Al het leven,
elk levend ding ooit,
is gebouwd volgens de informatie in het DNA.
Wat betekent dat?
Nou, net zoals de Engelse taal uit alfabetische letters bestaat,
die gecombineerd tot woorden mij toestaan jullie vandaag dit verhaal te vertellen,
bestaat DNA uit genetische letters,
die gecombineerd tot genen cellen proteïnes laten maken,
snoeren van aminozuren die complexe structuren vormen,
om de functies uit te voeren, waarmee een cel kan doen wat ze doet:
haar verhalen vertellen.
Het Engelse alfabet heeft 26 letters en het genetische alfabet heeft er 4.
Je zou ze kunnen kennen.
Ze worden vaak aangeduid met de letters G, C, A en T.
Het is opmerkelijk dat de diversiteit van het leven
het resultaat is van vier genetische letters.
Stel je voor hoe het zou zijn als het Engelse alfabet vier letters had.
Wat voor soort verhalen zou je kunnen vertellen?
Wat als het genetische alfabet meer letters had?
Zou het leven met meer letters andere verhalen kunnen vertellen,
misschien zelfs interessantere verhalen?
In 1999 begon mijn lab
in het Scripps Research Institute te La Jolla in Californië
aan dit vraagstuk te werken om levende organismen te creëren
met DNA gemaakt met een zesletterig genetisch alfabet,
de vier natuurlijke letters
plus twee nieuwe door mensen gemaakte letters.
Een dergelijk organisme zou de eerste radicaal veranderde levensvorm ooit zijn,
een semisynthetische vorm van leven
die meer informatie bevat dan ooit tevoren.
Het zou nieuwe proteïnes kunnen maken,
proteïnes opgebouwd uit meer dan de twintig normale aminozuren
die meestal worden gebruikt voor de bouw van proteïnes.
Wat voor soort verhalen zou dat leven kunnen vertellen?
Met behulp van synthetische chemie en moleculaire biologie
en met net geen twintig jaar werk,
creëerden we bacteriën met zesletterig DNA.
Ik vertel hoe we het deden.
Al wat je je moet herinneren van de biologielessen
is dat de vier natuurlijke letters samen twee basenparen vormen:
G koppelt met C, en A koppelt met T.
Om onze nieuwe letters te maken,
synthetiseerden we honderden nieuwe kandidaten,
kandidaat-letters,
en onderzochten of ze selectief met elkaar konden koppelen.
Na ongeveer vijftien jaar werk
vonden we er twee die samen echt goed koppelden,
althans in een reageerbuis.
Ze hebben ingewikkelde namen,
maar laten we ze maar X en Y noemen.
Daarna moesten we een manier vinden om X en Y in cellen te krijgen.
En uiteindelijk vonden we een proteïne dat net zoiets doet in algen,
en ook in onze bacteriën werkte.
Het laatste wat we moesten doen,
was aantonen dat als X en Y zijn toegevoegd,
cellen kunnen groeien, zich kunnen delen en X en Y kunnen binden in hun DNA.
Wat we tot dan toe hadden gedaan, duurde langer dan verhoopt --
ik ben nogal ongeduldig --
maar deze meest belangrijke stap, werkte sneller dan ik had gedroomd.
In principe direct.
In een weekend in 2014
kweekte een doctoraatsstudent in mijn lab bacteriën met zesletterig DNA.
Ik maak graag van de gelegenheid gebruik om jullie er een foto van te tonen.
Dit zijn de eerste semisynthetische organismen.
Bacteriën met zesletterig DNA,
dat is cool toch?
Misschien vragen sommigen hier zich nog af: waarom?
Ik vertel jullie wat meer over onze motivaties,
zowel de conceptuele als de praktische.
Conceptueel denken mensen al na over wat leven is
en wat het anders maakt dan niet-levende dingen
sinds ze denken kunnen.
Velen legden het leven uit als volmaakt
en zagen dit als bewijs voor een schepper.
Levende dingen zijn anders, omdat een god er leven in blies.
Anderen zochten een meer wetenschappelijke uitleg,
maar ik denk dat ze de moleculen van het leven als speciaal zien;
evolutie is al miljarden jaren lang bezig moleculen te optimaliseren, toch?
Hoe dan ook lijkt het onmogelijk dat chemici nieuwe onderdelen creëren
die in en naast de natuurlijke moleculen van het leven zouden werken,
zonder op een of andere manier alles in het honderd te laten lopen.
Maar hoe perfect zijn wij nu gemaakt of ontwikkeld?
Hoe speciaal zijn de moleculen van het leven?
Deze vragen konden onmogelijk gesteld worden,
omdat we niets hadden om het leven mee te vergelijken.
Ons werk toont nu als eerste aan
dat moleculen van het leven misschien toch niet zo speciaal zijn.
Misschien is leven zoals we het kennen niet de enige mogelijkheid.
Misschien zijn wij de enige noch de beste oplossing,
maar slechts één oplossing.
Dit gaat over de basis van het leven en klinkt misschien wat esoterisch;
wat zijn de praktische overwegingen?
We willen verkennen welke nieuwe verhalen leven met een bredere woordenschat vertelt;
verhalen zijn in dit geval door cellen geproduceerde proteïnes en hun functies.
Wat voor soort nieuwe proteïnes met nieuwe soorten functies
kunnen onze semisynthetische organismen en misschien ook gebruiken?
We hebben wel wat dingen in gedachten.
Ten eerste om cellen proteïnes die we kunnen gebruiken te laten maken,
Proteïnes worden vandaag meer en meer gebruikt voor allerlei toepassingen,
van het beschermen van soldaten tegen verwondingen
tot het detecteren van gevaarlijke stoffen,
maar voor mij zijn proteïnemedicijnen de opwindendste toepassing.
Ze zijn relatief nieuw,
maar proteïnemedicijnen zorgden al voor een revolutie in de geneeskunde.
Zo is insuline een proteïne --
je kent het vast wel --
en als medicijn veranderde het de manier waarop wij diabetes behandelen helemaal.
Maar het probleem is dat proteïnes echt moeilijk zijn te maken
en de enige praktische manier is zorgen dat cellen ze voor je maken.
Uiteraard kunnen natuurlijke cellen
alleen proteïnes maken met natuurlijke aminozuren.
Dus de eigenschappen van deze proteïnes
en de toepassingen waarvoor ze worden ontwikkeld,
zijn beperkt door de aard van de aminozuren
waaruit de proteïnes zijn opgebouwd.
Hier zijn de twintig normale aminozuren
die gecombineerd proteïnes vormen.
Je kunt zien dat ze nogal op elkaar lijken.
Dat beperkt sterk het aantal verschillende mogelijke functies.
Vergelijk dat eens met de moleculen die chemici voor medicijnen synthetiseren.
Ze zijn veel eenvoudiger dan de proteïnes,
maar in de regel opgebouwd uit een veel breder assortiment.
Let niet op de moleculaire details,
maar volgens mij zie je wel hoe verschillend ze zijn.
Het zijn juist deze verschillen, waardoor ze geweldige geneesmiddelen zijn.
Het is uitdagend om je af te vragen welke nieuwe proteïnemedicijnen
je kan ontwikkelen als je proteïnes kan bouwen uit nog andere dingen.
Kunnen we ons semi-synthetische organisme
proteïnes laten maken met nieuwe en verschillende aminozuren?
Misschien zelfs aminozuren die het proteïne voorzien
van een gewenste eigenschap of functie?
Veel proteïnes zijn immers niet stabiel wanneer je ze inspuit bij mensen:
ze worden snel afgebroken of uitgescheiden,
waardoor ze hun genezende werking verliezen.
Stel we maken proteïnes met nieuwe aminozuren,
waarbij bepaalde delen bescherming bieden tegen de omgeving,
zodat ze niet worden afgebroken of uitgescheiden
en ze zo betere geneesmiddelen worden?
Kunnen we proteïnes met kleine vingertjes maken
die specifiek andere moleculen vasthouden?
Vaak slagen kleine moleculen niet als geneesmiddelen,
omdat ze niet specifiek genoeg zijn om hun doel te vinden
in de complexe omgeving van het menselijk lichaam.
Wat als we nu eens deze moleculen in nieuwe aminozuren konden inbouwen
die zich, ingebed in een proteïne, erdoor naar hun doel kunnen laten leiden?
Ik startte het biotechbedrijf Synthorx.
Synthorx staat voor 'synthetisch organisme'
met aan het eind een 'x'.
Zo gaat dat nu eenmaal bij biotechbedrijven.
(Gelach)
Synthorx werkt nauw samen met mijn lab
en ze zijn geïnteresseerd in een proteïne
die een bepaalde receptor op het oppervlak van menselijke cellen herkent.
Het probleem is dat het nog een receptor op het oppervlak van deze cellen herkent,
en dat maakt het giftig.
Kunnen we een variant van die proteïne produceren
waarin het deel dat reageert met de tweede, slechte receptor,
afgeschermd is,
geblokkeerd door een soort grote paraplu,
zodat het proteïne alleen reageert met die eerste, goede receptor?
Dat zou echt moeilijk of onmogelijk zijn met de normale aminozuren,
maar niet met de speciaal voor dat doel ontworpen aminozuren.
Maar onze semisynthetische cellen betere proteïnegeneesmiddelen laten maken,
is niet de enige mogelijk interessante toepassing.
Vergeet niet dat de proteïnes de cellen laten doen wat ze doen.
Zouden we de cellen die nieuwe proteïnes met nieuwe functies maken,
dingen kunnen laten doen die natuurlijke cellen niet kunnen?
Zouden we semisynthetische organismen kunnen ontwikkelen,
die na injectie in een persoon kankercellen zoeken
en alleen als ze deze vinden een giftig proteïne afscheiden?
Kunnen we bacteriën maken die andere soorten olie eten
om misschien olielekken op te ruimen?
Dit zijn slechts een paar verhalen
die leven met een uitgebreidere woordenschat kan vertellen.
Klinkt goed, nietwaar?
Het injecteren van semisynthetische organismen in mensen,
het dumpen van miljoenen liters van onze bacteriën in de oceaan
of op je favoriete strand ...
Oh, wacht effe, eigenlijk klinkt dat echt eng.
Deze dinosaurus is echt eng.
Maar dit is de crux:
onze semisynthetische organismen moeten om te overleven,
gevoed worden met de chemische voorlopers van X en Y.
X en Y zijn volledig verschillend van alles wat bestaat in de natuur.
Cellen hebben ze gewoon niet, noch de mogelijkheid om ze aan te maken.
Dus als we ze in de testomgeving van het lab kweken,
kunnen we ze voeden met hopen onnatuurlijk voedsel.
Als we ze vervolgens gebruiken in een mens of op een strand,
waar ze die speciale voeding niet vinden,
kunnen ze even groeien,
nog even overleven,
misschien net lang genoeg voor het uitvoeren van de beoogde functie.
Maar dan vinden ze geen voedsel meer.
Ze beginnen te verhongeren.
Ze hongeren dood en verdwijnen gewoon.
We laten leven niet alleen nieuwe verhalen vertellen,
we bepalen ook waar en wanneer het die verhalen mag vertellen.
Ik vertelde jullie al
dat we in 2014 melding maakten van semisynthetische organismen
die meer informatie in hun DNA herbergen: X en Y.
Maar al die toepassingen waar we het over hadden,
vereisen dat cellen X en Y gebruiken om proteïnes te maken,
dus begonnen we daaraan te werken.
Binnen een paar jaar toonden we aan
dat de cellen DNA met X en Y kunnen opnemen
en het kunnen kopiëren naar RNA,
de werkende kopie van het DNA.
En eind vorig jaar hebben we laten zien dat ze met X en Y proteïnes kunnen maken.
Hier zijn ze dan,
de sterren van de show,
de eerste volledig functionele semisynthetische organismen.
(Applaus)
Deze cellen zijn groen, omdat ze een groen lichtend proteïne maken
Een vrij bekend proteïne afkomstig van kwallen,
en vaak toegepast in zijn natuurlijke vorm,
omdat makkelijk te zien is dat het zelfgemaakt is.
Maar in elk van deze proteïnes zit een nieuw aminozuur
waarmee het natuurlijke leven geen proteïnes kan bouwen.
[Hierna: interview met spreker]
Elke levende cel ...
elke levende cel ooit ...
heeft elk van zijn proteïnes gemaakt met een vierletterig genetisch alfabet.
Deze cellen leven, groeien en maken proteïnes
met een zesletterig alfabet.
Dat is een nieuwe vorm van leven,
een semisynthetische vorm van leven.
Hoe zit het met de toekomst?
Mijn lab vermeerdert reeds het genetische alfabet van andere cellen,
waaronder menselijke cellen,
en we zijn klaar om te gaan werken op meer complexe organismen.
Denk aan semisynthetische wormen.
Het laatste wat ik wil zeggen,
het belangrijkste wat wil ik jullie wil zeggen,
is dat semisynthetisch leven eraan komt.
Dank je.
(Applaus)
Anderson: Floyd, dit is zo opmerkelijk.
Ik zou je alleen maar willen vragen wat de gevolgen zijn van je werk
met betrekking tot ons denken
over de mogelijkheden voor leven elders in het universum?
Het lijkt wel of het leven of zo veel van onze aannames erover
gebaseerd zijn op het feit dat het sowieso DNA moet zijn,
maar is het aantal mogelijkheden voor zelf-replicerende moleculen
veel groter dan DNA,
groter dan DNA met zes letters?
Romesberg: Zeker, ik denk het wel
en ik denk dat ons werk aantoonde,
zoals ik al zei, dat we nog altijd met dit vooroordeel zitten
dat we perfect zijn,
dat wij het optimum zijn,
omdat God ons zo schiep
of omdat de evolutie ons zo perfectioneerde.
We maakten moleculen die naast de natuurlijke werken,
en ik denk dat dat suggereert
dat elk molecuul dat de wetten van de chemie en de fysica volgt --
en je kan dit optimaliseren --
hetzelfde kan doen als natuurlijke moleculen.
Er is niets magisch aan.
Ik denk dat het suggereert
dat leven op allerlei manieren kon evolueren,
misschien zoals wij, maar dan met andere vormen van DNA
of misschien zelfs dingen zonder DNA.
A: Hoe groot is die mogelijkheid, denk je? Hebben we enig idee?
Gaan de meeste dingen lijken op een DNA-molecuul
of op iets radicaal anders dat zichzelf nog steeds kan reproduceren
en levende organismen kan maken?
R: Ik denk dat als we nieuw leven gaan vinden,
we het misschien niet eens als zodanig zullen herkennen.
A: Dan is deze obsessie om Goudlokje-planeten te zoeken,
die met water en zo meer,
misschien wel wat bekrompen.
R: Nou, wil je iemand waarmee je kan praten, dan misschien niet,
maar ik denk dat als je zoekt naar eender welk leven,
denk ik dat dat klopt,
dan moet je niet alleen daar gaan zoeken.
A: Bedankt voor de inspiratie.
Hartelijk dank, Floyd.
(Applaus)