد،
ریختن میلیون‌ها و میلیون‌ها گالن باکتریمان در اقیانوس
یا بیرون از ساحل محبوب شما؟
وای، یک دقیقه صبر کنید، واقعاً ترسناک به نظر می‌آید.
درواقع این دایناسور واقعاً ترسناک است.
اما آن را به یاد می‌آورم:
ارگانیسم‌های نیمه سنتزیمان به منظور بقا،
لازم است با مواد اولیه شیمیایی X و Y تغذیه شوند.
X و Y کاملاً متفاوت از هر چیزی هستند که در طبیعت وجود دارد.
سلول‌ها آن‌ها را ندارند یا توانایی ایجاد آن‌ها را داشته باشند.
پس وقتی آن‌ها را آماده می‌کنیم،
وقتی آن‌ها را در محیط کنترل شده آزمایشگاه پرورش می‌دهیم،
می‌توانیم غذای غیرطبیعی زیادی به آن‌ها بدهیم.
پس، زمانی که آن‌ها را در یک فرد یا خارج از ساحل مستقر می‌کنیم
جایی که آن‌ها دیگر دسترسی به غذای خاص ندارند،
آن‌ها می‌توانند کمی رشد کنند، شاید فقط به اندازه کافی برای انجام،
برخی از عملکرد‌های مورد نظر، زنده بمانند.
اما بعد شروع به غذا نخوردن می‌کنند.
شروع به گرسنگی می‌کنند.
از گرسنگی می‌میرند و ناپدید می‌شوند.
پس نه تنها جان می‌گیریم تا داستان‌های جدید تعریف کنیم،
به زندگی می‌گوییم که کی و کجا آن داستان‌ها را بازگو کند.
در ابتدای این سخنرانی، به شما گفتم که در ۲۰۱۴ ایجاد
ارگانیسم‌های نیمه سنتزیرا گزارش کردیم که اطلاعات بیشتری،
X و Y را در DNA خود ذخیره می‌کنند.
اما از تمام انگیزه‌هایی که راجع به نیازسلول‌ها تا از
X و Y برای ساختن پروتئین‌ها استفاده کند صحبت کردیم،
پس شروع به کار بر روی آن کردیم.
در عرض چند سال، نشان دادیم که سلول‌ها می‌توانند DNA را با X و Y بگیرند
و آن را در RNA، کپی DNA کپی کنند.
در اواخر سال گذشته.
نشان دادیم که می‌توانند از X و Y برای ساختن پروتئین‌ها استفاده کنند
اینجا آن‌ها ستاره‌های نمایش هستند،
که اولین موجودات زنده پرکاربرد نیمه سنتزی هستند.
(تشویق حضار)
این سلول‌ها سبز هستند چون پروتئینی تولید می‌کنند که به رنگ سبز است،
پروتئین خیلی معروفی است در واقع، از ستاره دریایی
که مردم زیادی در فرم طبیعی آن استفاده می‌کنند
زیرا به راحتی می‌توان دید که شما آن را ساختید.
اما در هر یک از این پروتئین‌ها،
آمینو اسید‌های جدیدی وجود دارد که زندگی طبیعی پروتئین‌ها را نمی‌توان با آن ساخت.
هر سلول زنده، هر سلول زنده تا به حال،
هر یک از پروتئین‌ها را با استفاده
از الفبای ژنتیکی چهارحرفی ساخته است.
این سلول‌ها زنده و در حال رشد و تولید پروتئین
با الفبای شش حرفی هستند.
این‌ها شکل جدید زندگی هستند.
این شکل نیمه سنتزی زندگی است.
خب آینده چطور؟
آزمایشگاه من در حال حاضر مشغول گسترش الفبای ژنتیکی سلول‌های دیگر،
از جمله سلول‌های انسان است.
و آماده‌ایم که روی ارگانیسم‌های پیچیده بیشتری کار کنیم.
به کرم‌های نیمه سنتزی فکر کنید.
آخرین چیزی که می‌خواهم به شما بگویم.
مهم‌ترین چیزی است که می‌خواهم به شما بگویم،
این است که زمان زندگی نیمه سنتزی اینجاست.
سپاسگذارم.
(تشویق حضار)
کریس اندرسون: فلوید، واقعا قابل توجه است.
من فقط می‌خواستم از تو بپرسم،
مفاهیم کاری شما برای این که در مورد
احتمال زندگی در جهان، در جا‌های دیگر،
فکر کنیم، چیست؟
به نظر می‌رسد که این خیلی از زندگی است، یا خیلی از مفروضات ما براساس این واقعیت
است که البته، آن باید DNA باشند،
اما فضای امکان مولکول‌های خود تکرار شونده
بسیار بزرگ‌تر از DNA، حتی DNA با شش حرف است؟
فلوید رومسبرگ: کاملا، فکر می‌کنم که درست است.
و فکر می‌کنم آنچه که کار ما نشان داده است،
همان طور که اشاره کردم، این است که این تعصب اغلب وجود داشته است
که به نوعی ما کامل هستیم.
ما بهینه هستیم. خداوند اینگونه ما را آفرید.
تکامل ما را به این شکل تکمیل کرد.
ما مولکول‌هایی ساخته ایم که درست کنار عناصر طبیعی کار می‌کنند.
من فکر می‌کنم که آن پیشنهاد می‌دهد هر مولکولی که
از قوانین اساسی شیمی و فیزیک پیروی کند
و آنها را بهینه کنید
تا کار‌هایی را انجام دهند که مولکول‌های طبیعی زندگی می‌کنند.
در آنجا هیچ جادویی وجود ندارد.
فکر می‌کنم که نشان می‌دهد که
زندگی می‌تواند به طرق مختلف تکامل یابد.
شاید مشابه ما با انواع دیگر DNA،
شاید همه چیز اصلاً بدون DNA باشد.
ک ا: منظورم، به عقیده شما،
چقدر ممکن است که احتمال این فضا وجود داشته باشد؟
آیا حتی می‌دانیم؟ آیا اکثر چیزها شبیه یک مولکول DNA هستند،
یا چیزی کاملاً متفاوت است که هنوزهم می‌تواند خود تولید کننده
و بالقوه موجودات زنده را ایجاد کند؟
ف ر: به نظر من که اگر زندگی جدیدی پیدا کنیم،
شاید حتی آن را تشخیص ندهیم.
ک ا: بنابراین این وسواس با جستجوی سیارات قفل‌های طلایی
دقیقاً در مکان مناسب با آب و هر چیز دیگر،
شاید، یک فرض بسیار کوته بینانه است.
ف ر: خب، اگر کسی را برای همصحبتی می‌خواهی، بعد شاید هم نه،
اما فکر می‌کنم که اگر شما فقط دنبال هر شکلی از زندگی هستید،
فکر می‌کنم درست است. فکر می‌کنم که دنبال زندگی زیر نور چراغ می‌گردی.
ک ا: ممنون که ما را متحیر کردید. خیلی متشکرم، فلوید.
(تشویق حضار)