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透由設計新的蛋白質，我們能夠解決五大挑戰

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    我將講述世界上最神奇的機器
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    以及我們現在能用它來做什麼。
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    你在細胞中看到的一些蛋白質，
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    基本上在我們體內
    執行所有重要的功能。
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    蛋白質可消化食物、
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    收縮肌肉、
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    激發神經元，
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    為免疫系統提供動力。
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    生物學中發生的一切，
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    幾乎全都因蛋白質而發生。
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    蛋白質是由稱為「氨基酸」的
    積木構成的線性鏈。
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    大自然用了 20 種氨基酸字母，
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    你們可能聽過其中若干名稱。
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    這圖中比例相對的
    每個凹凸都是個原子。
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    氨基酸間的化學力
    使這些長而細的分子
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    折疊成獨特的立體結構。
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    雖然折疊的過程看似隨機，
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    實際上非常的精確。
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    蛋白質總是折疊成其特徵的形狀，
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    而折疊的過程只需幾分之一秒。
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    蛋白質的形狀
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    使其能夠發揮卓越的生物功能。
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    例如，
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    肺裡的血紅蛋白
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    具有完全適合結合氧分子的形狀。
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    當血紅蛋白移到肌肉時，
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    形狀會稍微改變，
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    釋出氧氣。
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    蛋白質的形狀及其奇妙的功能
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    完全由蛋白質鏈的氨基酸序列所定。
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    這張圖片頂部的每個字母都是氨基酸。
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    這些序列來自哪裡？
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    基因組中的基因
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    訂定蛋白質的氨基酸序列。
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    每個基因
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    為單個蛋白質的氨基酸序列編碼。
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    這些氨基酸序列
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    與蛋白質的結構和功能之間的翻譯
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    被稱為蛋白質的折疊問題。
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    這是個非常困難的問題，
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    因為蛋白質能有許多不同的形狀。
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    由於它這麼複雜，
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    人類只能透由稍微更動
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    自然界蛋白質的氨基酸序列
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    來利用蛋白質的能量。
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    這相當於石器時代祖先用來製作
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    我們在周遭世界發現的
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    木棒、石製工具和其他工具的過程。
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    但是人類並非透由
    修改鳥類來學習飛行。
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    （笑聲）
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    相反地，受鳥類啟發的科學家
    發現氣體動力學的原理，
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    接著工程師用這些原理
    來設計和製作飛行機器。
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    多年來，我們已經用類似的方式
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    揭示蛋白質折疊的基本原理，
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    並用名為 Rosetta 的
    電腦軟體將這些原理編碼。
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    我們近年來有了突破，
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    能夠在電腦上從頭開始
    設計全新的蛋白質。
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    一旦設計出新的蛋白質，
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    我們就會在合成基因中
    將其氨基酸序列編碼。
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    我們必須合成基因
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    是因為蛋白質是全新的，
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    目前地球上沒有任何生物體
    有它的基因編碼。
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    我們在理解蛋白質的折疊
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    和如何設計蛋白質方面取得的進展，
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    加上基因合成費用的降低，
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    以及符合摩爾定律提高的運算能力，
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    使我們現在能夠設計出成千上萬種
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    具有新形狀和新功能的新蛋白質，
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    在電腦上設計，
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    並編碼合成每個基因。
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    一旦擁有這些合成的基因，
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    我們將其置入細菌，
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    讓它們製造這些全新的蛋白質。
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    然後我們提取蛋白質，
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    看它們的功能是否符合我們的設計，
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    以及它們是否安全。
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    能製造新的蛋白質令人振奮，
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    因為儘管自然界多姿多樣，
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    卻只演化出
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    所有可能的蛋白質
    總數中的一小部分。
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    我說過大自然用了
    20 個氨基酸字母，
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    典型的蛋白質是
    大約 100 個氨基酸的長鏈，
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    所以可能性的總數
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    是 20 乘以 20 乘以 20，
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    乘 100 次，
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    是 10 的 130 次方，
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    遠遠超過自地球出現生命以來
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    曾經存在過的蛋白質總數。
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    而這正是我們現在能用運算能力
    來設計和探索蛋白質的
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    難以想像的廣大空間。
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    現存地球的蛋白質以進化
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    來解決自然演化所面臨的問題。
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    例如，複製基因組。
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    但我們今天面臨新的挑戰。
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    我們活得更長，
    因此新疾病極其重要。
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    我們正污染地球和令其升溫，
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    因此面臨著一系列的生態挑戰。
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    如果我們能等百萬年，
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    新的蛋白質演化
    或許能解決這些挑戰。
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    但我們無法等上百萬年。
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    取而代之，透由運算來設計蛋白質，
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    我們能設計新的蛋白質
    來對付當前的挑戰。
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    我們的大膽想法
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    是透由蛋白質設計的技術革命
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    帶生物學跳脫石器時代。
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    我們已經證明能夠設計出
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    具有新形狀、新功能的新蛋白質。
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    例如，疫苗透由刺激免疫系統
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    對病原體產生強烈的反應作用。
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    為了製造更好的疫苗，
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    我們設計蛋白質顆粒
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    來融合病原體中的蛋白質——
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    就像此處藍色的蛋白質，
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    取自呼吸道融合病毒 RSV。
    （Respiratory Syncytial Virus）
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    為確認候選的疫苗
    真的含有病毒蛋白，
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    我們發現這候選疫苗
    對病毒的免疫反應
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    勝過先前已經測試過的任何疫苗。
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    這很重要，因為
    呼吸道融合病毒 RSV
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    目前是全球嬰兒夭折的主要原因之一。
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    我們還設計新的蛋白質
    來分解胃中的麩質，
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    對付腹腔疾病；
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    也設計其他的蛋白質
    來刺激免疫系統對抗癌症。
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    這些進步是蛋白質設計革命的開始。
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    我們受先前技術革命的啟發。
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    數位革命大大歸功於
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    貝爾實驗室所取得的進步。
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    貝爾實驗室是個開放、協作的環境，
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    吸引世界各地的頂尖人才。
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    這引領一系列的創新：
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    電晶體、雷射、衛星通信
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    和網際網路的基礎。
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    我們的目標是建立
    蛋白質設計的貝爾實驗室。
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    我們正尋求吸引
    世界各地的優秀科學家
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    來一起加速蛋白質設計的革命，
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    我們將專注於五大挑戰。
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    首先經由從世界各地的流感病毒株中
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    提取蛋白質，
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    並將它們放在我之前展示的
    蛋白質設計顆粒的頂部，
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    我們著眼於製造
    一種通用的流感疫苗，
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    打一針就能保護終生免於流感。
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    設計能力——
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    （掌聲）
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    在電腦上設計新疫苗的能力
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    對於防止自然的流感疫情
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    和防範刻意的生物恐攻都很重要。
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    其次，我們用遠遠超出大自然
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    有限的 20 個氨基酸字母
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    來設計新的治療候選藥物，
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    來對付像是慢性疼痛，
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    用的是數千種氨基酸字母。
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    第三，我們正在建立先進的載運工具，
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    以便將現有的藥物準確定位在
    它們應該進入的體內位置。
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    例如，腫瘤的化療，
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    或修復組織的基因治療。
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    第四，我們正在設計
    能在體內運算的智慧療法，
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    遠遠超出目前的藥物，
  • 8:52 - 8:54
    那些是非常遲鈍的藥物。
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    例如，目標對準
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    造成自身免疫疾病的
    一小部分免疫細胞，
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    將其與絕大多數
    健康的免疫細胞區隔開來。
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    最後，靈感來自
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    絲綢、鮑魚殼、牙齒等
    非凡的生物材料，
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    以及其他材料，
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    我們正在設計新的蛋白質基底材料，
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    以對付能源和生態問題的挑戰。
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    為要做到這一切，
    我們正在擴展我們機構。
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    我們尋求吸引世界各地
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    精力充沛、才華橫溢、
    多元的科學家——
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    涵蓋所有的職涯階段——
  • 9:33 - 9:35
    來加入我們。
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    你還可以透由我們線上的
    折疊和設計遊戲「Foldit」
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    參與蛋白質設計革命。
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    透由我們的分散式運算專案
    Rosetta@home，
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    可以在筆記型電腦
    或安卓智慧手機上操作。
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    透由設計蛋白質使世界變得更好
    是我的終生職志。
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    我們能一起做點什麼的想法
    深深鼓舞著我。
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    希望你能加入我們。
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    謝謝。
  • 10:02 - 10:07
    （掌聲）
Title:
透由設計新的蛋白質，我們能夠解決五大挑戰
Speaker:
大衛 · 貝克
Description:

蛋白質是非凡的分子機器：能消化食物、激發神經元、為免疫系統提供動力等等。 如果能設計出具有前所未有功能的新蛋白質會如何？ 大衛 · 貝克在這對未來的非凡展望中，分享他的蛋白質設計團隊如何從零開始創造全新的蛋白質，以及如何有助於解決人類所面臨的五大挑戰。 （這雄心勃勃的計劃是 TED 激勵和資助全球變革的大膽計劃〔Audacious Project〕的一部分。）
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
10:24

Chinese, Traditional subtitles

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