Como sabem, eu já falei sobre alguns desses projetos antes
sobre o genoma humano e a sua importância
e a descoberta de novos conjuntos de genes.
De fato estamos começando em um novo ponto:
nós temos digitalizado a biologia,
e agora tentamos ir desse código digital
para uma nova fase na biologia,
projetar e sintetizar vida.
Então, sempre temos feito grandes perguntas.
"O que é vida?" é algo que acho que muitos biólogos
têm tentado compreender
em vários níveis.
Nós temos tentado várias abordagens,
reduzindo-a aos seus componentes mínimos.
Nós estamos digitalizando isso agora por quase 20 anos.
Quando nós sequenciamos o genoma humano,
partiu-se do mundo análogo da biologia
para o mundo digital do computador.
Agora tentamos perguntar, podemos regenerar vida,
ou podemos criar nova vida,
a partir desse universo digital?
Esse é o mapa de um pequeno organismo,
Mycoplasma genitalium,
que apresenta o menor genoma para uma espécie
que pode se auto-replicar em laboratório.
E nós estivemos tentando apenas ver se
conseguimos chegar a um genoma ainda menor.
Nós somos capazes de eliminar algo em torno de cem genes
dos cerca de 500 que temos aqui.
Mas quando olhamos para o seu mapa metabólico
ele é relativamente simples
comparado ao nosso.
Acreditem, isso é simples.
Mas quando olhamos todos esses genes
que podemos eliminar um por um,
é pouco provável que isso resultaria
em uma célula viva.
Então, decidimos que a única maneira de ir adiante
era sintetizar esse cromossomo de fato
podendo variar os componentes
para contestar algumas dessas questões mais fundamentais.
E então iniciamos o caminho rumo a,
"Podemos sintetizar um cromossomo?"
A química nos permite construir
essas moléculas realmente grandes
algo que nunca fizemos antes?
E, se nós fizermos, poderemos ligar um cromossomo?
Um cromossomo, a propósio, é só um pedaço inerte de material químico.
Então, nosso ritmo de digitalização da vida tem aumentado
em um ritmo exponencial.
Nossa habilidade em escrever o código genético
tem se modificado bem lentamente,
mas tem crescido.
E nosso último ponto a colocaria numa curva exponencial.
Começamos isso há 15 anos atrás.
Levou vários estágios, de fato,
começando com uma revisão bioética antes de realizarmos os primeiros experimentos.
Mas descobriu-se que sintetizar DNA
é muito difícil.
Há dezenas de milhares de máquinas pelo mundo
que fazem pequenos pedaços de DNA,
segmentos de 30 a 50 letras,
e esse é um processo degenerativo, então quanto maior o pedaço construído,
mais erros haverão.
Então tivemos que criar um novo método
para colocar todos esses pequenos pedaços juntos e corrigir todos os erros.
E essa foi nossa primeira tentativa, começando com a informação digital
do genoma do Phi X 174.
Esse é um pequeno vírus que ataca bactérias.
Nós projetamos os pedaços, passamos pelo nosso corretor de erros,
e obtemos uma molécula de DNA
de cerca de 5.000 letras.
A parte empolgante começou quando pegamos esse pedaço de material químico inerte
e inserimos em uma bacteria,
e a bactéria começou a ler esse código genético,
fabricando as partículas virais.
As partículas virais foram então liberadas das células,
voltaram e mataram as E. coli.
Eu estive conversando com a industria de petróleo, recentemente,
e disse que eles entendem este modelo claramente.
(Risos)
Eles riram mais do que vocês.
Então pensamos que esta é uma situação
onde o software pode, realmente, construir seu próprio hardware
em um sistema biológico.
Mas queríamos ir mais além.
Nós queríamos construir o cromossomo bacteriano inteiro.
São mais de 580.000 letras de código genético.
Então pensamos em contruí-lo em partes do tamanho dos vírus,
de forma a podermos variar as partes
para entender
quais são os componentes efetivos de uma célula viva.
Projetar é crítico,
e se você inicia com a informação digital no computador,
essa informação deve ser realmente precisa.
Quando nós primeiramente sequenciamos esse genoma em 1995,
o padrão de precisão era de um erro a cada 10.000 pares de bases.
Nós descobrimos, re-sequenciando este genoma,
30 erros. Se tivessemos usado aquela sequência original,
ela nunca teria sido capaz de funcionar.
Parte de projetar é desenhar pedaços
de cerca de 50 letras
que precisa se encaixar com todos os outros pedaços de 50 letras
para construir subunidades menores
que precisamos desenhar de forma que elas possam se combinar.
Nós desenhamos elementos únicos nessas sequências.
Vocês devem ter lido que colocamos marcas-d'água nelas.
Pensem nisso:
nós temos um código genético de quatro letras: A, C, G e T.
Trincas dessas letras -- essas letras
codificam apenas 20 aminoácidos --
assim há uma designação de uma única letra
para cada aminoácido.
Então podemos usar o código genético para escrever palavras,
frases, pensamentos.
Inicialmente, tudo que fizemos foi autografar a sequência.
Alguns ficaram desapontados por não ser poesia.
Nós projetamos os pedaços de modo
que pudessemos digeri-los com enzimas.
Há enzimas que fazes reparos e os ligam.
E começamos fazendo os pedaços,
inicialmente com pedaços de 5 a 7.000 letras
juntando-os para fazer pedaços de 24.000 letras,
e então unir conjuntos desses até pedaços de 72.000 letras.
Em cada estágio, aumentamos abundantemente esses pedaços
de forma que pudéssemos sequenciá-los
porque estamos tentando criar um processo que é extremamente robusto --
que vocês poderão ver em um minuto.
Estamos tentando chegar ao ponto de automação.
Isso se assemelha às finais do basquete.
Quando chegamos nesses pedaços realmente grandes --
com mais de 100.000 pares de bases --
eles não crescem de imediato em E. coli.
Isso exaure todas as modernas ferramentas da biologia molecular.
E então nos voltamos para outros mecanismos.
Sabíamos que existia um mecanismo denominado recombinação homóloga,
que a biologia utiliza para reparar DNA,
que pode unir esses pedaços.
Aqui está um exemplo disso.
Há um organismo chamado
Deinococcus radiodurans
que pode suportar três milhões rads de radiação.
Vocês podem ver no painel, que o cromossomo se fragmenta.
12 a 24 horas depois, ele se
reconstitui exatamente como era antes.
Nós temos milhares de organismos capazes de fazer isso.
Esses organismos podem ser totalmente dessecados.
Eles podem viver no vácuo.
Estou absolutamente convicto que possa existir vida no espaço,
se mover, encontrar um novo ambiente aquoso.
De fato, a NASA tem mostrado um monte disso por aí.
Aqui está um micrográfico da molécula que construímos
usando esses processos -- na verdade usando apenas mecanismos de levedura
com o correto desenho dos pedaços que colocamos.
A levedura os une automaticamente.
Esse não um micrográfico eletrônico;
é apenas uma fotomicrografia normal.
Esta é uma molécula tão grande
que podemos visualisá-la com microscópio óptico.
Essas são fotos de um período de cerca de seis segundos.
Essa é a publicação que fizemos há pouco tempo atrás.
São mais de 580.000 letras de código genético.
É a maior molécula, de uma estrutura definida, feita por humanos.
Ela pesa mais de 300 milhões de massa molecular.
Se imprimissemos em fonte 10, sem espaços,
seriam necessárias 142 páginas
apenas para imprimir esse código genético.
Bem, como ligamos um cromossomo? Como o ativamos?
Obviamente, com vírus é muito simples.
É bem complicado lidar com bactérias.
Também é mais simples quando você
lida com eucariontes, como nós:
você pode apenas retirar o núcleo
e substituir por um outro,
e isso é tudo aquilo que vocês já ouviram falar sobre clonagem.
Com arqueobactérias, o cromossomo é integrado a célula,
mas recentemente demonstramos que podemos fazer um transplante completo
de um cromossomo de uma célula para outra
e ativá-lo.
Nós purificamos o cromossomo de uma espécie de micróbio.
Grosso modo, esses dois são tão distantes quanto humanos e camundongos.
Nós adicionamos alguns genes extras
de modo que pudemos selecionar esse cromossomo.
Nós o digerimos com enzimas
para eliminar todas as proteínas.
E foi bastante surpreendente quando o colocamos na célula --
e vocês irão apreciar
nossos gráficos bem sofisticados aqui --
o novo cromossomo entrou na célula.
De fato, achamos que este deveria ser o mais longe que iríamos,
mas tentamos desenhar o processo um pouco mais além.
Bem aqui, temos um dos principais mecanismos da evolução.
Nós encontramos todos os tipos de espécies
que adquiriram um segundo cromossomo
ou um terceiro de algum lugar,
adicionando milhares de novas características
em um segundo para aquela espécie.
Então pessoas que pensam em evolução
como sendo uma mudança em um gene por vez
perderam muito de biologia.
Há enzimas denominadas enzimas de restrição
que efetivamente digerem DNA.
O cromossomo que estava na célula
não tinha nenhuma.
A célula -- o cromossomo que inserimos -- tem.
Ele foi expressado, e reconheceu
o outro cromossomo como um corpo estranho,
digeriu-o, e então acabamos
só com a célula com o novo cromossomo.
Ela tornou-se azul devido a genes que inserimos.
E num curto intervalo de tempo,
todas as características de uma espécie foram perdidas,
e totalmente convertida em uma nova espécie,
baseada no novo software que colocamos na célula.
Todas as proteínas mudaram,
as membranas modificaram-se --
quando lemos o código genético, ele é exatamente aquele que transferimos para célula.
Isto pode soar como alquimia genômica,
mas nós podemos, modificando o software DNA,
mudar as coisas de uma forma bastante intensa.
Agora, eu argumentei, isto não é criação -
é algo desenvolvido a partir de três bilhões e meio de anos de evolução,
e eu suporto a idéia de que estamos, talvez,
prestes a criar uma nova versão da explosão Cambriana
em que haveverá uma nova e massiva especiação
baseada nesse projeto digital.
Por que fazer isto?
Acredito que isto seja bastante óbvio em termos das necessidades.
Estamos prestes a passar de seis e meio
para nove bilhões de pessoas nos próximos 40 anos.
Contextualizando para mim mesmo:
Nasci em 1946.
Existe hoje no planeta, três pessoas
para cada um de nós que existíamos em 1946;
em 40 anos, serão quatro.
Temos problemas em alimentar, fornecer água pura e limpa,
remédios, combustível
para seis e meio bilhões.
Será ainda pior para nove bilhões.
Nós usamos mais de 5 bilhões de toneladas de carvão,
mais 30 bilhões de barris de óleo.
São centenas de milhões de barris por dia.
Quando tentamos pensar em processos biológicos
ou qualquer outro processo para substituir,
isto será um grande desafio.
Além disso, claro, há todo o
CO2 proveniente desse material
que acaba na atmosfera.
Nós agora, a partir de nossas descobertas ao redor do mundo,
temos um banco de dados com cerca de 20 milhões de genes,
e eu gosto de pensar neles como os componentes do desenho do futuro.
A indústria eletrônica tem apenas uma dúzia mais ou menos de componentes,
e vejam a diversidade que há a partir deles.
Fundamentalmente estamos limitados
por uma realidade biológica
e nossa imaginação.
Nós agora temos técnicas,
devido a esses rápidos métodos de síntese,
de fazer o que estamos chamando de genômica combinatória.
Agora temos a habilidade de construir um grande robô
capaz de fazer um milhão de cromossomos por dia.
Quando você pensa em processar esses 20 milhões de genes diferentes,
ou tentar otimizar processos
para produzir octano ou produzir fármacos,
novas vacinas,
podemos mudar, apenas com uma pequena equipe,
fazer mais biologia molecular
do que nos últimos 20 anos em toda a ciência.
E isso é apenas seleção padrão.
Nós podemos selecionar pela viabilidade,
produção de combustível ou química,
produção de vacinas, etc.
Esta é visualização
de alguns softwares de desenho reais,
em que estamos trabalhando para podermos nos sentar
e desenhar espécies no computador.
Vocês sabem, nós não sabemos necessariamente como ela se parecerá.
Nós sabemos exatamente como o código genética delas será.
Nós estamos focando agora em combustíveis de quarta-geração.
Recentemente vocês viram que etanol a partir de milho
é uma péssima experiência.
Nós temos combustíveis de segunda e terceira geração
que estarão disponíveis relativamente em breve
que são açúcar, para combustíveis de valor bem mais alto
como octano ou diferentes tipos de butanol.
Mas a única forma que pensamos que a biologia
possa ter um impacto maior sem
aumentar mais os custos ou limitar a disponibilidade de alimentos
é se começarmos com o CO2 como reagente
e então estamos trabalhando em projetar células que sigam este princípio
e achamos que teremos os primeiros combustíveis de quarta-geração
em aproximadamente 18 meses.
Energia solar e CO2 são um método --
(Aplausos)
-- mas em nossas descobertas pelo mundo,
nós temos vários outros tipos de métodos.
Esse é um organismo descrito em 1996.
Ele vive em águas profundas,
cerca de uma milha e meia de profundidade,
quase sob temperaturas de fervura da água.
Ele transforma CO2 em metano
usando hidrogênio como fonte de energia.
Nós estamos tentando ver se podemos
coletar o CO2 capturado,
que pode ser facilmente encanado para terrenos,
converter esse CO2 de volta em combustível
para dirigir esse processo.
Então em um pequeno período de tempo,
achamos que poderemos ser capazes de aumentar
o que é a básica questão de "O que é vida?"
Nós sinceramente, vocês sabem --
temos objetivos modestos
de substituir toda a indústria petroquímica.
(Risos) (Aplausos)
Sim. Se você não pode fazer isto no TED, onde mais?
(Risos)
Tornar uma principal fonte de energia.
Mas além disso, nós estamos agora trabalhando em usar essas mesmas ferramentas
para criar conjuntos urgentes de vacinas.
Vocês viram este ano com a gripe,
estamos sempre um ano atrás e um dólar a menos
quando se trata de criar a vacina certa.
Acho que isto pode ser mudado
construindo vacinas combinadas antecipadamente.
Aqui está como o futuro pode começar a parecer
pela mudança, agora, da árvore evolutiva,
acelerando a evolução
com bactérias sintéticas, arqueobactérias,
e eventualmente eucariontes.
Estamos em vias distantes de melhoramento humano.
Nosso objetivo é apenas assegurar que tenhamos uma chance
de sobreviver tempo suficiente para talvez fazer isto. Muito obrigado.
(Aplausos)