Hoe het ontwerpen van gloednieuwe enzymen de wereld zou kunnen veranderen
-
0:01 - 0:04Opgroeiend in centraal Wisconsin
bracht ik veel tijd buiten door. -
0:04 - 0:07In de lente rook ik
de bedwelmende geur van seringen. -
0:07 - 0:10In de zomer was ik weg
van de elektrische gloed van vuurvliegjes -
0:10 - 0:13die rondvlogen in de zwoele nachten.
-
0:13 - 0:16In de herfst kleurden de moerassen
helder rood door de veenbessen. -
0:17 - 0:19Zelfs de winter had zijn charmes
-
0:19 - 0:21door het Kerstmisboeket
van de dennenbomen. -
0:21 - 0:25Voor mij was de natuur altijd
een bron voor verwondering en inspiratie. -
0:25 - 0:28Later, toen ik chemie
studeerde aan de universiteit, -
0:28 - 0:31begon ik de natuur beter te begrijpen
tot in de moleculaire details. -
0:32 - 0:33Alles waarover ik zonet sprak,
-
0:33 - 0:35van de geuren van de seringen en dennen
-
0:35 - 0:38tot het heldere rood van de bessen
en de gloed van vuurvliegjes, -
0:38 - 0:40hebben ten minste één ding gemeen:
-
0:40 - 0:43ze worden gemaakt door enzymen.
-
0:43 - 0:46Zoals gezegd groeide ik op in Wisconsin,
dus houd ik van kaas -
0:46 - 0:48en de Green Bay Packers.
-
0:48 - 0:50Maar laten we het even hebben over kaas.
-
0:50 - 0:52Gedurende tenminste 7000 jaar
-
0:52 - 0:54extraheren mensen
al een mengsel van enzymen -
0:54 - 0:57uit de magen van koeien,
schapen en geiten -
0:57 - 0:58en voegen ze toe aan melk.
-
0:58 - 1:01Hierdoor stremt de melk --
een onderdeel van het kaasmaken. -
1:01 - 1:04Het sleutel-enzym
in dit mengsel is chymosine. -
1:04 - 1:06Ik wil jullie tonen hoe dat gaat.
-
1:06 - 1:08Hier heb ik twee buizen,
-
1:08 - 1:10aan één ervan voeg ik chymosine toe.
-
1:10 - 1:11Ogenblikje.
-
1:12 - 1:15Nu was mijn zoon Anthony, 8 jaar oud,
-
1:15 - 1:19zeer geïnteresseerd om me deze demo
voor TED te helpen maken, -
1:19 - 1:23en zo waren we in de keuken bezig
met ananas in schijven te snijden, -
1:23 - 1:27enzymen te halen uit rode aardappelen
-
1:27 - 1:29en het doen van allerlei
demo's in de keuken. -
1:29 - 1:30Alles bij elkaar
-
1:30 - 1:32vonden we de chymosinedemo erg geslaagd.
-
1:32 - 1:34En zo zien jullie hier
-
1:34 - 1:38het chymosine rondzwemmen in de melk
-
1:38 - 1:41en zich aan het proteïne caseïne binden.
-
1:41 - 1:43Dan gaat het het caseïne doorknippen --
-
1:43 - 1:45een beetje als een moleculaire schaar.
-
1:45 - 1:49Dat knippen veroorzaakt
het stremmen van de melk. -
1:49 - 1:52Hier zie je ons in de keuken eraan bezig.
-
1:52 - 1:54OK.
-
1:54 - 1:56Even omschudden.
-
1:56 - 2:00En dan zetten we ze even opzij
om ze een minuut te laten sudderen. -
2:00 - 2:01OK.
-
2:03 - 2:05Als DNA de blauwdruk van het leven is,
-
2:05 - 2:08dan zijn enzymen arbeiders
die de instructies uitvoeren. -
2:08 - 2:10Een enzym is een proteïne als katalysator,
-
2:10 - 2:13het versnelt een chemische reactie,
-
2:13 - 2:16net zoals chymosine hier
het stremmen van de melk versnelt. -
2:17 - 2:19Maar het gaat niet alleen om kaas.
-
2:19 - 2:22Enzymen spelen een belangrijke rol
in het voedsel dat we eten, -
2:22 - 2:25maar ze zijn ook betrokken in allerlei,
gaande van de gezondheid van een kind -
2:25 - 2:29tot het aanpakken van de grootste
milieuproblemen van vandaag. -
2:30 - 2:33De bouwstenen van de enzymen
zijn de aminozuren. -
2:33 - 2:35Er zijn 20 gewone aminozuren
-
2:35 - 2:38en we geven ze weer
met een letter als afkorting, -
2:38 - 2:41een alfabet van aminozuren dus.
-
2:41 - 2:44In een enzym zijn deze aminozuren
aan elkaar geregen -
2:44 - 2:45als parels aan een halssnoer.
-
2:45 - 2:48En het is de identiteit
van de aminozuren, -
2:48 - 2:49welke letters in het snoer,
-
2:49 - 2:51en in welke volgorde,
wat ze uitspellen, -
2:51 - 2:54dat het enzym
zijn unieke eigenschappen geeft -
2:54 - 2:56en het onderscheidt van de andere enzymen.
-
2:56 - 2:59Nu gaat dit snoer
van aminozuren, dit halssnoer, -
2:59 - 3:01zich opvouwen tot
een structuur van hogere orde. -
3:01 - 3:03Als je zou inzoomen
naar moleculair niveau, -
3:03 - 3:06dan zou chymosine,
het enzym hier, -
3:06 - 3:07er zo uitzien.
-
3:07 - 3:11Een hoop strengen, lussen,
spiralen, plooien en draaien, -
3:11 - 3:14en alles moet in de juiste vorm
om te kunnen werken. -
3:15 - 3:18Vandaag kunnen we
enzymen maken in microben, -
3:18 - 3:21zoals in een bacterie
of een gist, bij voorbeeld. -
3:21 - 3:23En we doen dat door een stuk DNA te nemen
-
3:23 - 3:26dat codeert voor een enzym
waarin we geïnteresseerd zijn, -
3:26 - 3:27we steken dat in de microbe
-
3:27 - 3:31en we laten de microbe haar eigen
machinerie, haar eigen middelen gebruiken -
3:31 - 3:33om dat enzym voor ons te produceren.
-
3:33 - 3:36Je hebt dus voor chymosine
vandaag geen kalf meer nodig -- -
3:36 - 3:38je kan het krijgen van een microbe.
-
3:38 - 3:39En nog cooler is
-
3:39 - 3:42dat we er vandaag volledig gewilde
DNA-sequenties kunnen indraaien -
3:42 - 3:44om enzymen naar keuze te maken,
-
3:44 - 3:45zaken die je niet vindt in de natuur.
-
3:46 - 3:48Helemaal leuk vind ik
-
3:48 - 3:50een enzym ontwerpen
voor een nieuwe toepassing, -
3:50 - 3:53door de atomen zo te rangschikken.
-
3:53 - 3:58De daad van een enzym uit de natuur
halen en spelen met de aminozuren, -
3:58 - 3:59knutselen met die letters,
-
3:59 - 4:01nieuwe letters erin brengen
en andere eruit halen, -
4:01 - 4:03misschien ze wat herschikken,
-
4:03 - 4:05is als een boek vinden
-
4:05 - 4:08en wat hoofdstukken herschrijven
of het einde veranderen. -
4:09 - 4:11In 2018 werd de Nobelprijs voor chemie
-
4:11 - 4:13toegekend aan de ontwikkeling
van deze benadering, -
4:13 - 4:15ook bekend als 'gerichte evolutie'.
-
4:16 - 4:19Vandaag kunnen we de krachten
van gerichte evolutie aan het werk zetten -
4:19 - 4:22om enzymen met een bepaalde
bedoeling te ontwerpen -
4:22 - 4:27en een van deze is enzymen te ontwerpen
met toepassingen op nieuwe gebieden, -
4:27 - 4:28zoals de was doen.
-
4:28 - 4:30Net zoals de enzymen in je lichaam
-
4:30 - 4:32je helpen om je
opgegeten voedsel af te breken, -
4:32 - 4:34kunnen enzymen in je wasdetergent
-
4:34 - 4:37helpen om de vlekken
op je kleren af te breken. -
4:38 - 4:41Het blijkt dat 90%
van de energie voor het wassen -
4:41 - 4:43gaat naar het verwarmen van het water.
-
4:43 - 4:45Voor een goede reden --
-
4:45 - 4:47warmer water wast beter je kleren.
-
4:47 - 4:50Maar wat als je nu eens
in koud water kon wassen? -
4:50 - 4:52Je zou zeker wat geld besparen
-
4:52 - 4:53en daarbij,
-
4:53 - 4:55volgens berekeningen
van Procter and Gamble, -
4:55 - 4:58als alle huishoudens in de VS
de was koud zouden doen, -
4:58 - 5:03zou dat de uitstoot van 32 [miljoen] ton
CO2 per jaar vermijden. -
5:04 - 5:05Dat is veel,
-
5:05 - 5:06ongeveer het equivalent
-
5:06 - 5:10van de CO2-uitstoot
door 6,3 miljoen auto's. -
5:10 - 5:12Hoe zouden we het nu moeten aanpakken
-
5:12 - 5:13om een enzym te ontwerpen dat dit kan?
-
5:13 - 5:16Enzymen evolueerden niet
om de was schoon te krijgen -
5:16 - 5:18en zeker niet in koud water.
-
5:18 - 5:21Maar we kunnen gaan kijken in de natuur
om een startpunt te vinden. -
5:21 - 5:24We kunnen een enzym zoeken
met enige startactiviteit, -
5:24 - 5:26een klei waarmee we kunnen werken.
-
5:26 - 5:29Op het scherm zie je een voorbeeld
van een dergelijk enzym. -
5:29 - 5:32We kunnen nu gaan spelen
met de aminozuren, zoals ik zei, -
5:32 - 5:34wat letters toevoegen,
wat letters eruit halen. -
5:34 - 5:35ze herschikken.
-
5:35 - 5:38En zodoende kunnen we
duizenden enzymen genereren. -
5:38 - 5:41En we kunnen die enzymen
-
5:41 - 5:44uittesten op dit soort kleine plaatjes.
-
5:44 - 5:47Dit plaatje hier
-
5:47 - 5:49bevat 96 vakjes
-
5:49 - 5:53en is elk vakje zit
een stukje stof met een vlek. -
5:53 - 5:55En we meten hoe goed elk van deze enzymen
-
5:55 - 5:58de vlekken van de stof kunnen verwijderen
-
5:58 - 6:00en zo kunnen we zien hoe goed ze werken.
-
6:00 - 6:02We kunnen dat met behulp van robots
-
6:02 - 6:04zoals jullie dadelijk
op het scherm gaan zien. -
6:07 - 6:10OK, we doen dat en het blijkt
-
6:10 - 6:12dat sommige enzymen gelijkaardig werken
-
6:12 - 6:13als het start-enzym.
-
6:13 - 6:15Niets om over naar huis te schrijven.
-
6:15 - 6:18Sommige doen het slechter.
Die gooien we weg. -
6:18 - 6:19En sommige zijn beter.
-
6:19 - 6:22Die verbeterde worden onze versies 1.0's.
-
6:22 - 6:24Met die enzymen gaan we verder
-
6:24 - 6:26en dat kunnen we telkens opnieuw herhalen.
-
6:26 - 6:30Door deze herhaling kunnen we
een nieuw enzym vinden, -
6:30 - 6:32eentje dat doet wat we willen.
-
6:32 - 6:33En na een aantal herhalingen
-
6:33 - 6:35kwamen we met iets nieuws.
-
6:35 - 6:39Je kan nu naar de supermarkt
gaan en een detergent kopen -
6:39 - 6:43waarmee je de was koud kunt doen
door dergelijke enzymen. -
6:43 - 6:45Ik toon jullie ook hoe dit werkt.
-
6:45 - 6:48Ik heb hier weer twee buizen,
-
6:48 - 6:51weer allebei met melk.
-
6:51 - 6:52Ik toon het even.
-
6:52 - 6:54Aan een buis voeg ik wat enzym toe
-
6:54 - 6:56en aan de ander wat water.
-
6:56 - 6:57Dat is de controle.
-
6:57 - 6:59In die buis zou er niets mogen gebeuren.
-
6:59 - 7:03Misschien vinden jullie het eigenaardig
dat ik dit doe met melk. -
7:03 - 7:07Ik doe dit omdat melk
tjokvol proteïnen zit -
7:07 - 7:11en in een proteïne-oplossing kan je
de enzymwerking makkelijk waarnemen -
7:11 - 7:14omdat het een meester proteïne-hakker is,
-
7:14 - 7:15dat is zijn taak.
-
7:15 - 7:17Ik doe dit erin.
-
7:18 - 7:22Zoals gezegd is dit
een meester proteïne-hakker -
7:22 - 7:26en je kan wat hij doet met melk
-
7:26 - 7:28extrapoleren naar wat
hij zou doen met je was. -
7:28 - 7:31Dit laat dus een beetje zien
wat er zou gebeuren. -
7:31 - 7:33OK, ze zitten erin.
-
7:34 - 7:38Even omschudden.
-
7:43 - 7:47We laten ze nu even rusten
samen met het chymosinestaaltje. -
7:47 - 7:49Ik kom er straks op terug.
-
7:51 - 7:54Waar kijken we naar uit
bij het enzymonderzoek? -
7:54 - 7:55Het zal zeker sneller gaan --
-
7:55 - 7:58er zijn nu benaderingen
om enzymen te evolueren -
7:58 - 8:01die onderzoekers toelaten
om met veel meer staaltjes te werken -
8:01 - 8:02dan ik jullie net toonde.
-
8:02 - 8:04En naast het sleutelen
aan natuurlijke enzymen, -
8:04 - 8:06zoals waar we net over spraken,
-
8:06 - 8:09proberen wetenschappers nu
totaal nieuwe enzymen te ontwerpen, -
8:09 - 8:13met machinaal leren, een benadering
vanuit artificiële intelligentie, -
8:13 - 8:15om ze gerichter te ontwerpen.
-
8:15 - 8:19Anderen voegen andere aminozuren toe
dan in de natuur voorkomen. -
8:19 - 8:21We spraken eerder
over 20 natuurlijke aminozuren -- -
8:21 - 8:22de gewone aminozuren --
-
8:22 - 8:25maar zij voegen
onnatuurlijke aminozuren toe -
8:25 - 8:28om enzymen te maken met andere
eigenschappen dan we vinden in de natuur. -
8:28 - 8:30Dat is een erg leuk idee.
-
8:30 - 8:35Hoe zullen jullie in de komende jaren
te maken krijgen met enzymen? -
8:35 - 8:37Ik wil focussen op twee gebieden:
-
8:37 - 8:39gezondheid en milieu.
-
8:40 - 8:42Sommige farmaceutische firma's
-
8:42 - 8:45leggen zich toe op het
ontwikkelen van enzymen -
8:45 - 8:49om geneesmiddelen efficiënter en met
minder toxische katalysatoren te maken. -
8:49 - 8:53Zo wordt bijvoorbeeld Januvia,
een medicijn voor type 2 diabetes, -
8:53 - 8:54gedeeltelijk met enzymen gemaakt.
-
8:54 - 8:56Het aantal met enzymen
gemaakte medicijnen -
8:56 - 8:58zal in de toekomst zeker toenemen.
-
8:59 - 9:00Op een ander gebied
-
9:00 - 9:01zijn er bepaalde ziektes
-
9:01 - 9:04waarbij een enkel enzym in iemands
lichaam niet naar behoren werkt. -
9:04 - 9:06Een voorbeeld hiervan is fenylketonurie,
-
9:06 - 9:08of PKU afgekort.
-
9:08 - 9:12Mensen met PKU kunnen fenylalanine
niet goed metaboliseren of verteren. -
9:12 - 9:16Dat is een van de 20 aminozuren
waar we het over hadden. -
9:16 - 9:20Als mensen met PKU fenyalanine opnemen,
-
9:20 - 9:24krijgen ze blijvende
intellectuele gebreken, -
9:24 - 9:26een vreselijk iets om te hebben.
-
9:26 - 9:28Wie van jullie met kinderen --
-
9:28 - 9:31Hebben jullie kinderen?
Wie heeft er kinderen? -
9:31 - 9:32Een hoop.
-
9:32 - 9:34Misschien ken je PKU wel,
-
9:34 - 9:39want alle baby's in de VS
moeten er op getest worden. -
9:39 - 9:42Ik herinner me dat Anthony, mijn zoon,
ervoor geprikt werd. -
9:43 - 9:45Het grote probleem is wat je eet.
-
9:45 - 9:47Fenylalanine zit
in zoveel soorten voedsel, -
9:47 - 9:49het is ongelooflijk moeilijk te vermijden.
-
9:49 - 9:52Anthony heeft wel een notenallergie,
en ik vond dat al erg, -
9:52 - 9:54maar PKU is van een ander niveau.
-
9:54 - 9:57Maar nieuwe enzymen
kunnen binnenkort PKU-patiënten -
9:57 - 9:59laten eten wat ze willen.
-
9:59 - 10:01Onlangs keurde het FDA een enzym goed
-
10:01 - 10:03dat ontwikkeld werd om PKU te behandelen.
-
10:03 - 10:06Dat is geweldig nieuws voor patiënten
en ook geweldig nieuws -
10:06 - 10:09op het gebied van enzym vervangende
therapie in het algemeen, -
10:09 - 10:13omdat er nog andere doelen zijn
waarvoor dit goed zou kunnen dienen. -
10:15 - 10:17Dat ging even over gezondheid.
-
10:17 - 10:18Nu ga ik het hebben over milieu.
-
10:18 - 10:22Als ik wat lees over de Plasticsoep
in de Noordelijke Grote Oceaan -- -
10:22 - 10:25dat is dat enorme eiland van plastic
-
10:25 - 10:27ergens tussen Californië en Hawaï --
-
10:27 - 10:31en over die microplastics overal,
-
10:31 - 10:32dan maak ik me zorgen.
-
10:32 - 10:34Plastics zijn we
voorlopig nog niet kwijt. -
10:34 - 10:36Maar ook hier kunnen enzymen
ons misschien helpen. -
10:36 - 10:40Onlangs hebben we bacteriën ontdekt
die plastic afbrekende enzymen produceren. -
10:40 - 10:42Er worden al inspanningen gedaan
-
10:42 - 10:45om verbeterde versies
van deze enzymen te ontwikkelen. -
10:45 - 10:47Ook werden er enzymen ontdekt
-
10:47 - 10:49die geoptimaliseerd worden
-
10:49 - 10:52om niet van petroleum afkomstige,
biodegadeerbare plastics te maken. -
10:53 - 10:57Enzymen kunnen ook helpen
bij het invangen van broeikasgassen -
10:57 - 11:01als kooldioxide, methaan en lachgas.
-
11:01 - 11:03Nu zijn dat ongetwijfeld
enorme uitdagingen, -
11:03 - 11:05en geen ervan is makkelijk.
-
11:05 - 11:07Maar onze vaardigheid
om enzymen aan te passen -
11:07 - 11:09kan ons daarbij gaan helpen.
-
11:09 - 11:12Daar mogen we dus ook naar uitkijken.
-
11:12 - 11:14Nu keer ik even terug naar de demo --
-
11:14 - 11:15het plezante deel.
-
11:15 - 11:18We beginnen met de chymosine staaltjes.
-
11:20 - 11:22Ik haal ze er even bij.
-
11:22 - 11:23Zoals jullie kunnen zien,
-
11:23 - 11:25is dit degene die er water bij kreeg.
-
11:25 - 11:27Met deze melk zou er niets mogen gebeuren.
-
11:27 - 11:29Deze kreeg het chymosine.
-
11:29 - 11:32Jullie zien dat het van boven
helemaal opklaarde. -
11:32 - 11:34Daar zie je het gestremde
materiaal, da's kaas. -
11:34 - 11:36We hebben dus even kaas gemaakt.
-
11:36 - 11:40Deze reactie voeren mensen
al duizenden jaren uit. -
11:40 - 11:44Ik denk eraan om dit te gaan doen
bij onze volgende Kids to Work Day demo, -
11:44 - 11:46maar het is soms
een harde bende -- we zien wel. -
11:46 - 11:47(Gelach)
-
11:47 - 11:50De andere waar ik wil naar kijken is deze.
-
11:50 - 11:54Dit is het enzym om de was te doen.
-
11:54 - 11:58Je ziet dat het anders is
dan die waar we water bij deden. -
11:58 - 11:59Het is aan het opklaren,
-
11:59 - 12:02en precies dat wil je
dat een enzym doet met je was, -
12:02 - 12:04want je wil een enzym hebben
-
12:04 - 12:07dat een proteïne-knabbelaar is, ze opeet,
-
12:07 - 12:10omdat je vlekken van verschillende
proteïnes op je kleren gaat hebben, -
12:10 - 12:13zoals van chocolademelk,
grasvlekken, enzovoort. -
12:13 - 12:16Met iets als dit ga je ze eruit krijgen.
-
12:16 - 12:17Dit gaat je ook helpen
-
12:17 - 12:20om de was in koud water te doen,
je koolstofvoetafdruk te verkleinen -
12:20 - 12:21en wat geld te besparen.
-
12:25 - 12:26We komen van ver
-
12:26 - 12:31van 7000 jaar lang kaas maken met enzymen
-
12:31 - 12:33tot vandaag en enzymontwerp.
-
12:34 - 12:36We zitten echt op een keerpunt.
-
12:36 - 12:40We kunnen enzymen
uit de natuur herschrijven -
12:40 - 12:42of ons eigen verhaal
schrijven met aminozuren. -
12:43 - 12:47Als je op een broeierige nacht buiten
nog eens een vuurvliegje ziet, -
12:47 - 12:49hoop ik dat je aan enzymen denkt.
-
12:49 - 12:52Ze doen vandaag al
verbazingwekkende dingen voor ons. -
12:52 - 12:56En door ontwerp kunnen ze morgen voor ons
nog verbazingwekkender dingen gaan doen. -
12:56 - 12:57Dank.
-
12:57 - 12:59(Applaus)
- Title:
- Hoe het ontwerpen van gloednieuwe enzymen de wereld zou kunnen veranderen
- Speaker:
- Adam Garske
- Description:
-
"Als DNA de blauwdruk van het leven is, dan zijn enzymen de arbeiders die de instructies uitvoeren", zegt chemisch bioloog Adam Garske. In deze leuke talk en demo laat hij zien hoe wetenschappers nu enzymen voor specifieke functies kunnen bewerken en ontwerpen -- om ziekten zoals diabetes te helpen behandelen, energiezuinige wasmiddelen te maken en zelfs broeikasgassen in te vangen -- en hij demonstreert een eigen enzymexperiment op het podium.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 13:12
Peter van de Ven approved Dutch subtitles for How designing brand-new enzymes could change the world | ||
Peter van de Ven accepted Dutch subtitles for How designing brand-new enzymes could change the world | ||
Peter van de Ven edited Dutch subtitles for How designing brand-new enzymes could change the world | ||
Rik Delaet edited Dutch subtitles for How designing brand-new enzymes could change the world | ||
Rik Delaet edited Dutch subtitles for How designing brand-new enzymes could change the world | ||
Rik Delaet edited Dutch subtitles for How designing brand-new enzymes could change the world | ||
Rik Delaet edited Dutch subtitles for How designing brand-new enzymes could change the world | ||
Rik Delaet edited Dutch subtitles for How designing brand-new enzymes could change the world |