Bu projelerin bazılarından bahsetmiştim.
İnsanın gen haritası, bunun ne ifade ettiği ve
yeni genlerin keşfi üzerinde durmuştuk.
Bu kez yeni bir konuya başlangıç yapıyoruz:
Biyolojiyi sayısallaştırmaktayız,
ve şimdi yaşamı tasarlayıp onu sentezlemek üzere
bu sayısal koddan,
biyolojinin yeni bir evresine geçmeye çalışıyoruz.
Devamlı büyük sorular sormaya çalışırız.
"Yaşam nedir?" sorusu, sanırım birçok
yaşam bilimcinin değişik düzeylerde
anlamaya çalıştığı bir konu.
Çeşitli yaklaşımlar denedik,
en küçük bileşenlerine kadar inmeye çalıştık.
Neredeyse 20 yıldır yaşamı sayısallaştırmaktayız.
İnsan gen haritasını çıkardığımız zaman,
biyolojinin analog dünyasından
bilgisayarın dijital dünyasına geçmiş olduk.
Şimdi sorguladığımız şey şu: Yeni yaşamlar başlatabilir miyiz?
Bu sayısal evrenden
yeni bir yaşam yaratabilir miyiz?
Bu gördüğünüz, küçük bir organizmanın haritası,
genitalium mikoplazması.
Laboratuarda kendi kopyasını üretebilen
bildiğimiz en küçük genomlu tür.
Acaba bundan daha küçük
bir genom elde edebilir miyiz, bunu görmek istedik.
Bunun için buradaki 500 gen içerisinden
yaklaşık 100 kadarının yapısını bozabildik.
Ancak, metabolik haritasına baktığımızda,
bizimkine nispetle,
oldukça basit olduğunu görüyoruz.
İnanın bana, bu basit olanı.
Fakat genlerin tümüne baktığınız zaman,
ki bir kerede sadece birinin yapısını bozabiliyoruz-
bundan hâlâ yaşayan bir hücre elde etmek
pek mümkün görünmüyor.
Bu durumunda, tek çıkar yolun,
yapay kromozom elde etmek olduğunu gördük.
Böylece, onun bileşenlerini değiştirerek
çok önemli temel soruları sorabilecektik.
Böylece "kromozom sentezleyebilir miyiz?"
diyerek bu yola girmiş olduk.
Kimya, bu büyük molekülleri
yapmamıza izin verecek miydi?
Bunu daha önce denememiştik.
Ve eğer olursa, kromozomu canlandırabilecek miyiz?
Yeri gelmişken, kromozom aslında cansız bir kimyasal maddedir.
Yaşamı sayısallaştırma adımlarımızın hızı
gittikçe artıyor.
Genetik kodu yazma becerimiz ise
oldukça yavaş ilerliyor,
ama o da artıyor.
Ve geldiğimiz son nokta bu hızı daha da artıracaktır.
Buna 15 yıl kadar önce başladık.
Belirli aşamalardan geçti; hatta,
ilk denemelerimizden önce, biyoetik denetimler başladı.
Fakat DNA sentezlemenin
çok zor olduğu ortaya çıktı.
30 ila 50 harf uzunluğunda
küçük DNA parçaları yapan
onbinlerce makina var Dünyada.
Ama bu hata veren bir işlem. Parçayı ne kadar
uzun yaparsan, o kadar çok hata olur.
O yüzden, bu küçük parçaları biraraya toplayıp
tüm hataları giderecek yeni bir metot yaratmamız gerekti.
Bu bizim ilk girişimimiz; Phi X 174 genomunun
dijital bilgisiyle işe başladık.
Bakterileri öldüren küçük bir virüs.
Parçaları tasarladık ve hataları düzeltmeye giriştik.
Ve yaklaşık 5.000 harflik
bir DNA molekülü elde ettik.
Bu cansız kimyasal parçayı alıp da bakteriye aktardığımızda
heyecanlı bir süreç başladı.
Bakteri bu genetik kodu okumaya başladı ve
virüs parçacıkları üretti.
Sonra bu virüsler hücreden ayrıldılar,
geri geldiler ve E.koli'yi öldürdüler.
Geçenlerde petrol sanayine konuşuyordum,
bu modeli çok net anladıklarını söyledim.
(Kahkaha)
Onlar sizden daha çok güldüler.
Bunun, biyolojik bir sistemde
yazılımın kendi donanımını yapabildiği
bir durum olduğunu düşünüyoruz.
Bunu daha da genişletmek istedik.
Bakteriyel kromozomun tamamını oluşturmak istedik.
En az 580.000 harflik bir genetik kod.
Bunları, virüs büyüklüğünde kasetlerde yapabileceğimizi düşündük.
Bu şekilde kasetleri değiştirerek
yaşayan bir hücrenin
gerçek bileşenlerini anlayabilecektik.
Tasarım çok önemlidir.
Eğer bilgisayardaki dijital bilgiyle başlıyorsanız,
bu dijital bilginin gerçekten hatasız olması gerekir.
1995'te genlerin dizilimini ilk kez çıkardığımızda,
doğruluk standardı 10.000 baz çiftinde 1 hata idi.
Fakat bu dizilimi tekrar çıkardığımızda,
30 hata olduğunu bulduk. Eğer sentezde ilk dizilimi
kullansaydık, canlanması asla mümkün olmayacaktı.
Tasarımın bir kısmı, 50 harf
uzunluğunda parçaların hazırlanmasıdır.
Bunların her birisinin 50 harflik diğer tüm parçalarla örtüşmesi gerekir ki
daha küçük alt birimler elde edebilelim.
Birbirleriyle uyuşabilecekleri şekilde tasarlamalıyız.
Bunun için çok özel parçalar tasarlıyoruz.
Filigranlar yerleştirdiğimizi belki okumuşsunuzdur.
Bir düşünün:
Dört-harflik genetik kod var: A, C, G ve T.
Bu harflerin üçlemeleri
yirmi farklı amino asiti kodluyor.
Her bir amino asit için
belli bir harf kullanılır.
Genetik kodu bu şekilde kullanarak,
kelimeler, cümleler, düşünceler yazabiliriz.
Başlangıçta bütün yaptığımız elle yazmaktı.
Bazıları şiir yazılamadığı için bozuluyorlar.
Bu parçaları
enzimlerle kesecek şekilde tasarladık.
Onları onaran ve biraraya getiren enzimler var.
Ve bu parçaları sentezlemeye başladık.
Önce 5 ile 7 bin harfle başladık,
onları bir araya getirerek 24 bin harfli parçalar yaptık.
Onları da bir araya getirerek 72 bin harfe kadar parçalar ürettik.
Her basamakta bu parçaların miktarını artırdık ki
onların dizilimlerini belirleyebilelim.
Çünkü çok büyük kapasiteye sahip bir işlem yaratmaya çalışıyoruz.
Birazdan onu da göreceksiniz.
Otomasyon düzeyine gelmeye çalışıyoruz.
O yüzden, bu bir basketbol playoff'una benziyor.
Bu gerçekten büyük parçalara
ulaştığımız zaman, -ki bu 100.000'den fazla baz çifti-
artık E. koli bakterisinde yetiştirmek imkansız oluyor.
Moleküler biyolojinin tüm modern araçları yetersiz kalıyor.
O yüzden diğer mekanizmalara yöneldik.
Homolog rekombinasyon denen bir mekanizmanın olduğunu biliyorduk.
Parçaların biraraya getirilmesiyle
DNA'nın onarımında kullanılır.
İşte ona bir örnek.
Deinococcus radiodurans
adında bir organizma vardır;
üç milyon rad radyasyon alabilir.
Üst panelde onu görebilirsiniz, kromozomu parça parça olmuş.
12 ila 24 saat sonra, tıpkı öncesindeki gibi
hepsini eski yerlerine aynen geri koyar.
Bunu yapan binlerce organizma biliyoruz.
Bu organizmalar tamamen kuru ortamlarda bulunabilirler.
Havasız yerlerde yaşayabilirler.
Ötemizdeki uzayda yaşam olabileceğinden kesinlikle eminim,
biraz gezinip su olan yeni bir ortam bulmak lazım.
Aslında NASA bunu defalarca göstermiştir.
Gördüğünüz, ürettiğimiz özel tasarımlı parçaları maya hücresine
aktardığımızda, maya hücresinin mekanizmalarının
ortaya çıkardığı şeyin bir mikrografı.
Maya hücresi bunları otomatik olarak biraraya getirir.
Bu bir elektron mikrografı değil;
bu bildiğimiz normal bir fotomikrograf.
O kadar büyük bir moleküldür ki,
bir ışık mikroskobuyla bile görebiliriz.
Bunlar yaklaşık 6 saniyelik periyotlarla çekilmiş fotoğraflar.
Bu, çok kısa bir süre önce çıkardığımız bir yayın.
Bu, 580.000 harften uzun bir genetik kod.
İnsanlar tarafından yapılmış, belli bir yapıda tasarlanmış olan en büyük molekül.
Molekül ağırlığı 300 milyonun üzerinde.
Hiç boşluk bırakmadan 10 punto ile çıktısını alsak,
sadece bu genetik kodun baskısı
142 sayfa tutar.
Peki, bir kromozomu nasıl yaşamaya başlatabiliriz? Onu nasıl canlandırabiliriz?
Açıkçası bir virüs ile oldukça basit.
Bakteriyle uğraşmak bundan çok daha karmaşık.
Bizim gibi ökaryotlar ile de
daha basit:
Sadece hücre çekirdeğini birinden çıkarıp
diğerine yerleştiriyorsunuz.
Klonlama diye duyduğunuz şey de işte bundan ibaret.
Arke bakterisinde, kromozom, hücrenin içerisine birleşiktir.
Fakat kısa süre önce, bir hücreden diğerine
kromozom nakli yapabileceğimizi ve
onu canlandırabileceğimizi gösterdik.
Bir mikrobiyal türden bir kromozomu ayırdık.
Bu ikisi tahminen insan ve fare kadar birbirlerine uzak.
Birkaç ilave gen ekledik
böylece aktardığımız koromozomu seçmemiz mümkün oldu.
Proteinlerin tümünü etkisiz hale getirmek için
proteinleri enzimlerle parçaladık.
Bunu hücre içerisine yerleştirmemiz oldukça hayret uyandırıcıydı--
Bu çok sofistike çizimlerimizi
sanırım beğeneceksiniz.
Yeni koromozom hücrenin içerisine yerleşti.
Doğrusu, biz ancak buraya kadar düşünmüştük,
fakat bu süreci daha ileriye taşımaya çabaladık.
Burada gördüğünüz, aslında büyük bir evrim mekanizması.
Her türün bir yerlerden ikinci ya da
üçüncü bir kromozom aldığını ve
saniyeler içerisinde o türe
binlerce yeni özellik
kazandırdığını görüyoruz.
Onun için, evrimi, bir defada bir genin
değişimi gibi düşünenler,
biyolojinin önemli bir kısmını kaçırıyorlar.
Restriksiyon enzimi adı verilen enzimler var.
Bunlar DNA'yı keserler.
Hücrenin kromozomunda
bunlardan yoktur.
Ama eklediğimiz kromozomda vardı.
Gen çalıştı ve hücrenin kendi kromozomunu
yabancı malzeme olarak algıladı
ve onu parçaladı.
Sonuçta hücrede sadece yeni kormozom kaldı.
Eklediğimiz genlerden ötürü rengi maviye döndü.
Ve çok kısa bir sürede
bir türün tüm özellikleri kayboldu,
hücreye eklediğimiz yeni yazılıma göre
tamamen yeni bir türe dönüştü.
Bütün proteinler değişti,
membranlar değişti--
genetik kodu okuduğumuzda, tamamen aktardığımız kromozomun aynısı olduğunu gördük.
Bu, genomik simya gibi gelebilir size,
ama bir yazılım olan DNA'yı, organizmalar arasında
taşıyarak çok önemli değişiklikler yapabilmekteyiz.
Ben bunun yaratılış olmadığını söyledim.
Bu, 3,5 milyar yıllık evrimi devam ettirmektir.
Belki de dijital ortamda tasralanan
türlerin topyekun halde ortaya çıktığı
Kambriyan patlamasının yeni bir versiyonunun
ortaya çıkışıdır.
Bunu neden yapıyoruz?
Sanırım, bazı ihtiyaçlarımıza bakınca bu açık.
Önümüzdeki 40 yıl içerisinde,
dünya nüfusu 6 milyardan 9 milyara çıkacak.
Bunu kendi bağlamımda alırsam:
Ben 1946'da doğdum.
1946'da var olan her bir kişiye karşılık
bugün yeryüzünde üç kişi var.
40 yıl içinde bu rakam dört olacak.
6,5 milyar insanı beslemede,
içme suyu, ilaç, yakıt temininde
zorluklarla karşılaşıyoruz.
9 milyar olunca bunlar daha da zorlaşacak.
5 milyar tondan fazla kömür tüketiyoruz.
30 milyar varilden fazla petrol.
Bu, günde yüz milyon varil demek.
Bunu karşılayacak biyolojik süreçleri ya da
yerine geçecek bir süreci düşündüğümüz zaman
çok büyük bir sorun olacağı belli.
Tabi, bir de bunlardan oluşan
atmosferde biriken
karbondioksit sözkonusu.
Dünya genelindeki keşiflerimiz sonucu
20 milyon genden oluşan bir veritabanımız var.
Bunları geleceğin tasarımlarının parçaları olarak görüyorum.
Elektronik endüstrisinin sadece bir düzine kadar bileşeni var.
Ama ondan ortaya çıkan çeşitliliğe bakın.
İşte burada, sınırlarımızı,
biyolojik gerçeklik ve
hayal gücümüz belirliyor.
Şimdi elimizde teknikler var,
bu hızlı sentez metodları sayesinde
eklemeli genomik dediğimiz şeyi gerecekleştirebiliyoruz.
Günde bir milyon kromozom üretebilecek
büyük bir robot yapabilecek durumdayız.
Bu 20 milyon farklı geni işleme tabi tutmayı
veya oktan üretimi yahut
tıbbi ürünler, yeni aşılar üretimi için işlemleri
optimize etmeyi düşündüğümüzde,
değişim başlatabiliriz. Küçük bir ekiple
bilimin son 20 yılda yaptığından
daha fazla moleküler biyoloji yapabiliriz.
Bu sadece standart bir seleksiyon.
Yaşama kabiliyetine göre seçebiliriz,
kimyasal madde veya petrol üretimi
veya aşı üretimi vs. için seçim yapabiliriz.
Bu tam bir tasarım yazılımının
bir ekran görüntüsü.
Doğrusu bizler şimdi oturup bilgisayarda
türler tasarlamaya çalışıyoruz.
Tam anlamıyla nasıl birşey ortaya çıkacağını bilmiyoruz.
Ama genetik kodunun tam olarak nasıl göründüğünü biliyoruz.
Şimdi dördüncü-nesil yakıtlara yöneliyoruz.
Geçtiğimiz yıllarda gördük ki, mısırı etanole
çevirmek kötü bir deney oldu.
Oldukça yakın bir zamanda çıkacak
ikinci ve üçüncü nesil yakıtlar var:
Oktan ve farklı tiplerde bütanol gibi
daha zengin, şekerden elde edilen yakıtlar.
Gıda maliyetlerini daha fazla artırmadan
ve teminini sınırlamadan, biyolojinin
etkinliğini artırmanın tek yolunun, CO2'i hammadde olarak
kullanmak olduğunu düşünüyoruz.
İşte bunu geliştirmek için "hücre tasarımına" çalışıyoruz ve
yaklaşık 18 ay gibi bir sürede dördüncü nesil yakıtlarımız
olacağını düşünüyoruz.
Güneş ışığı ve CO2 metotlardan biri--
(Alkış)
Dünya çapındaki keşiflerimiz sonucunda
elimizde çok sayıda değişik metod var.
Bu, 1996'da tanımladığımız bir organizma.
Okyanusların, yaklaşık bir buçuk mil
kadar derinlerinde,
neredeyse kaynama sıcaklığında suda yaşıyor.
Enerji kaynağı olarak kullandığı
moleküler hidrojen ile CO2'i metana çevirir.
Bu işlemi devam ettirmek için
tesislere kolaylıkla pompalanabilecek olan
CO2'i ele geçirip, sonra da
yakıta dönüştürebilir miyiz
diye araştırıyoruz.
Böylece kısa bir sürede,
"Yaşam nedir?" sorusunun cevabına
daha çok yaklaşabiliriz.
Petro-kimyasal sanayinin
yerini tamamen alacak bir sistem
geliştirmek gibi mütevazi hedeflerimiz var.
(Kahkaha) (Alkış)
Elbette. Bunu TED'de yapamazsanız, nedere yapacaksınız?
(Kahkaha)
Bu sistem, enerjinin ana kaynağı olabilir.
Ayrıca, elimizdeki bu araçları kullanarak
hazır aşıların üretimi üzerinde çalışıyoruz.
Grip konusunda bunu gördünüz.
Konu aşı olunca, ya bir yıl gerideyiz,
ya da paramız yetmiyor.
Bunun değişebileceğini düşünüyorum,
öncesinden bileşik aşılar yapabiliriz.
Gelecekte, sentetik bakteri ve
arkiya ile başlayıp,
sonuçta ökaryotlarda
evrimin hızının artması ile
evrim ağacının değişeceği görünüyor.
İnsan neslini iyileştirmeye biraz uzağız.
Şu andaki hedefimiz, bunu yapabilme şansını yakalayabiilmek için
yeterince uzun yaşamayı garantilemek. Çok teşekkürler.
(Alkış)