Yeni proteinler tasarlayarak çözebileceğimiz 5 zorluk

Proteinler inanılmaz moleküler makineler: Yiyeceğimizi sindiriyorlar, nöronlarımızı harekete geçiriyorlar, bağışıklık sistemimize güç veriyorlar ve çok daha fazlası. Peki ya yenilerini yapabilseydik, daha önce doğada hiç karşılaşmadığımız yeni işlevlerle? Bu geleceğe dair büyüleyici bakışta David Baker, Protein Tasarım Enstitüsü'ndeki ekibiyle nasıl sıfırdan yeni proteinler yaptığını anlatıyor ve insanlığın karşı karşıya olduğu beş devasa zorluğun üstesinden gelmemize yardım edebileceklerini gösteriyor. (Bu cesur fikir, TED'in küresel değişimi teşvik etmek ve buna fon sağlamak için hareketi Audacious Project'in bir parçasıdır.)

Sizlerle dünyadaki en harika makineler

ve onlarla ne yapabileceğimiz
hakkında konuşacağım.

Proteinler,

ki bir kısmını
bu hücre içinde görüyorsunuz,

temel olarak vücudumuzdaki
tüm önemli işlevleri yerine getirir.

Proteinler yiyeceğinizi sindirir,

kaslarınızı kasar,

nöronlarınızı harekete geçirir

ve bağışıklık sisteminizi güçlendirir.

Biyolojide olan her şey --

neredeyse --

proteinler sayesinde olur.

Proteinler, amino asit adı verilen
yapı taşlarının doğrusal zincirleri.

Doğa, 20 amino asitli bir alfabe kullanır,

bazılarının ismini duymuş olabilirsiniz.

Bu resimde, orantılı her yumru bir atom.

Amino asitler arasındaki kimyasal bağlar,
bu uzun ipliksi moleküllerin,

özgün üç boyutlu yapılara
katlanmasına sebep olur.

Katlanma süreci,

rastgele görünse de

aslında çok belli bir yol izler.

Her protein, her zaman kendi
karakteristik şekline katlanır

ve katlanma süreci sadece
saniyenin bir bölümünü alır.

Ve proteinlerin şekilleri sayesinde

olağanüstü biyolojik
işlevlerini gerçekleştirebilirler.

Örneğin

hemoglobin, akciğerlerde
bir oksijen molekülüne bağlanmak için

kusursuz uyumlu bir şekle sahip.

Hemoglobin kasınıza geçtiğinde

şekli nispeten değişir

ve oksijen dışarı çıkar.

Proteinlerin şekilleri

ve dolayısıyla onların
olağanüstü işlevleri,

protein zincirinde amino asitlerin
dizilimiyle tamamen belirlenir.

Bu resimde,
üstteki her harf bir amino asit.

Bu dizilimler nereden geliyor?

Genomunuzdaki genler,

proteinlerinizin amino asit
dizilimlerini belirler.

Her gen, bir proteinin
amino asit dizilimini kodlar.

Bu amino asit dizilimleri

ve proteinlerin yapı ve işlevleri
arasındaki aktarım,

protein katlanma problem olarak bilinir.

Çok zor bir problem

çünkü proteinin adapte olabildiği
çok sayıad farklı şekil var.

Bu karmaşıklık sebebiyle

insanlar proteinlerin gücünden
faydalanabilmek için

doğada bulduğumuz proteinlerin
amino asit dizilimlerinde

çok küçük değişiklikler yapıyor.

Bu, taş devri döneminde atalarımızın,

dünyada çevremizde
bulunan taş ve çubuklardan

araç ve diğer aletler
yaptıkları sürece benzer.

Ama insanlar, kuşları değiştirerek
uçmayı öğrenemedi.

(Gülme sesleri)

Yerine, bilim insanları kuştan esinlendi,
aerodinamik prensiplerini ortaya çıkardı.

Mühendisler sonra, o prensipleri uçan
araçlar tasarlamak için kullandı.

Benzer şekilde,

biz de uzun yıllardır çalışıyoruz

ve Rosetta adlı programla protein katlama
temel prensiplerini ortaya çıkarmak

ve bu prensipleri kodlamak için
uğraş veriyoruz.

Son yıllarda büyük bir atılım
gerçekleştirdik.

Artık bilgisayardaki çizimlerden tamamen
yeni proteinler tasarlayabiliyoruz.

Yeni proteini tasarladığımız zaman,

sentetik bir gende onun amino asit
dizilimini kodluyoruz.

Yapay bir gen yapmak zorundayız

çünkü protein tamamen yeni olduğundan

dünyada şu an hiçbir organizmada
onu kodlayacak gen yok.

Protein katlamayı anlamada

ve protein tasarlama gelişmelerimiz,

gen sentezi maliyetindeki azalma

ve Moore kanunun programlama
gücüyle birleşince

şimdi on binlerce
yeni protein tasarlayabiliyoruz,

tamanen yeni şekil ve işlevlerle,

bilgisayar üzerinde

ve bir sentetik gen içinde
her birini kodlayabiliyoruz.

Bu sentetik genleri edindiğimiz an,

onları bakterilerin içine koyarak

bu yeni proteinleri
yapmaları için programlıyoruz.

Sonra proteinleri çıkarıyor

ve tasarladığımız gibi işlediklerinden
ve güvenli olup olmadıklarından

emin oluyoruz.

Yeni proteinler yapabilmek heyecan verici

çünkü doğadaki çeşitliliğe rağmen

evrim yalnızca mümkün olan proteinlerden
çok küçük bir sayı bize sundu.

Size doğanın 20 amino asitli
bir alfabe kullandığını söylemiştim.

Sıradan bir protein
yaklaşık 100 amino asitli bir zincirdir;

yani mümkün olan ihtimaller sayısı
20 kere 20 kere 20 kere 100...

bu da 10 üzeri 130 eder,

bu da Dünya'da
hayat başladığından bu yana

var olan tüm proteinlerden
devasa sayıda daha çok protein demek.

Bu hayal bile edilemeyecek büyük alanı

artık kompütasyonel protein
tasarımıyla keşfedebiliyoruz.

Dünya'da var olan proteinler

doğal evrimin sunduğu sorunları
çözecek şekilde evrildiler.

Genomun kopyasını yapmak gibi.

Ancak bugün yeni zorluklarla yüz yüzeyiz.

Daha uzun yaşıyoruz,
dolayıısyla hastalıklar önemli.

Gezegeni ısıtıyor ve kirletiyoruz,

o yüzden bir dizi ekolojik zorlukla
karşı karşıyayız.

Bekleyecek bir milyon yılımız olsaydı

yeni proteinler bu zorlukları
çözecek şekilde evrilebilir.

Ama bekleyecek bir milyon yılımız yok.

Bunun yerine, kompütasyonel tasarımla

bu zorluklara yönelebileceğimiz
yeni proteinler tasarlayabiliyoruz.

Cesur fikrimiz, Taş Devri'nden
biyolojiyi alarak

protein tasarımında
teknolojik devrimden geçirmek.

Yeni şekil ve işlevlerde

yeni proteinler tasarlayabileceğimizi
zaten gösterdik.

Örneğin aşılar, bağışıklık sisteminizi
stimüle ederek çalışırlar,

bir patojene karşı
güçlü bir tepkime elde etmek için.

Daha iyi aşılar elde etmek için

patojenlerden protein
kaynaştırabileceğimiz

protein partikülleri tasarladık,

buradaki mavi protein gibi,
solunum virüsü RSV'den elde edilmiş.

Viral proteinle gerçekten sımsıkı duran

aşı adayları yapmak için

bu tür aşı adaylarının

virüse karşı daha önce test edilmiş
tüm aşılara göre

çok daha güçlü bir
bağışıklık tepkimesi ürettiğini gördük.

Bu önemli çünkü RSV, dünya çapında

çocuk ölümlerinin başında geliyor.

Ayrıca çölyak hastalığı için midenizdeki
glutenleri parçalayan

yeni proteinler de tasarladık

ve kanserle savaşmada bağışıklık sistemini
stimüle edecek başka proteinler.

Bu ilerlemeler protein tasarım
devriminin daha başlangıcı.

Daha önce ortaya çıkan
teknolojik bir devrimden esinlendik:

Dijital devrim,

büyük oranda tek bir yerdeki
ilerlemelere bağlı olarak ortaya çıktı,

Bell Laboratuvarları.

Bell Labs açık
ve iş birliğine dayalı bir yerdi

ve dünyanın her yerinden
en iyi yetenekleri çekerdi.

Bu da beraberinde bir dizi
göz kamaştırıcı yenilik getirdi --

transistör, lazer, uydu iletişimi

ve internetin temelleri.

Bizim amacımız da protein tasarımının
Bell Laboratuvarları'nı inşa etmek.

Dünyanın dört bir yanından
yetenekli bilim insanları arıyoruz,

bu protein tasarım
devrimine hız kazandıracak

ve birlikte beş büyük zorluğa yöneleceğiz.

Bir, dünyanın her yerinden
grip vakalarından proteinler alarak

size başlarda gösterdiğim
tasarlanmış protein partiküllerinin

en üst kısmına koyacağız,

evrensel bir grip aşısı
yapmayı hedefliyoruz,

tek bir iğne gribe karşı
hayat boyu koruma sağlayacak.

Tasarlama yetisi --

(Alkışlar)

Bilgisayarda yeni aşılar
tasarlama yeteneği

hem doğal grip salgınlarına karşı
koruma sağlamak için önemli

hem de kasti biyolojik
terörizm saldırılarına karşı.

İkincisi, doğanın 20 harften oluşan
kısıtlı alfabesinin

çok ötesine giderek

kronik ağrı gibi vakalar için
yeni tedavisel adaylar tasarlayacağız,

binlerce amino asitten oluşan
bir alfabe kullanacağız.

Üçüncüsü, ileri düzey
gönderim araçları kullanacağız,

bununla amaç, mevcut ilaçları vücutta
tam da gitmesi gereken yere göndermek.

Örneğin bir tümöre karşı kemoterapi

veya gen tamiri geçirecek dokuya
gen tedavisi uygulamak gibi.

Dördüncüsü, vücut içinde hesaplama
yapabilen akıllı tedaviler tasarlıyoruz

ve mevcut ilaçların
çok ilerisine gidiyoruz,

ki bunlar gerçekten iş bitiren araçlar.

Örneğin bir otoimmün hastalıktan sorumlu

küçük bir bağışıklık hücresi
kümesini hedef alabilecek

ve bunları o devasa sağlıklı
bağışıklı hücrelerinden ayırt edebilecek.

Son olarak, inanılmaz biyolojik
materyallerden esinlenerek

örneğin ipek,
istiridye kabuğu, diş ve benzeri,

yeni protein bazlı
materyaller tasarlıyoruz,

enerji ve ekolojik konulardaki
zorluklara da yönelmeyi amaçlıyoruz.

Tüm bunları yapmak için
enstitümüzü büyütüyoruz.

Tüm dünyadan ve her kariyer aşamasından
bizimle çalışmaları için

enerjik, yetenekli ve farklı
alt yapılardan bilim insanları arıyoruz.

Protein tasarım devrimine

çevrim içi katlama ve tasarım oyunumuz
Foldit ile de katılabilirsiniz.

Dağıtımlı hesaplama projemiz
Rosetta@home ile de katılabilirsiniz,

buna da diz üstünüzden veya
Android cihazlarınızdan katılabilirsiniz.

Protein tasarımıyla dünyayı daha iyi
bir yer yapmak benim işim.

Birlikte yapabileceklerimiz için
çok heyecanlıyım.

Umarım bize katılırsınız

ve teşekkür ederim.

(Alkışlar ve tezahüratlar)