Sabem, já tenho falado de alguns destes projetos antes,
sobre o genoma humano e o que isso poderá significar,
e a descoberta de novos conjuntos de genes.
Estamos a começar num ponto novo:
temos estado a digitalizar a biologia.
e agora estamos a tentar partir desse código digital
para uma nova fase da biologia,
desenhando e sintetizando vida.
Então, temos tentado sempre fazer perguntas importantes.
"O que é a vida?" é uma coisa
que creio que muitos biólogos têm tentado perceber
a vários níveis.
Temos tentado vários métodos,
reduzindo-a aos componentes básicos.
Há quase 20 anos que a digitalizamos.
Quando sequenciámos o genoma humano,
passámos do mundo analógico da biologia
para o mundo digital do computador.
Agora estamos a tentar perguntar: "Conseguiremos regenerar vida,
"ou conseguiremos criar vida nova, a partir deste universo digital?"
Este é o mapa de um organismo pequeno,
Mycoplasma genitalium,
que possui o genoma mais pequeno de uma espécie
que consegue multiplicar-se sozinho em laboratório.
E temos tentado ver se conseguimos descobrir
um genoma ainda mais pequeno.
Conseguimos eliminar uns 100 genes
dos 500 e tal presentes.
Mas quando olhamos para o seu mapa metabólico,
vemos que é relativamente simples em comparação com o nosso.
Acreditem, isto é simples.
Mas quando olhamos para os genes todos
que podemos tirar um de cada vez
é muito pouco provável que isto dê uma célula viva.
Então, decidimos que a única maneira de avançar
era sintetizar este cromossoma.
para que pudéssemos variar os componentes
e fazer então algumas das perguntas mais fundamentais.
E assim começamos com perguntas do género:
"Conseguiremos sintetizar um cromossoma?"
Permitirá a química criar estas moléculas bastante grandes
onde nunca estivemos antes?
E, se conseguirmos, conseguiremos inicializar o cromossoma?
Já agora, um cromossoma não passa de um bocado de material químico inerte.
O nosso ritmo de digitalizar vida tem vindo a aumentar
a um ritmo exponencial.
A nossa capacidade de escrever o código genético
tem avançado bastante lentamente,
mas tem aumentado.
E o nosso último resultado faz pensar que estaremos já numa curva exponencial.
Começámos tudo isto há 15 anos.
Na realidade, foram precisas várias etapas,
a começar com um parecer bioético
antes de iniciarmos as primeiras experiências.
Mas acontece que sintetizar ADN é muito difícil.
Há dezenas de milhares de máquinas no mundo inteiro
que constroem pequenos bocados de ADN,
com um comprimentos de 30 a 50 letras,
e é um processo degenerativo,
quanto maior o bocado, mais erros existem.
Então, tivemos de criar um novo método
para juntar todos estes pequenos bocados e corrigir todos os erros.
Esta foi a nossa primeira tentativa, começando com a informação digital
do genoma do Phi X 174.
É um pequeno vírus que destrói bactérias.
Desenhámos os bocados, passou pela nossa correção de erros,
e tinha um molécula de ADN com cerca de 5 mil letras.
A fase excitante foi quando pegámos neste bocado de químico inerte
e o inserimos nas bactérias,
e as bactérias começaram a ler este código genético,
e construíram as partículas virais.
As partículas virais foram depois libertadas pelas células,
e voltaram para destruir o E. coli.
Falei recentemente com a indústria petrolífera,
e disse que eles compreendiam perfeitamente esse modelo.
(Risos)
Eles ainda se riram mais do que vocês. (Risos)
Pensamos que esta é uma situação
em que o software é capaz de construir o seu próprio hardware
num sistema biológico.
Mas quisemos apontar ainda mais alto.
Quisemos construir todo o cromossoma bacteriano.
Tem mais de 580 mil letras de código genético.
Então pensámos em construí-los em cassetes do tamanho dos vírus,
para que pudéssemos variar as cassetes
para compreender quais são os componentes de uma célula viva.
A fase de design é crítica,
e se começamos com informações digitais num computador,
essas informações digitais têm de ser muito rigorosas.
Quando sequenciámos este genoma em 1995,
o standard de precisão era de um erro por cada 10 mil pares de bases.
Quando o voltámos a sequenciar, encontrámos 30 erros.
Se tivéssemos usado essa sequência original,
nunca teria sido capaz de inicializar.
Parte do design é desenhar peças que têm 50 letras de comprimento
que têm de se sobrepor a todas as outras peças de 50 letras
de modo a construir subunidades mais pequenas,
temos de desenhá-las para que se possam juntar.
Desenhamos elementos únicos neles.
Podem ter lido que pusemos marcas de água.
Pensem bem:
temos um código genético com quatro letras: A, C, G e T.
Os codões dessas letras
codificam cerca de 20 aminoácidos
— e há uma designação de uma letra só para cada aminoácido.
Então, podemos usar o código genético para escrever palavras,
frases, pensamentos.
Inicialmente, a única coisa que fizemos foi assinar.
Alguns ficaram desapontados por não haver poesia.
Desenhámos estas peças para que as possamos digerir com enzimas.
Há enzimas que os reparam e os unem.
E começámos a criar bocados,
começando com bocados que tinham entre 5000 a 7000 letras,
unimo-los de modo a criar bocados com 24 mil letras,
e depois colocámos conjuntos desses, indo até aos 72 mil.
A cada passo, criámos destes bocados em abundância
para os podermos sequenciar
porque estamos a tentar criar um processo que seja extremamente sólido
— que poderão ver dentro de instantes.
Estamos a tentar chegar a um ponto de automatismo.
Então, isto parece uma final de basquetebol.
Quando chegámos aos bocados realmente grandes
— com mais de 100 mil pares de bases —
eles já não crescem facilmente dentro do E. coli.
Isso esgota todas as ferramentas modernas da biologia molecular.
Então, virámo-nos a outros mecanismos.
Sabíamos que havia um mecanismo chamado recombinação homóloga,
que a biologia usa para reparar ADN,
que consegue unir bocados.
Este é um exemplo.
Há um organismo chamado Deinococcus radiodurans
que consegue suportar três milhões de rads de radiação.
Podem ver no painel de cima, o seu cromossoma simplesmente explode.
12 a 24 horas mais tarde, foi reconstituído tal como era antes.
Temos milhares de organismos que conseguem fazer isto.
Estes organismos podem ser totalmente desidratados.
Podem viver num vácuo.
Tenho a certeza absoluta que pode haver vida no espaço,
mover-se, encontrar um novo meio aquoso.
Na verdade, a NASA tem-nos mostrado que existe muito disto lá fora.
Aqui está um micrógrafo da molécula que construímos
utilizando estes processos — usando apenas mecanismos de leveduras
com o desenho certo das peças que lhes introduzimos.
A levedura junta-os automaticamente.
Este não é um micrógrafo eletrónico;
é apenas um fotomicrógrafo normal.
É uma molécula de tal forma grande
que conseguimos vê-lo com um microscópio ótico.
Estas são fotografias tiradas a intervalos de 6 segundos.
Esta é a publicação que tínhamos ainda há pouco.
Isto tem mais de 580 mil letras de código genético.
É a maior molécula de uma estrutura definida,
feita pelo Homem.
Tem um peso molecular de mais de 300 milhões.
Se fosse impresso a com letra de tamanho 10 sem espaçamento,
seriam precisas 142 páginas
só para imprimir este código genético.
Como é que inicializamos um cromossoma? Como é que ativamos isto?
Obviamente, com um vírus é bastante simples.
É muito mais complicado quando lidamos com bactérias.
É também mais simples quando entramos em seres eucariontes como nós:
basta tirar o núcleo e colocar lá outro,
e é isso que têm ouvido falar acerca da clonagem.
Com bactérias archaea, o cromossoma é integrado na célula,
mas recentemente mostrámos
que conseguimos fazer um transplante completo
de um cromossoma de uma célula para outra
e ativá-lo.
Purificámos um cromossoma de uma espécie microbiana.
Aproximadamente, estas duas são tão distintas como um homem e um rato.
Juntámos mais uns genes extra
para podermos selecionar este cromossoma.
Digerimo-lo com enzimas para destruir toda a proteína.
E foi deslumbrante quando pusemos isto na célula
— acho que apreciarão aqui os nossos gráficos sofisticados —
(Risos)
o cromossoma novo entrou na célula.
De facto, pensámos que isto seria o limite,
mas tentámos levar o processo um bocado mais adiante.
Este é um dos principais mecanismos da evolução que aqui vemos.
Encontramos todo tipo de espécies
que têm absorvido um segundo cromossoma
ou um terceiro de algures,
somando milhares de novas características, num segundo, a essa espécie.
As pessoas que pensam na evolução como um gene a mudar de cada vez
têm perdido muito da biologia.
Há enzimas chamadas enzimas de restrição
que digerem o ADN.
O cromossoma que estava na célula não as tinha.
Mas o cromossoma que introduzimos tem.
Exprimiu-se e reconheceu
o outro cromossoma como material estranho,
digeriu-o, e acabámos apenas com a célula com o cromossoma novo.
Ficou azul por causa dos genes que lhe introduzimos.
Num curto espaço de tempo,
perderam-se todas as características de uma espécie
e converteu-se completamente na nova espécie,
com base no software novo que colocámos na célula.
Todas as proteínas foram modificadas,
todas as membranas se alteraram.
Quando lemos o código genético, é exatamente o que tínhamos introduzido.
Então, isto pode parecer alquimia genómica,
mas conseguimos, movendo o software do ADN,
mudar as coisas desta forma drástica.
Agora, isto não é génese,
isto é criar sobre 3500 milhões de anos de evolução,
e tenho defendido que estamos talvez prestes
a criar uma nova versão da explosão câmbrica
com a criação maciça de novas espécies,
com base neste desenho digital.
Porque é que fazemos isto?
É bastante óbvio em termos de algumas das necessidades.
Estamos quase a passar de 6500 milhões
para 9000 milhões de pessoas nos próximos 40 anos.
Para colocar isto em perspetiva para mim:
Nasci em 1946.
Há hoje três pessoas no planeta por cada pessoa que existia em 1946.
[a partir daqui, não há som]
dentro de 40 anos, existirão 4.
Temos dificuldades em alimentar, fornecer água potável,
medicamentos, combustível
para os 6500 milhões
Vai ser muito difícil fazê-lo para nove milhões.
Usamos mais de 5 mil milhões de toneladas de carvão,
mais de 30 mil milhões de barris de petróleo.
Isso dá 100 milhões de barris por dia.
Quando tentamos pensar em processos biológicos
ou qualquer processo que o substitua,
vai ser um enorme desafio.
Depois, claro, existe todo o CO2 associado
que vai acabar na atmosfera.
Hoje, com as novas descobertas mundo fora,
temos uma base de dados com mais de 20 milhões de genes,
e gostaria de pensar neles como os componentes de desenho para o futuro.
A indústria eletrónica tinha apenas uma dúzia de componentes,
e reparem na diversidade que saiu daí.
Aqui estamos limitados em primeiro lugar por uma realidade biológica
e pela nossa imaginação.
Temos agora técnicas,
devido a estes métodos rápidos de síntese,
para fazer aquilo a que chamamos genómica combinatória.
Temos a capacidade de construir um enorme robô
que é capaz de fazer um milhão de cromossomas por dia.
Quando pensamos em processar 20 milhões de genes diferentes,
ou em tentar otimizar processos
de produção de octano ou de produtos farmacêuticos,
de novas vacinas,
podemos mudar, apenas com uma pequena equipa,
fazer mais biologia molecular do que nos últimos 20 anos de ciência.
E é apenas selecionar.
Podemos selecionar para maior viabilidade,
para produzir químicos ou combustível,
para a produção de vacinas, etc.
Isto é uma captura de ecrã de software de design real
em que estamos a trabalhar para conseguirmos
desenhar espécies no computador.
Sabem, nós não sabemos bem como sairá.
Nós sabemos exatamente como é o código genético.
Estamos a focar-nos em combustíveis de quarta geração.
Viram recentemente que produzir etanol a partir do milho
foi uma má experiência.
Temos combustíveis de segunda e terceira geração
que sairão dentro de relativamente pouco tempo
que são açúcares transformados em combustíveis de maior valor
como octano ou diferentes tipos de butanol.
Mas a única maneira que achamos
que a biologia pode ter um grande impacto
sem aumentar ainda mais o custo da comida e limitando a sua disponibilidade
é se começarmos com CO2 como matéria-prima.
Por isso, estamos a trabalhar em desenhar células para seguir este caminho,
e pensamos que teremos esses combustíveis de quarta geração
em cerca de 18 meses.
Sol e CO2 é um método...
(Aplauso)
... mas nas nossas descobertas mundo fora,
temos muitos tipos de outros métodos.
Este é um organismo que descrevemos em 1996.
Vive no oceano profundo,
a cerca de 3 km de profundidade,
a temperaturas perto da ebulição da água.
Transforma CO2 em metano
usando hidrogénio molecular como fonte de energia.
Estamos a ver se conseguimos pegar em CO2 capturado,
que pode ser facilmente canalizado a locais,
converter esse CO2 de novo em combustível,
para alimentar este processo.
Então, num curto período de tempo,
pensamos que conseguiremos aumentar
a pergunta básica de "O que é a vida?"
Estamos, na verdade...
temos objetivos modestos
de substituir toda a indústria petroquímica.
(Risos)
(Aplausos)
Se não conseguimos fazer isso aqui naTED, onde é que conseguimos?
(Risos)
Tornar-nos uma fonte importante de energia.
Mas também, estamos a trabalhar em usar essas mesmas ferramentas
para produzir conjuntos instantâneos de vacinas.
Viram este ano, com a gripe,
que estamos sempre um ano atrasados e com um dólar a menos
quando se fala na vacina ideal.
Eu acho que isso pode ser alterado
construindo, antecipadamente, vacinas combinadas.
Isto é o que o futuro começa a parecer
com a alteração, hoje em dia, da árvore evolutiva,
acelerar a evolução
com bactérias sintéticas, archaea, e eventualmente eucariontes.
Ainda estamos longe de melhorarmos pessoas.
O nosso objetivo é apenas assegurarmos que teremos uma hipótese
de sobreviver o suficiente para conseguir isso mesmo.
Muito obrigado.
(Aplausos)