Что нас убивает? | Шенион Чо | TEDxKFAS

Наш геном задуман так, что наши тела разрушаются примерно через век. Синтетический биолог д-р Шенион Чо освещает основные открытия в современной биологии, такие как терапия стволовыми клетками и технология CRISPR, которые могут решить вопросы о продлении жизни, излечении врождённых дефектов и редактировании генома человека. Он также рассказывает о своей работе с синтетическими сигналами, которые обладают потенциалом превзойти ограничения, установленные природой.

Это выступление записано на мероприятии TEDx, независимо организованном местным сообществом с использованием формата конференций TED. Узнайте больше на http://ted.com/tedx.

Этим утром передо мной
стоит небольшая задача.

Вы дали мне 18 минут вашего времени,

и за эти 18 минут

я собираюсь сделать вас немного мудрее,
немного умнее, чем раньше.

Я собираюсь поделиться своими мыслями
и мудростью из моей научной деятельности.

Я синтетический биолог.

Будучи синтетическим биологом,

я мечтаю о применении принципов биологии

для создания синтетических сигналов в теле
или синтетических форм жизни.

Позвольте мне начать с рассказа
о том, что нас убивает.

Я использую американскую статистику,
чтобы продемонстрировать этот момент.

Здесь показаны причины смерти,
не являющиеся естественными.

И вы можете видеть ряд вещей,
с которыми вы знакомы.

Возможно, вы уже заметили,

что три самые распространённые
причины смерти —

это инфекционные болезни.

Это данные 1900 года,
около 100 лет назад.

На текущий 2010 год

вы видите другой список причин смерти,

и вы наверняка уже обратили внимание,
что болезни,

которые я выделил здесь серым, —
это инфекционные болезни.

И эти инфекционные болезни —

дифтерия, пневмония и туберкулёз, —

были, по сути, искоренены

благодаря открытию антибиотиков и вакцин.

И это выдающееся достижение со стороны
врачей и фармацевтической промышленности.

Впервые за историю человечества

средняя продолжительность жизни

увеличилась с 47 лет 100 лет назад

до примерно 79 лет на сегодняшний день.

А теперь, если вы посмотрите на список
вещей, которые убивают нас сегодня,

то увидите, что это другие болезни: разные
виды рака, сердечно-сосудистые болезни.

Они не вызваны инфекцией.

Они вызваны разладом внутренних систем.

Системы сообщения между клетками
в вашем теле дают сбой,

и тогда начинают появляться эти болезни.

И несколько других болезней,
которые подчёркнуты красным, —

суицид, болезнь Альцгеймера, диабет, —

это болезни, связанные с образом жизни.

Таким образом, с этими болезнями
очень трудно бороться

и, возможно, если мы сможем
лечить такие болезни,

будет ли у нас цель или желание
жить ещё дольше?

Вы когда-нибудь задумывались о том,
чтобы жить до 150 лет или даже дольше?

Но ещё более важный вопрос:

если бы вам было дано 150 или 200 лет
или столько, сколько вы хотите,

что это была бы за жизнь?

И это та тема, на которую
я буду сегодня говорить.

Станет ли это разумной жизнью?

Какая это будет жизнь?

Сейчас в сфере биологии происходит
множество вещей,

и я собираюсь заострить внимание на том,
что более долгая жизнь — непростая задача.

Фактически мы, наш геном, задуман так,
чтобы уничтожить наше тело

спустя примерно 100 лет жизни.

Это было открыто около 50 лет назад

учёным Леонардом Хейфликом
в Пенсильванском университете.

В лаборатории он обнаружил,

что клетки, из которых состоит тело,

фактически делятся примерно 50 раз,
а затем перестают.

Это было очень странное явление.

Почему они прекращали делиться и умирали?

Это означает, что нам уже навязаны
наши физические ограничения.

Мы не можем жить вечно.

И эта тайна была частично раскрыта,

когда Элизабет Блекберн из Калифорнийского
университета в Сан-Франциско

обнаружила, что концевые участки
наших хромосом,

которые называются теломерами,

становятся короче и короче.

Когда клетки делятся,
теломеры становятся короче.

Таким образом, после примерно 50 делений
клеток теломер больше не остаётся,

и вот тогда ваше тело начинает разрушаться

и мы не можем жить дольше.

Итак, задача, на решение которой
вы надеялись несколько минут назад,

что вы сможете жить 300 лет или дольше, —

это не так-то просто.

Этого не случится, пока мы не сделаем
что-нибудь в этом направлении.

ОК. Чтобы подойти к этому обсуждению,

я напомню вам три момента
из школьной биологии.

Только три момента, хорошо?

Наше тело состоит из 37 триллионов клеток,

плюс-минус 37 триллионов клеток.

Второй момент.

Каждая клетка, из которой состоит
наше тело, содержит 23 пары хромосом,

а хромосомы хранят генетический материал.

Помните?

И каждая из этих ДНК состоит только
из четырёх видов составляющих.

Мы называем их основаниями.

Они бывают А, Г, Ц и Т.

Вы всё это помните?

ОК. Вы готовы.

Я собираюсь осветить только
два основных крупных открытия,

совершённых за несколько предыдущих
десятилетий в современной биологии.

По моему мнению, это был поворотный момент
для современной биологии,

когда Джеймс Уотсон, американский постдок,
работавший в университете Кембриджа

с Фрэнсисом Криком,

который тогда был там аспирантом,

вместе открыли трёхмерную структуру ДНК.

ДНК состоит из двух спиралей,
как вы видите на этих слайдах.

Тогда впервые,

имея это наглядное подтверждение того,
как выглядит ДНК,

люди стали в состоянии разобраться,

как гены передаются от родителей к детям,

как они копируются

и как наши характеры воспроизводятся
от одного поколения к другому.

Фактически биология в первый раз
столкнулась с незыблемым принципом.

В биологии очень трудно найти
незыблемый принцип.

Это принцип, на котором основаны
все формы жизни на Земле.

ДНК — это «чертёж» нашей жизни,
который перерисовывается в РНК,

а РНК — это связующее звено для перевода
информации в белки,

а белок — это компонент,

который циркулирует в нашем теле
для выполнения определённых функций.

И эта центральная догма непоколебима,

и она, видимо, и есть принцип жизни.

Второе основное крупное открытие

произошло в 2000 году, 10 лет назад.

Это был счастливый случай
для Билла Клинтона,

его президентский срок как раз
заканчивался в 2000 году,

и два главных учёных,

Крейг Вентер и Френсис Коллинз,

объявили о завершении работы
по расшифровке генома человека.

До этого момента мы точно и не знали,
из чего мы состоим.

После этой работы

мы теперь знаем, что состоим
из 3 миллиардов базовых пар А, Г, Ц и Т.

И это наш «чертёж».

Это то, с чем нам придётся иметь дело,
чтобы сделать жизнь лучше.

Именно это происходит в процессе развития.

Мы все начинаем жизнь,
будучи лишь эмбрионом.

Вы понимаете это, так?

Этот эмбрион проходит процесс развития.

Мы называем это развитием.

Проходит через этот процесс,
чтобы стать тканями и телом,

есть целый ряд сигналов,
способствующих развитию.

Не важно, как они называются.

Это белковые молекулы, которые
путешествуют по вашему телу,

указывая клеткам стать сердцем,
или поджелудочной железой, или кожей,

и это формирует тело.

А эта зелёная стрелка, к сожалению,
задумана и спроектирована в вашем геноме,

и это «улица с односторонним движением».

Поэтому, если что-то пойдет не так
с вашей поджелудочной железой,

вы получите условия для развития диабета.

Если ваше сердце перестанет работать,

у вас появятся заболевания сердца
и проблемы с кожей, и всё в том же духе.

И это те преграды,
которые мы хотим преодолеть.

И крупное технологическое открытие

было сделано одним учёным,
практически без посторонней помощи,

это Яманака из университета Киото,

около 10 лет назад.

И он смог взять одну из клеток кожи,

дифференцированных клеток кожи,

затем активировал конкретный набор генов,
называемых транскрипционными факторами,

с помощью вируса

и затем заставил их превратиться в клетки,
почти подобные эмбриональным.

Они не совсем эмбриональные.

Это клетки в чашке Петри, но они
функционируют как эмбриональные,

поэтому у вас есть второй шанс,
чтобы перезапустить эту машину,

снова пройти по зелёной стрелке,

так что вы сейчас, вероятно, можете
получить свежую новую ткань.

Если у вас проблемы с сердцем,

тогда вы, вероятно, можете создать
клетки в этой чаше Петри

и затем дифференцировать их в новое
сердце и поместить его в своё тело.

Теперь у нас есть кое-что для создания
более продолжительной разумной жизни.

Тем не менее, чего не хватает
на этой красной стрелке,

так это синтетических сигналов,
которые обращают время вспять,

потому что природа никогда не намеревалась

дедифференцировать клетки кожи обратно
в клетки, подобные эмбриональным.

Итак, эти синтетические сигналы — это то,
чего никогда не существовало в природе,

и вот здесь-то моё исследование
становится значимым.

Я был заинтересован в том, чтобы
попытаться увидеть, что мы можем сделать.

Перед тем, как я расскажу вам о втором
основном прорыве,

я приготовил один слайд для демонстрации
AB204, подсвеченное жёлтым.

Он имитирует BMP2.

BMP2 — это естественный сигнал, который
инструктирует клетку превратиться в кость.

Можем ли мы справиться лучше,
чем Мать-Природа?

И эта технология — первая технология,
о которой я вам только что рассказал.

Есть кость, верхняя часть черепа мыши.

Мы сделали маленькое отверстие,
примерно 5 мм в диаметре,

и если отверстие слишком большое,
оно потом не срастётся.

Если щель мала, она обычно срастается,

но кости взрослых особей не слишком
хороши в самовосстановлении.

Итак, спустя три месяца
оно так и остаётся отверстием.

Естественные сигналы BMP2,
нанесённые на кусочек губки,

накладываются на отверстие в 5 мм,

затем, спустя три месяца,

можно увидеть, что значительная часть
отверстия срослась.

Ниже вы видите рентгеновский снимок —

можно наблюдать
значительное восстановление.

Это синтетический сигнал,
который я создал,

AB204 весом 0,1 микрограмм.

Отметим, что это 1/10 материала,
нанесённого на ту же губку.

Кладём его на то же отверстие.

Вы видите, что восстановление кости
прошло гораздо лучше.

Вообще-то, его слишком много.

Вероятно, вам не нужно даже 0,1,

вам будет достаточно 0,01 микрограмма.

Итак, возможны синтетические сигналы,
которые справляются лучше Матери-Природы.

Я думаю, люди осознают,
что мы в общем-то не ограничены

тем, что дала нам Мать-Природа
в нашем геноме.

А теперь вторая технология.

Это не моя разработка, но это очень важно.

Если вы об этом не слышали,
стоит услышать.

Это произносится как «криспер».

CRISPR — это фрагмент ДНК,
который был открыт микробиологами.

В сочетании с бактериальным белком,
который называется Cas,

фрагментом РНК, который работает
как управляющая молекула,

у нас сейчас есть технология,
которая исправляет, изменяет

каждое из этих оснований по одному.

Это правда.

Ваш ген, который состоит
из трёх миллиардов базовых пар,

может быть изменён в любом месте,
в каком только захотите.

Это никогда не случалось,
никогда не было возможным.

Все эти вещи произошли благодаря
прорывным технологиям,

которые начались со структуры ДНК,
открытой Уотсоном и Криком,

и разрабатываются и сейчас.

Это хорошие новости для тех,
у кого есть врождённые дефекты.

У нас обычно 30 000 генов

и 8 000 различных генетических отклонений.

Знаете, некоторые люди рождаются
с отклонениями в конкретном ферменте,

потому что одно из оснований изменилось.

Это называется мутациями.

Это случается с раковыми больными.

Когда мы обнаруживаем это,

мы можем приблизиться к конкретному
основанию цепи ДНК,

которая имеет 3 миллиарда базовых пар,

и исправить его,

меняя А, Г, Ц и Т на нужное основание.

Алфавит этого генома прост: А, Г, Ц и Т.

Он состоит из четырёх букв.

Итак, если мы сможем делать это
с человеком, это потрясающая новость.

Фактически мы можем менять генетические
отклонения, с которыми вы родились,

а некоторые люди могут даже пожелать
получить другой характер.

Я хочу то-то и то-то,
и я хочу генетические изменения,

и это на самом деле случилось
4 месяца назад у китайских учёных.

Впервые они сообщили,

что технология CRISPR была применена
в отношении человеческого эмбриона,

так что человеческий геном
может быть отредактирован.

В некоторой степени это пугающая мысль.

Ваш геном может быть отредактирован.

Но это уже происходит.

Вместе с технологией применения стволовых
клеток, которая обращает время вспять,

у вас появляется второй шанс
для повторного начала вашего развития.

Итак, у вас есть вторая технология,
которая исправляет или меняет гены.

Даже если вы родились с основанием А
и вы взрослый,

вы можете переключить его с А на Г

и откатиться к своему
эмбриональному состоянию,

перезагрузить своё сердце,
получить новое сердце.

Позвольте мне завершить двумя
следующими слайдами.

Пришло время включить воображение.

Спустя 100 лет, может, 200 лет,

какой станет жизнь,

если ваши гены будут модифицированы
для того, чтобы жить дольше?

Я уже сказал, что ваш геном
не задуман так, чтобы жить долго.

Он сконструирован так, чтобы завершить
жизнь спустя 100 лет,

может, 142 года или что-то вроде этого.

Но с этими двумя новыми технологиями,
технологией применения стволовых клеток

и технологией редактирования генома,

наша форма жизни станет
в некоторой степени другой.

Возможно, нам уже не будет нужно
наше тело.

Жизнь может основываться на нашем геноме,
но тело может уже не потребоваться.

Вот что пугает меня ещё больше:

какое определение дать самому себе?

Кто я? Что я такое?

Моё тело меня больше не определяет.

Что продолжает функционировать,
так это мозг,

и вы наверняка уже не раз слышали,

что генетическая база,

которая наполняет мысли и характер
или поведение,

встроена в нейронную сеть.

И физическая основа этой нейронной сети

фактически записана в виде генов.

Так, эта пугающая мысль стала основой
фильма «Гаттака» 1997 года.

Читается как G-A-T-T-A-C-A
[англ. названия оснований ДНК].

Я думаю, режиссёр имел в виду именно это.

В этом фильме режиссёр хотел сказать
что-то вроде следующего:

он поднял вопрос,

может ли наша воля сыграть свою роль
в решении нашей судьбы, невзирая на гены.

В этом фильме Итан Хоук рождён
гражданином второго сорта,

а Ума Турман была рождена

и её гены были спроектированы
для жизни в высшем обществе,

и он влюбился в неё

и силой любви преодолел
этот генетический барьер.

Я не вполне представляю, станет ли это
наиболее рациональным решением вопроса.

Но в некоторой степени я разделяю мысль,

что в не слишком отдалённом будущем
мы столкнёмся с очень серьёзным вопросом.

Что я такое?

Фактически даже сейчас моё тело состоит
из 37 триллионов клеток,

но оно также содержит более
100 миллионов клеток бактерий —

в вашем кишечнике, на вашей коже.

Поэтому, по сути, я на 30% человек
и на 70% бактерия.

Это правда.
Поэтому это в общем-то не я.

Что, если мы начнём менять части тела,

используя технологию применения
стволовых клеток и технологию CRISPR?

Части нашего тела будут получены
из синтетических материалов.

Я ли это?

Ещё более пугающей мыслью является
мысль об искусственном интеллекте,

когда мозговая активность дополняется
или объединяется с сетью,

контролируемой компьютерными
чипами и алгоритмами.

Сколько в этом меня?

Это действительно сложный вопрос,
чтобы решить его простым способом.

Но, по крайней мере, я дал вам
пищу для размышлений.

И вот моё мнение.
Вот моё решение.

На самом деле, не тело определяет меня.

Меня определяет окружение и воздействие,
которое я оказываю на друзей и близких.

Поэтому спасибо за то, что вы мои друзья
и близкие в этой жизни,

и я ценю ваше внимание.

Большое вам спасибо.

(Аплодисменты)