سخنرانی تد (Ted): کرگ ونتر از حیات مصنوعی پرده بر می دارد + لینک دانلود

سخنرانی تد (Ted): کرگ ونتر از حیات مصنوعی پرده بر می دارد + لینک دانلود

کرگ ونتر و تیم او یک خبر تاریخی را اعلام کرده اند: آنها اولین سلول کارا با قابلیت تولید مثل با DNA مصنوعی را ساخته اند. او توضیح می دهد که چگونه این کار را انجام داده اند، و چرا این رخداد سرآغاز دوران جدیدی برای علم است.

‫متن کامل این سخنرانی به همراه ویدئوی اصلی آن، که دارای زیر نویس است، در ادامه آمده است.‬‎


ما اینجا حضور داریم تا تولید اولین سلول مصنوعی را اعلام کنیم، یک سلول که ساخته شده است با شروع از دستورالعمل (کد) دیجیتال در کامپیوتر،ساختن کروموزوم از چهار بطری مواد شیمیایی، سرهم بندی کروموزم در مخمر، نشاندن آن در داخل یک سلول باکتری گیرنده و تبدیل آن سلول به یک گونه باکتری جدید. در نتیجه، این نخستین گونه خود تکثیر گری است که تا به حال در این سیاره داشته ایم که والد آن یک کامپیوتر است. همچنین این اولین موجودی است که وبسایت خودش را حک شده در کد ژنتیکی اش دارد. اما ما دربارهٔ این علامت های حک شده نقش آب ها تا دقیقه ای دیگر بیشتر خواهیم گفت.

این پروژه ای است که شروعش پانزده سال پیش بود، زمانیکه تیم ما که در اون زمان موسسه مان را TIGR می خواندیم درگیر توالی یابی اولین جفت ژنوم در تاریخ بود. ما هموفیلوس آنفولانزا را انجام دادیم و بعد کوچکترین ژنوم از یک موجود زنده خود تکثیرگر، از مایکو پلاسما ژنیتالیوم را و بعد به محض اینکه ما این دو توالی را داشتیم، فکر کردیم، اگر قرار است این کوچکترین ژنوم از یک ارگانیسم خود تکثیرگر باشد، آیا امکانش هست که ژنومی از این هم کوچکتر باشد؟ آیا ما می توانیم اساس زندگی سلولی را در سطح ژنتیکی بفهمیم؟ این یک ماجراجویی ۱۵ ساله بودهتا فقط به این نقطهٔ آغازین کنونی برسیم، تا بتوانیم به آن پرسش ها پاسخ بگوییم. به این خاطر که بسیار دشوار است که چند ژن را هم زمان از یک سلول بیرون بکشیم. فقط یکی یکی می توان این کار را کرد. ما از همان ابتدا تصمیم گرفتیم که بایستی روش مصنوعی را پیش بگیریم، هرچند کسی تا آن زمان از این راه نرفته بود، تا ببینیم آیا می توانیم کروموزم باکتریایی تولید کنیم، به طوری که بتوانیم محتویات ژن را عوض کنیم، تا بتوانیم ژن های لازم برای حیات را بفهمیم. این آغازگر جستجوی ۱۵ سالهٔ ما بود تا به اینجا رسیدیم.

قبل از اینکه اولین آزمایش ها را انجام دهیم، ما در حقیقت از تیم آرت کاپلان، که در آن زمان در دانشگاه پنسیلوانیا بود خواستیم تا یک بازببینی انجام دهند مبنی بر اینکه چه خطرهایی، چه چالش هایی و چه مسائل اخلاقی حول آفرینش یک موجود جدید در آزمایشگاه وجود خواهد داشت چرا که این کار تا به حال انجام نشده بود. آنها حدود دو سال وقت صرف بازبینی مستقل این موضوع کردند و نتیجه را در سال ۱۹۹۹ در مجله ساینس منتشر کردند. هام و من آن دو سال کار را کنار گذاشتیم و مشغول یک پروژه جانبی برای توالی یابی ژنوم انسان شدیم، اما تا آن کار تمام شد، برگشتیم به کاری که در دست داشتیم.

در سال ۲۰۰۲ یک موسسهٔ جدید راه انداختیم، موسسه انرژی های جایگزین زیستی، که در آنجا ما دو هدف تعیین کردیم. یک، فهمیدن تأثیر تکنولوژی بشر بر محیط زیست، و اینکه چگونه محیط زیست را بهتر درک کنیم. و دو، آغاز این روند ساخت حیات مصنوعی برای فهم حیات بنیادی.در سال ۲۰۰۳، ما اولین موفقیت خود را منتشر کردیم. این بود که هام اسمیت و کلاید هاتچیسون، یک سری روش های جدیدی برای ساخت DNA بدون اشکال در سطوح خیلی کوچک ابداع کردند. اولین کار ما یک باکتری خوار با کد پنج هزار حرفی بود، ویروسی که تنها به ای کُلای حمله می کند. که اون هم باکتری خوار فی اکس ۱۷۴ بود، که به دلایل تاریخی انتخاب شد. این اولین DNA باکتری خوار بود، DNA ویروس، DNA ژنومکه واقعاً توالی یابی شد. لذا زمانی که ما دریافتیم که می توانیم پنج هزار جفت باز بسازیم در تکه های اندازه ویروس، فکر کردیم، حداقل وسیله اش را داریم که در ادامه تلاش کنیم تعداد زیادی از این قطعه ها را بسازیم، تا بلکه سرانجام بتوانیم آنها را سرهم کنیم برای ساخت این کروموزم مگاباز. پس اساسا کار بزرگتر از چیزی بود که ما از ابتدا حتی فکر می کردیم دنبال کنیم؛

بنابراین، این کار در چند قدم انجام شد. مسئله دو طرف داشت. ما بایستی راه حل شیمیایی پیدا می کردیم برای ساختن ملکول های بزرگ DNA، و همینطور باید طرف بیولوژیک آن را نیز حل می کردیم که اگر این ماده شیمیایی جدید ساخته شده را داشتیم، چگونه آن را شروع به کار کنیم، چگونه در سلول میزبان فعالش بکنیم. بنابراین ما دو تیم داشتیم که به صورت موازی کار می کردند، یک تیم در شیمی، و دیگری در تلاش برای رسیدن به امکان کاشتن کل کرموزوم برای دست یابی به سلول های جدید. زمانی که ما این کار را آغاز کردیم، فکر می کردیم که تلفیق مصنوعی بزرگترین مشکل ما خواهد بود، برای همین بود که کوچکترین ژنوم را انتخاب کرده بودیم.

و شاید برخی از شما توجه کرده باشید که ما از کوچکترین ژنوم تغییر کار دادیم به ژنومی بسیار بزرگتر. و می توانیم دلایل آن را به تفصیل مرور کنیم، اما به طور خلاصه، سلول کوچک نیاز به چیزی حدود یک یا دو ماه زمان برای حصول نتیجه داشت، در حالی که سلول بزرگتر که سریعتر رشد می کند، تنها دو روز طول می دهد. لذا در طول سال تنها تعداد معدودی دوره را می توانستیم امتحان کنیم چرا که هر دوره شش هفته طول می کشید. و شما باید این را بدانید که به طور کلی، ۹۹، احتمالاً بالای ۹۹ درصد از آزمایش های ما ناکام ماند. لذا این از ابتدا یک فرایند رفع اشکال، و یک سناریوی حل مسئله بود چرا که هیچ دستورعملی برای رسیدن به هدف وجود نداشت.

لذا، یکی از مهمترین مقالات منتشر شده توسط ما در سال ۲۰۰۷ بود، کارول لارتیگ تلاشی را رهبری کرد برای عملاً انتقال دادن یک کرموزم باکتری از یک باکتری به باکتری دیگر. به نظر من، از لحاظ فلسفی، آن مقاله یکی از مهمترین مقالات منتشر شده توسط ما بوده است چرا که نشان می دهد زندگی پویا چگونه است. و ما از زمانی که آن عملی شد دانستیم، که ما در واقع این امکان را داریم، اگر بتوانیم یک کروموزم مصنوعی بسازیم، که با آن هم چنین کنیم. ما نمی دانستیم که برای رسیدن به این منظور چندین سال زمان خواهد برد تا به این نقطه برسیم.

در سال ۲۰۰۸، ما گزارش خود را اعلام کردیم مبنی بر ساخت کامل ژنوم ژنیتالیوم مایکوپلاسما، مقداری بیش از ۵۰۰۰۰۰ حرف کد ژنتیکی، اما هنوز موفق به راه اندازی کروموزم نشده بودیم. ما فکر می کنیم، مقداری به این دلیل بود که رشد کندی داشت، و مقداری هم، سلول ها انواع مکانیسم های دفاعی خاص دارند تا از این اتفاق ها جلوگیری کنند. معلوم شد که سلولی که ما تلاش می کردیم در آن کاشت انجام دهیم یک نوکلئاز یا آنزیم داشت که DNA را بر روی سطح خود می جَوَد و خیلی هم خوشحال بود که DNA مصنوعی که بهش می دادیم را بخورد و هیچگاه پیوندی را نمی پذیرفت. اما در آن زمان، آن بزرگترین مولکول با ساختار تعریف شده بود که ساخته شده بود.

و لذا هر دو طرف در حال پیشرفت بود، اما بخشی از تلفیق مصنوعی بایستی با استفاده از مخمر کامل می شد یا امکان کامل شدنش با مخمر بود، به این ترتیب که با قرار دادن قطعات در مخمر، مخمر کار سرهم بندی آنها را برای ما انجام می دهد. این یک قدم شگفت انگیز به جلو بود، اما ما یک مشکل داشتیم چرا که ما حالا کروموزم های باکتریایی مان داشتند در مخمر رشد می کرد. پس حالا علاوه بر انجام کاشت، باید راهی را پیدا می کردیم تا کروموزم باکتریایی را از مخمر یوکاریوتی بیرون بکشیم، به شکلی که بتوانیم آن را در سلول گیرنده بکاریم.

لذا تیم ما روش های جدیدی ابداع کرد برای عملاً رشد دادن و شبیه سازی کروموزم های کامل باکتری در مخمر. لذا ما همان ژنوم مایکویدی را برداشتیم که کارول اولین بار آنرا کاشته بود، و آن را در مخمر رشد دادیم به شکل یک کروموزم مصنوعی. و ما تصور می کردیم این یک بستر مناسب برای یادگیری نحوه خارج کردن کروموزم از مخمر و سپس کاشت آنها خواهد بود. امّا زمانی که این آزمایش ها را انجام دادیم، دیدیم که می توانیم کرومزم را از مخمر خارج کنیم اما در سلول کاشته نمی شد و آن را راه نمی انداخت. همین مشکل کوچک، دو سال از وقت تیم را گرفت تا حل شود.

کاشف به عمل آمد، که بر روی DNA در سلول باکتری متیلاسیون صورت گرفته بود، و این متیلاسیون آن را از آنزیم بازدارنده محافظت می کند،به طوری که آنزیم نمی تواند DNA را هضم کند. لذا، چیزی که ما کشف کردیم این بود که اگر کروموزم را از مخمر خارج کنیم و آن را متیل دار کنیم، آنگاه می توانیم آن را بکاریم. پیشرفت های بیشتر هنگامی حاصل شد که تیم توانست ژن های آنزیم بازدارنده را از سلول کاپریکولوم گیرنده بردارد. و زمانی که ما این کار را انجام دادیم، آنگاه می توانستیم که DNA خالی را از مخمر بیرون کشیده و آن را بکاریم.

بنابرین، پاییز گذشته، وقتی که نتایج آن کار را در مجلهٔ «ساینس» منتشر کردیم، همه ما پر از اطمینان بودیم و قوت قلب یافتیم که تنها چند هفته فاصله داریم از توانایی راه اندازی یک کروموزم بیرون کشیده شده از مخمر. به دلیل مشکلاتی که با مایکوپلاسما ژنیتالیم و رشد کند آن داشتیم، حدود یک سال و نیم قبل، ما تصمیم گرفتیم تا کروموزمی بسیار بزرگتر، کروموزم مایکوید را سنتز کنیم، با علم به اینکه مسائل زیستی برای کاشت آن راحل کرده بودیم. و «دن» رهبری تیم را برای ساخت این کروموزم با بیش از یک میلیون جفت-باز را به عهده گرفت. اما اینطور شد که در انتها ابه همین سادگی هم نبود. و ما سه ماه کارمان عقب افتاد چرا که ما یک اشتباه داشتیم یک مورد غلط در بیش از یک میلیون جفت باز در آن توالی.

بنابراین تیم یک نرم افزار جدید رفع اشکال توسعه داد، که ما می توانستیم هر قسمت از این مواد ترکیبی را امتحان کنیم تا بیینیم آیا در یک محیط کاملاً طبیعی DNA رشد خواهد کرد یا نه. و ما دریافتیم که ۱۰ تا از ۱۱ تا یک صدهزار جفت بازی که ما ساخته ایم، کاملا درست و صحیح است و با توالی حیات طبیعی هم خوانی دارد. پس فهمیدیم اشکال در کدام بخش صدهزارتایی است. و آن را توالی یابی کردیم و دریافتیم که تنها یک جفت باز در یکی از ژن های حیاتی پاک شده است. لذا دقت عمل حیاتی است. بخش هایی از ژنوم هست که حتی یک اشکال را نیز نمی پذیرد، و بخش هایی از ژنوم هم هست که ما می توانیم در آن بلوک های بزرگی از DNA اضافی قرار دهیم، به مانند آنچه با نقش آب ها [علامت های حک شده] کردیم، و می تواند انواع و اقسام اشکال ها را تحمل کند. پس حدود سه ماه طول کشید تا آن اشکال را پیدا کردیم و برطرف نمودیم. و آنگاه، یک روز اول صبح، ۶ صبح، ما از «دن» یک پیام کوتاه دریافت کردیم که می گفت اولین جمعیت های آبی رنگ به وجود آمده اند.

در نتیجه، راه طولانی بوده تا به اینجا رسیده ایم ۱۵ سال از آغاز کار. ما احساس می کردیم، که یکی از انگاشته های این رشته علمی این است که اطمینان کامل حاصل کنیم که می توانیم بین DNA مصنوعی و DNA طبیعی، تمایز قائل شویم. از همان ابتدا، زمانی که مشغول کار در زمینه کاملاً جدیدی از علم هستید، باید به تمام مشکلات ممکن فکر کنید به چیزهایی که ممکن است باعث شود خیال کنید کاری را انجام داده اید در صورتی که انجام نداده اید، و بدتر از آن اینکه باعث شوید دیگران هم همین خیال را بکنند. لذا، ما فکر کردیم که بدترین مشکل ممکن این است که یک ناخالصی تک مولکولی برای کروموزم محلی (باکتری میزبان) پیش بیاید، و ما را به این باور غلط برساند که ما توانسته ایم یک سلول مصنوعی بسازیم، در صورتی که تنها یک ناخالصی بوده است.

بنابراین، از اول کار ما این فکر را در سر می پروراندیم که علائم و نقش آب های خاص بر روی DNA بگذاریم تا بطور غیر قابل تردیدی مشخص کنیم که آن DNA مصنوعی است. و اولین کروموزمی که ساختیم، در سال ۲۰۰۸، یک کروموزم با ۵۰۰ هزار جفت-باز بود، ما خیلی ساده نام نویسندگان کروموزوم را در کد ژنتیکی نوشتیم. اما این فقط با استفاده از آمینو اسید بود ترجمه های یک حرفی، که برخی حروف الفبا را در بر نمی گرفت. بنابراین تیم ما در واقع یک کد جدید ساخت در داخل کدی در داخل کد. این یک کد جدید برای ترجمه و نوشتن پیام ها در داخل DNA بود. البته، ریاضی دانان خیلی وقت است که در کد ژنتیکی پیام هایی پنهان می کنند یا می نویسند، اما روشن است که آنها ریاضی دان بودند، نه زیست شناس، چرا که، اگر شما پیامی طولانی بنویسید با کدی که ریاضی دانان توسعه داده اند، احتمالاً باعث خواهد شد که پروتین هایی جدید تولید شوندبا کارکردهایی نامعلوم.

از این رو کدی که مایک مونتاگ و تیم ابداع کردند در واقع کدون های متوقف کنندهٔ مکرری می گذارد. پس این یک الفبای متفاوت است، اما به ما اجازه می دهد که از تمام الفبای انگلیسی استفاده کنیم با علامات ها و اعدادش. بنابراین، چهارعلامت عمده حک کردیم که هر کدام بیش از هزار جفت-باز کد ژنتیکی هستند. اولین آنها در واقع شامل کد لازم برای ترجمه مابقی کد ژنتیکی است. و در سایر اطلاعات، نقش آب ها شامل اسامی، فکر کنم حدود ۴۶ نویسنده مختلف و شرکت کننده های کلیدی است که پروژه را به این مرحله رسانده اند. ما همچنین یک آدرس وب سایت را در آن قرار دادیم، که اگر کسی این کد را باز کند که در داخل کد داخل کد است، می تواند به آن آدرس ایمیل بفرستد. از اینرو این موجود کاملاً از موجودات دیگر متفاوت است، ۴۶ نام و وب سایت خودش را در داخل کد ژنتیکیش دارد. و ما سه نقل قول نیز به آن اضافه کردیم، چرا که برای اولین ژنوم، از ما انتقاد شده بود که چرا که تلاش نکرده بودیم چیز عمیق و با ارزشی به جز امضای خودمان را در آن قرار دهیم.

پس باقی کد را نمی دهیم، امّا سه نقل قول را می گوییم. خب اولین جمله این بود: «برای زندگی، برای خطا کردن، برای شکست، برای پیروزی، و برای بازسازی زندگی از زندگی.» این جمله از جیمز جویس نقل شده است. نقل قول دوم این بود: «چیزها را ببیند، نه به شکلی که هستند، بلکه به شکلی که می توانند باشند.» این از «پرومتئوس آمریکایی» نقل شده بود که کتابی است درباره رابرت اوپنهایمر. و آخرینش از ریچارد فینمن نقل شده است. «چیزی را که نتوانم بسازم، نمی توانم بفهمم.» لذا، از این جهت که این همان اندازه که یک پیشرفت فنّی در علم است، یک پیشرفت فلسفی هم هست، ما تلاش کرده ایم تا به هر دو روی فلسفی و فنّی بپردازیم.

آخرین چیزی که مایلم اضافه کنم، پیش از اینکه به بخش سوالات برسیم، این است که کار مفصّلی ما انجام داده ایم، درخواست بازبینی اخلاقی کرده ایم،و آن سوی کار را هم جلو بردیم همراه با جنبه فنّی قضیه، و این به صورت گسترده ای در جامعه علمی مورد بحث قرار گرفته، در حوزه سیاستگذاری هم همینطور و در بالاترین سطوح دولت فدرال. حتی با این اعلام، مانند کاری که در سال ۲۰۰۳ کردیم– آن کار با سرمایه گذاری وزارت نیرو انجام شده بود – لذا این کار در سطح کاخ سفید مورد بازبینی قرار گرفته، تلاش شد تا تصمیم گیری شود که آیا این کار منتشر شود یا محرمانه باقی بماند. و نهایتاً تصمیم به انتشار نتیجه این تحقیقات گرفتند، که راه درست هم همین است. ما به کاخ سفید اطلاع داده ایم. ما به اعضا کنگره خبر داده ایم. ما تلاش کردیم تا مسائل مربوط به سیاستگذاری را همگام با مسایل علمی بگیریم و جلو ببریم.

لذا، با ذکر این نکات، مایلم که اجازهٔ مطرح شدن سوالات را بدهم. بله، در آن عقب.

خبرنگار: می شود لطفاً به شکل غیرحرفه ای توضیح بدهید تا چه اندازه این پیشرفت جدید، مهم و چشمگیر است؟

کرگ ونتر: می توانیم توضیح دهیم چقدر مهم است؟ من مطمئن نیستم که آن کسی که باید دربارهٔ مهم بودن این کار بگوید، ما باشیم، برای ما مهم و چشمگیر بوده. احتمالاً یک تغییر خیلی بزرگ فلسفی در نحوه نگرش ما به حیات نیز هست. ما در واقع این را به شکل یک قدم کوچک می بینیم، چرا که برای ما ۱۵ سال طول کشیده که، الان، بتوانیم آزمایشی را به انجام برسانیم که ۱۵ سال پیش می خواستیم انجام دهیم برای درک حیات در پایه ای ترین سطحش. اما ما در واقع بر این باوریم که این یک سری ابزار قدرتمند خواهد بود. و همین حالا هم شروع کرده ایم به استفاده از این ابزاردر زمینه های متعدد.

ما در موسسه مان سرمایه گذاری مداوم داریم، اکنون، از NIH (موسسات ملی بهداشت) با همکاری نوارتیس (مرکزی در بریتانیا) به منظور تلاش برای استفاده از این ابزار ساخت DNA مصنوعی تا احتمالاً واکسن آنفولانزایی بسازیم که ممکن است سال بعد به دست تان برسد. چرا که، به جای اینکه هفته ها و یا ماه ها طول بکشد تا این ها ساخته شود، تیم «دن» حالا می تواند این کار را در کمتر از ۲۴ ساعت انجام دهد. لذا زمانی که شما می بینید چه قدر طول کشید تا واکسن H1N1 ساخته شود، ما فکر می کنیم می توانیم این پروسه را بطور مؤثری کاهش دهیم. در زمینه واکسن،شرکت «سینتتیک ژنومیکس» (ژنومیک مصنوعی) و موسسه ما دارند یک شرکت واکسن جدید تشکیل می دهند چرا که ما بر این باوریم که این ابزار می توانند به منظور ساخت واکسن ها مثمر ثمر باشند برای بیماری هایی که تا کنون ساخت واکسن شان امکان پذیر نبوده، مواردی که ویروس ها به سرعت فرگشت (تکامل) می یابند، مانند ویروس سرماخوردگی. آیا این عالی نخواهد بود که چیزی داشته باشیم که جلوی سرماخوردگی معمولی را بگیرد؟ یا مهمتر از آن، ویروس ایدز، ویروسی که آنقدر سریع فرگشت می یابد، که واکسن هایی که امروز ساخته می شوند نمی تواند پا به پای آن تغییرات فرگشتی جلو روند.

همچنین، در سینتتیک ژنومیکس، ما مشغول کار بر روی موضوعات مهم محیط زیستی هستیم. من فکر می کنم این نشت اخیر نفت در خلیج یادآور خوبی است. ما نمی توانیم گاز دی اکسید کربن را ببینم، به اندازه گیری های علمی اتکا می کنیم، و نتایج اولیه زیادی بودن آن را داریم می بینیم. اما الان می توانیم دی اکسید کربن را در مرحله قبلی اش ببینیم که روی آب معلق است و ساحل خلیج را آلوده می کند. ما نیاز به جایگزین هایی برای نفت داریم. ما یک برنامه ای با «اگزان موبیل» (Exxon Mobile) داریم تا تلاش کنیم یک نژاد جدید از جلبک به وجود آوریم که به صورت موثری دی اکسید کربن را از سطح اتمسفر یا از منابع متمرکز جذب کند، هیدروکربن های جدیدی بسیازیم که بتوانند وارد پالایشگاه ها شوند و گازوئیل معمولی و سوخت دیزل از دی اکسید کربن بسازند.

اینها تنها چند مورد از رویکردها و جهت گیری هایی است که داریم.

 

 

برای دانلود مستقیم این سخنرانی که همراه با زیر نویس فارسی می باشد به این لینک (+) مراجعه نمایید.

 

0 پاسخ

ارسال یک پاسخ

در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *