ABOUT THE SPEAKER
Floyd E. Romesberg - Chemist, synthetic biologist
Floyd E. Romesberg uses chemistry, biology and physics to study how biomolecules work and to create biomolecules with new forms and functions.

Why you should listen

Floyd E. Romesberg is the director of a talented team of researchers at The Scripps Research Institute who are working to understand how evolution tailors protein function, to develop novel antibiotics and aptamers and to expand on the potential of evolution through the expansion of the genetic alphabet. A chemist by training, Romesberg works beyond the traditional divides between scientific disciplines.

Since the last common ancestor of all life on earth, biological information has been stored in a four-letter alphabet consisting of G, A, T and C. In 1998, Romesberg wondered: Is DNA limited to four letters? The answer is a resounding "No!" Romesberg and his research group have designed, tested and optimized hundreds of unnatural DNA letters, and they have achieved impressive milestones including replication and amplification of six-letter DNA in a test tube; the use of six-letter DNA to produce novel materials; and most recently the creation of semi-synthetic life that stores and retrieves the increased information. The advances led to Romesberg founding Synthorx, Inc., a biotechnology company that uses the expanded genetic alphabet to develop novel protein therapeutics.

More profile about the speaker
Floyd E. Romesberg | Speaker | TED.com
TED2018

Floyd E. Romesberg: The radical possibilities of man-made DNA

佛洛伊德 E. 羅姆斯柏格: 人造 DNA 的根本可能性

Filmed:
1,631,507 views

史上所有的活細胞都是四個字母的基因所產生出來的結果:A、T、C 和 G —— DNA的基本單位。但,現在有所改變了。在這場有遠景的演說中,合成生物學家佛洛伊德 E. 羅姆斯柏格向大家介紹用六個字母的 DNA 所創造出來的生物體,這是史無前例的——四個天然的字母加上兩個人造的字母,X 和 Y ——他也探討了這項突破會如何挑戰我們對於大自然設計的了解。
- Chemist, synthetic biologist
Floyd E. Romesberg uses chemistry, biology and physics to study how biomolecules work and to create biomolecules with new forms and functions. Full bio

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00:12
All life,
0
760
1336
所有的生命,
00:14
every一切 living活的 thing ever,
1
2120
1736
史上所有的生物,
00:15
has been built內置 according根據
to the information信息 in DNA脫氧核糖核酸.
2
3880
2936
都是根據 DNA 中的資訊創造出來的。
00:18
What does that mean?
3
6840
1376
那是什麼意思?
00:20
Well, it means手段 that just
as the English英語 language語言
4
8240
2496
意思是,如同英語這門語言
是用字母組成的,
00:22
is made製作 up of alphabetic字母 letters
that, when combined結合 into words,
5
10760
3216
把字母拼成字詞之後,
00:26
allow允許 me to tell you the story故事
I'm going to tell you today今天,
6
14000
2816
我才能把今天要講的故事
說給你們聽。
00:28
DNA脫氧核糖核酸 is made製作 up of genetic遺傳 letters
that, when combined結合 into genes基因,
7
16840
4096
DNA 是用基因字母組成的,
當它們拼成基因之後,
00:32
allow允許 cells細胞 to produce生產 proteins蛋白質,
8
20960
1736
細胞就能夠產出蛋白質,
00:34
strings字符串 of amino氨基 acids
that fold up into complex複雜 structures結構
9
22720
3056
這些蛋白質是一串串胺基酸
摺疊而成的複雜結構,
00:37
that perform演出 the functions功能
that allow允許 a cell細胞 to do what it does,
10
25800
3016
執行一些功能,
讓細胞可以做它的工作,
00:40
to tell its stories故事.
11
28840
1736
說出它的故事。
00:42
The English英語 alphabet字母 has 26 letters,
and the genetic遺傳 alphabet字母 has four.
12
30600
3936
英文字母表有二十六個字母,
基因字母表則有四個字母。
00:46
They're pretty漂亮 famous著名.
Maybe you've heard聽說 of them.
13
34560
2376
它們很有名,你們可能聽過,
通常直接用 G、C、
A 和 T 來表示。
00:48
They are often經常 just
referred簡稱 to as G, C, A and T.
14
36960
2320
00:52
But it's remarkable卓越
that all the diversity多樣 of life
15
40520
3416
但,很驚人的是,各式各樣的生命
00:55
is the result結果 of four genetic遺傳 letters.
16
43960
2080
都是由四個基因字母產生出來的。
00:59
Imagine想像 what it would be like
if the English英語 alphabet字母 had four letters.
17
47240
4016
想像一下,如果英文字母表
只有四個字,會是怎樣的狀況?
01:03
What sort分類 of stories故事
would you be able能夠 to tell?
18
51280
2280
你能講出什麼樣的故事?
01:07
What if the genetic遺傳 alphabet字母
had more letters?
19
55280
2160
如果基因字母表有更多字,會如何?
01:11
Would life with more letters
be able能夠 to tell different不同 stories故事,
20
59440
2976
更多基因字母的生命
會能夠說出不同的故事嗎?
01:14
maybe even more interesting有趣 ones那些?
21
62440
2000
可能會是更有趣的故事?
01:18
In 1999, my lab實驗室 at the Scripps斯克里普斯
Research研究 Institute研究所 in La Jolla拉霍亞, California加州
22
66480
3816
1999 年我在加州拉霍亞
斯克里普斯研究所的實驗室
01:22
started開始 working加工 on this question
with the goal目標 of creating創建 living活的 organisms生物
23
70320
3696
開始探究這個問題,
目標是要創造出活的有機體,
01:26
with DNA脫氧核糖核酸 made製作 up
of a six-letter六個字母 genetic遺傳 alphabet字母,
24
74040
3016
它們的 DNA 由六個基因字母組成,
01:29
the four natural自然 letters
plus two additional額外 new man-made人造 letters.
25
77080
4480
包括四個天然的字母,
再加上兩個人造的新字母。
01:35
Such這樣 an organism生物 would be
26
83120
1256
這種有機體會是從根本上
做改變的生命形式,且史無前例。
01:36
the first radically根本 altered改變
form形成 of life ever created創建.
27
84400
2856
它會是半合成的生命形式,
01:39
It would be a semisynthetic半合成 form形成 of life
28
87280
1936
01:41
that stores商店 more information信息
than life ever has before.
29
89240
3880
至今沒有任何生命
能像它儲存那麼多資訊。
01:46
It would be able能夠 to make new proteins蛋白質,
30
94120
1856
它能夠製造出新蛋白質,
01:48
proteins蛋白質 built內置 from more
than the 20 normal正常 amino氨基 acids
31
96000
2736
不單單只用那二十種常見胺基酸
01:50
that are usually平時 used to build建立 proteins蛋白質.
32
98760
1920
而建立的蛋白質。
01:53
What sort分類 of stories故事 could that life tell?
33
101560
2080
那樣的生命能說出什麼樣的故事?
01:57
With the power功率 of synthetic合成的 chemistry化學
and molecular分子 biology生物學
34
105400
2816
靠著合成化學
和分子生物學的強大幫助,
02:00
and just under 20 years年份 of work,
35
108240
1576
只花了不到二十年,
02:01
we created創建 bacteria with six-letter六個字母 DNA脫氧核糖核酸.
36
109840
2536
我們就創造出 DNA
有六個字母的細菌。
02:04
Let me tell you how we did it.
37
112400
1429
讓我說一下怎麼做到的吧。
02:06
All you have to remember記得
from your high school學校 biology生物學
38
114640
2536
你只需要記住高中
生物學中的一樣東西,
02:09
is that the four natural自然 letters
pair together一起 to form形成 two base基礎 pairs.
39
117200
3496
那就是:四個天然基因字母
配對形成兩組基礎配對。
02:12
G pairs with C and A pairs with T,
40
120720
2256
G 和 C 配對,A 和 T 配對,
02:15
so to create創建 our new letters,
41
123000
1816
所以,為了創造新字母,
02:16
we synthesized綜合 hundreds數以百計 of new candidates候選人,
new candidate候選人 letters,
42
124840
3536
我們合成了數百種新候選字母,
02:20
and examined檢查 their abilities能力
to selectively選擇 pair with each other.
43
128400
3048
研究它們和彼此
做選擇性配對的能力。
02:23
And after about 15 years年份 of work,
44
131472
1704
經過約十五年的努力,
02:25
we found發現 two that paired配對
together一起 really well,
45
133200
2576
我們發現兩個字母
配對起來的狀況非常好,
02:27
at least最小 in a test測試 tube.
46
135800
1696
至少在試管中是如此。
02:29
They have complicated複雜 names,
47
137520
1696
它們的名字很複雜,
02:31
but let's just call them X and Y.
48
139240
1620
就姑且稱它們為 X 和 Y。
02:33
The next下一個 thing we needed需要 to do
was find a way to get X and Y into cells細胞,
49
141960
3416
接著我們需要做的事,
是要想辦法把 X 和 Y 放入細胞中,
02:37
and eventually終於 we found發現 that a protein蛋白
that does something similar類似 in algae藻類
50
145400
3536
終於,我們發現我們的細菌中
有一種蛋白質和
海藻的蛋白質性能類似,
02:40
worked工作 in our bacteria.
51
148960
1376
02:42
So the final最後 thing that we needed需要 to do
was to show顯示 that with X and Y provided提供,
52
150360
4496
所以,我們需要做的最後一件事,
就是要證明在有 X 和 Y 的前提下,
02:46
cells細胞 could grow增長 and divide劃分
and hold保持 on to X and Y in their DNA脫氧核糖核酸.
53
154880
3520
細胞仍然能夠生長和分裂,
且它們的 DNA 中保有 X 和 Y。
02:51
Everything we had doneDONE up to then
took longer than I had hoped希望 --
54
159880
3096
在那之前我們做的一切,
花的時間都比我期望的還長——
02:55
I am actually其實 a really impatient不耐煩 person --
55
163000
2016
我其實是個很沒耐心的人——
02:57
but this, the most important重要 step,
worked工作 faster更快 than I dreamed夢見,
56
165040
3800
但,這個最重要的步驟,
成功的速度比我夢想的還快,
03:01
basically基本上 immediately立即.
57
169840
1200
基本上是立馬成功。
03:04
On a weekend週末 in 2014,
58
172640
2216
在 2014 的一個週末,
03:06
a graduate畢業 student學生 in my lab實驗室
grew成長 bacteria with six-letter六個字母 DNA脫氧核糖核酸.
59
174880
3080
我實驗室裡的研究生培殖出了
DNA 有六個字母的細菌。
03:10
Let me take the opportunity機會
to introduce介紹 you to them right now.
60
178800
2976
讓我利用這個機會
把它們介紹給各位。
03:13
This is an actual實際 picture圖片 of them.
61
181800
1640
這是它們的真實照片。
03:16
These are the first
semisynthetic半合成 organisms生物.
62
184880
2440
這些是最早的半合成有機體。
03:21
So bacteria with six-letter六個字母 DNA脫氧核糖核酸,
that's really cool, right?
63
189480
2776
DNA 有六個字母的細菌,
真的很酷,對吧?
03:24
Well, maybe some of you
are still wondering想知道 why.
64
192280
2440
也許在座有些人
仍然很納悶為什麼。
03:27
So let me tell you a little bit more
about some of our motivations動機,
65
195680
3176
讓我跟各位簡略說明
我們的一部分動機,
包括概念上和實際上的動機。
03:30
both conceptual概念上的 and practical實際的.
66
198880
1936
03:32
Conceptually概念, people have
thought about life, what it is,
67
200840
2696
概念上,人們思考過生命是什麼、
03:35
what makes品牌 it different不同
from things that are not alive,
68
203560
2616
生命和非生命的差別在哪裡,
從人會思考時就在想這些了。
03:38
since以來 people have had thoughts思念.
69
206200
1656
03:39
Many許多 have interpreted解讀
life as being存在 perfect完善,
70
207880
2296
許多人對於生命的詮釋就是完美,
03:42
and this was taken採取
as evidence證據 of a creator創造者.
71
210200
2496
這被視為是證明
有一個造物主存在的證據。
03:44
Living活的 things are different不同
because a god breathed無聲 life into them.
72
212720
3656
生物之所以不同,是因為
有一個神賦予它們生命。
03:48
Others其他 have sought追捧
a more scientific科學 explanation說明,
73
216400
2336
其他人則用比較科學的解釋,
03:50
but I think it's fair公平 to say
74
218760
1376
但我認為,可以說他們仍然
認為生命的分子是特別的。
03:52
that they still consider考慮
the molecules分子 of life to be special特別.
75
220160
2896
數十億年來,演化已經
把它們最優化了,對吧?
03:55
I mean, evolution演化 has been optimizing優化 them
for billions數十億 of years年份, right?
76
223080
3416
03:58
Whatever隨你 perspective透視 you take,
it would seem似乎 pretty漂亮 impossible不可能
77
226520
2936
不論你採用哪一種觀點,
似乎化學家都不可能
04:01
for chemists化學家 to come in
and build建立 new parts部分
78
229480
2016
建造出能在生命的自然分子中運作
04:03
that function功能 within and alongside並肩
the natural自然 molecules分子 of life
79
231520
3016
或與之一起運作的新部分,
04:06
without somehow不知何故
really screwing擰緊 everything up.
80
234560
2360
而且不以某種方式把一切搞砸。
04:10
But just how perfectly完美
created創建 or evolved進化 are we?
81
238400
3056
但,我們到底被
創造得/演化得多完美?
04:13
Just how special特別
are the molecules分子 of life?
82
241480
2240
生命的分子到底有多特別?
04:16
These questions問題 have been
impossible不可能 to even ask,
83
244640
2336
這些問題,連要問出來都不可能,
04:19
because we've我們已經 had nothing
to compare比較 life to.
84
247000
2120
因為我們沒有任何東西
可以拿來和生命做比較。
04:22
Now for the first time, our work suggests提示
85
250000
1976
史上第一次,我們的研究指出
04:24
that maybe the molecules分子 of life
aren't that special特別.
86
252000
2696
也許生命的分子並沒有那麼特別,
04:26
Maybe life as we know it
isn't the only way it could be.
87
254720
3040
也許我們所知道的生命
並不是唯一的生命形式。
04:30
Maybe we're not the only solution,
maybe not even the best最好 solution,
88
258920
3216
也許我們不是唯一的解決方案,
甚至不是最好的解決方案,
04:34
just a solution.
89
262160
1440
只是一種解決方案。
04:37
These questions問題 address地址
fundamental基本的 issues問題 about life,
90
265600
2576
這些問題在談的是生命的根本議題,
04:40
but maybe they seem似乎 a little esoteric深奧.
91
268200
1856
但它們看似有些深奧。
那,實際的動機呢?
04:42
So what about practical實際的 motivations動機?
92
270080
1736
04:43
Well, we want to explore探索
what sort分類 of new stories故事
93
271840
2776
嗯,我們想要探究,
字彙擴大之後的生命
能夠講述怎樣的新故事,
04:46
life with an expanded擴大
vocabulary詞彙 could tell,
94
274640
2096
04:48
and remember記得, stories故事 here
are the proteins蛋白質 that a cell細胞 produces產生
95
276760
3216
且,別忘了,這裡的故事
指的是細胞能產生的蛋白質
04:52
and the functions功能 they have.
96
280000
1376
及它們的功能。
04:53
So what sort分類 of new proteins蛋白質
with new types類型 of functions功能
97
281400
3096
所以,我們的半合成有機體
能夠製造甚至使用
04:56
could our semisynthetic半合成 organisms生物
make and maybe even use?
98
284520
3656
怎樣的擁有新功能的新蛋白質呢?
05:00
Well, we have a couple一對 of things in mind心神.
99
288200
1960
我們有一些想法。
05:03
The first is to get the cells細胞
to make proteins蛋白質 for us, for our use.
100
291240
4576
首先是要讓細胞為我們製造蛋白質,
讓我們使用。
05:07
Proteins蛋白質 are being存在 used today今天
101
295840
1416
現今,蛋白質被用在
很廣泛的應用領域中,
05:09
for an increasingly日益 broad廣闊
range範圍 of different不同 applications應用,
102
297280
2736
從保護士兵不受傷的材料,
05:12
from materials物料 that protect保護
soldiers士兵 from injury
103
300040
2256
05:14
to devices設備 that detect檢測
dangerous危險 compounds化合物,
104
302320
2216
到偵測危險化合物的裝置,
05:16
but at least最小 to me,
105
304560
1336
但,至少對我來說,
05:17
the most exciting扣人心弦 application應用
is protein蛋白 drugs毒品.
106
305920
2400
最讓人興奮的應用是蛋白質藥物。
05:21
Despite儘管 being存在 relatively相對 new,
107
309160
1416
雖然相對比較新,
05:22
protein蛋白 drugs毒品 have already已經
revolutionized革命性 medicine醫學,
108
310600
2416
但蛋白質藥物已經改革了醫學,
05:25
and, for example, insulin胰島素 is a protein蛋白.
109
313040
2696
比如,胰島素是一種蛋白質。
05:27
You've probably大概 heard聽說 of it,
and it's manufactured製成的 as a drug藥物
110
315760
2856
你們可能聽過它,
它被當作藥物來製造,
05:30
that has completely全然 changed
how we treat對待 diabetes糖尿病.
111
318640
2656
完全改變了我們
對糖尿病的治療方式。
05:33
But the problem問題 is that proteins蛋白質
are really hard to make
112
321320
2976
但,問題是,蛋白質很難製造,
05:36
and the only practical實際的 way to get them
is to get cells細胞 to make them for you.
113
324320
3600
取得蛋白質的唯一實際方式,
就是叫細胞為你製造。
05:40
So of course課程, with natural自然 cells細胞,
114
328880
1696
所以,當然,你只能讓自然細胞
05:42
you can only get them to make
proteins蛋白質 with the natural自然 amino氨基 acids,
115
330600
3496
用自然胺基酸製造出蛋白質,
05:46
and so the properties性能
those proteins蛋白質 can have,
116
334120
2216
所以那些蛋白質能擁有的特性、
05:48
the applications應用
they could be developed發達 for,
117
336360
2496
用它們能開發出來的應用,
05:50
must必須 be limited有限 by the nature性質
of those amino氨基 acids
118
338880
2496
都會被那些用來製造蛋白質的
胺基酸的自然本質所限制。
05:53
that the protein's蛋白的 built內置 from.
119
341400
1496
05:54
So here they are,
120
342920
1216
這就是它們,
05:56
the 20 normal正常 amino氨基 acids that are
strung串起 together一起 to make a protein蛋白,
121
344160
3256
二十種常見胺基酸,
它們結合在一起製造出蛋白質,
我想,你們可以看到,
它們看起來沒什麼差別。
05:59
and I think you can see,
they're not that different-looking不同的前瞻性.
122
347440
2856
它們並沒有帶來、
提供許多不同的功能。
06:02
They don't bring帶來
that many許多 different不同 functions功能.
123
350320
2216
06:04
They don't make that many許多
different不同 functions功能 available可得到.
124
352560
2656
將它和合成化學家所製造的
藥物的小分子來做比較。`
06:07
Compare比較 that with the small molecules分子
that synthetic合成的 chemists化學家 make as drugs毒品.
125
355240
3576
這些小分子比蛋白質更簡單許多,
06:10
Now, they're much simpler簡單 than proteins蛋白質,
126
358840
1936
但它們是由更多各式各樣的
東西例行建造出來的。
06:12
but they're routinely常規 built內置 from
a much broader更廣泛 range範圍 of diverse多種 things.
127
360800
3416
別擔心分子的細節,
06:16
Don't worry擔心 about the molecular分子 details細節,
128
364240
1936
但我想你們能看出它們有多麼不同。
06:18
but I think you can see
how different不同 they are.
129
366200
2216
事實上,正是它們的差異,
讓它們成為很棒的藥物,
06:20
And in fact事實, it's their differences分歧
that make them great drugs毒品
130
368440
2936
治療不同的疾病。
06:23
to treat對待 different不同 diseases疾病.
131
371400
1376
06:24
So it's really provocative挑釁 to wonder奇蹟
what sort分類 of new protein蛋白 drugs毒品
132
372800
4176
所以,很刺激的地方在於,
不知道什麼樣的新蛋白質藥物
06:29
you could develop發展 if you could build建立
proteins蛋白質 from more diverse多種 things.
133
377000
3360
可以用來自更多樣化來源的
蛋白質開發出來。
06:33
So can we get our semisynthetic半合成 organism生物
134
381840
1936
我們能否用我們的半合成有機體
06:35
to make proteins蛋白質 that include包括
new and different不同 amino氨基 acids,
135
383800
3216
來製造出蛋白質,
且包含不同的新胺基酸,
06:39
maybe amino氨基 acids
selected to confer授予 the protein蛋白
136
387040
2256
也許是精選的胺基酸,
來賦予蛋白質
06:41
with some desired期望 property屬性 or function功能?
137
389320
2080
某些我們想要的特性或功能?
06:44
For example,
138
392640
1256
比如,
06:45
many許多 proteins蛋白質 just aren't stable穩定
when you inject注入 them into people.
139
393920
3136
許多蛋白質在注射到
人體中時,就是不穩定。
06:49
They are rapidly急速 degraded降級 or eliminated淘汰,
140
397080
2176
它們很快就會被降解或消除,
06:51
and this stops停止 them from being存在 drugs毒品.
141
399280
1800
因此它們無法成為藥物。
06:54
What if we could make proteins蛋白質
with new amino氨基 acids
142
402080
2416
如果我們能用新的
胺基酸來做蛋白質,
06:56
with things attached to them
143
404520
1816
在它們上面附加一些東西,
06:58
that protect保護 them from their environment環境,
144
406360
1976
保護它們不受環境影響,
07:00
that protect保護 them
from being存在 degraded降級 or eliminated淘汰,
145
408360
3176
保護它們不被降解或消除,
07:03
so that they could be better drugs毒品?
146
411560
1680
讓它們能成為更好的藥物?
07:07
Could we make proteins蛋白質
with little fingers手指 attached
147
415560
2416
我們能不能在蛋白質上附加小手指,
07:10
that specifically特別
grab on to other molecules分子?
148
418000
2480
用來定位緊抓其他的分子?
07:13
Many許多 small molecules分子
failed失敗 during development發展 as drugs毒品
149
421480
2736
也許用小分子來開發藥物時會失敗,
07:16
because they just weren't
specific具體 enough足夠 to find their target目標
150
424240
2936
是因為它們不夠明確定位,
無法在人類身體的複雜環境中
找到它們的目標。
07:19
in the complex複雜 environment環境
of the human人的 body身體.
151
427200
2136
07:21
So could we take those molecules分子
and make them parts部分 of new amino氨基 acids
152
429360
3616
所以,我們能不能用這些分子
來當作新胺基酸的一些部分,
07:25
that, when incorporated合併 into a protein蛋白,
153
433000
2776
當把它們整合到蛋白質中時,
07:27
are guided引導 by that protein蛋白
to their target目標?
154
435800
2360
該蛋白質就會引導它們找到目標?
07:32
I started開始 a biotech生物技術 company公司
called Synthorxsynthorx.
155
440040
2176
我創立了一間生技公司,
叫做 Synthorx。
07:34
Synthorxsynthorx stands站立 for synthetic合成的 organism生物
156
442240
2616
Synthorx 代表「合成有機體」,
07:36
with an X added添加 at the end結束 because
that's what you do with biotech生物技術 companies公司.
157
444880
3656
在最後加上「X」是因為
生技公司都會這樣做。
(笑聲)
07:40
(Laughter笑聲)
158
448560
1416
07:42
Synthorxsynthorx is working加工 closely密切 with my lab實驗室,
159
450000
2016
Synthorx 和我的實驗室密切合作,
07:44
and they're interested有興趣 in a protein蛋白
that recognizes識別 a certain某些 receptor接收器
160
452040
4336
他們感興趣的蛋白質,是要能夠認得
人類細胞表面上的某種受體。
07:48
on the surface表面 of human人的 cells細胞.
161
456400
1696
07:50
But the problem問題 is that it also recognizes識別
162
458120
2456
但,問題是,它也會認出
07:52
another另一個 receptor接收器 on the surface表面
of those same相同 cells細胞,
163
460600
2696
同樣細胞表面上的另一種受體,
07:55
and that makes品牌 it toxic有毒的.
164
463320
1640
那會讓它變成有毒的。
07:57
So could we produce生產
a variant變種 of that protein蛋白
165
465800
2136
所以,我們能否製造出
那種蛋白質的變體,
07:59
where the part部分 that interacts交互
with that second第二 bad receptor接收器 is shielded屏蔽,
166
467960
4336
把會和第二種不良受體
發生作用的那部分給掩蓋起來,
08:04
blocked受阻 by something like a big umbrella雨傘
167
472320
1936
用像大傘樣的東西把它屏蔽掉,
08:06
so that the protein蛋白 only interacts交互
with that first good receptor接收器?
168
474280
3080
讓蛋白質只會和第一種
好的受體發生作用?
08:10
Doing that would be really difficult
169
478520
1736
用常見的胺基酸會很難
或不可能做到這一點,
08:12
or impossible不可能 to do
with the normal正常 amino氨基 acids,
170
480280
2256
但若用專門為此目的而設計的
胺基酸就不用擔心了。
08:14
but not with amino氨基 acids that are
specifically特別 designed設計 for that purpose目的.
171
482560
3440
08:20
So getting得到 our semisynthetic半合成 cells細胞
to act法案 as little factories工廠
172
488520
3176
所以,讓我們的半合成
細胞扮演小工廠
08:23
to produce生產 better protein蛋白 drugs毒品
173
491720
1496
來製造比較好的蛋白質藥物,
並非唯一有趣的應用,
08:25
isn't the only potentially可能
really interesting有趣 application應用,
174
493240
2736
因為,切記,是蛋白質
讓細胞實現它們的功能。
08:28
because remember記得, it's the proteins蛋白質
that allow允許 cells細胞 to do what they do.
175
496000
3400
08:32
So if we have cells細胞 that make
new proteins蛋白質 with new functions功能,
176
500320
3296
所以,如果有細胞能夠製造出
具有新功能的新蛋白質,
08:35
could we get them to do things
that natural自然 cells細胞 can't do?
177
503640
3576
我們是否能讓它們做到
自然細胞無法做到的事?
08:39
For example, could we develop發展
semisynthetic半合成 organisms生物
178
507240
2776
比如,我們能否開發出
一種半合成有機體,
08:42
that when injected注射 into a person,
seek尋求 out cancer癌症 cells細胞
179
510040
4136
注射到人體中,去尋找癌細胞,
08:46
and only when they find them,
secrete分泌 a toxic有毒的 protein蛋白 that kills殺死 them?
180
514200
3320
只有當找到癌細胞時,
才分泌有毒蛋白質來殺死癌細胞?
08:50
Could we create創建 bacteria
that eat different不同 kinds of oil,
181
518400
2936
我們能否創造出一種細菌,
能吃掉不同類的油,
08:53
maybe to clean清潔 up an oil spill?
182
521360
1896
也許能用來清理漏油?
08:55
These are just a couple一對
of the types類型 of stories故事
183
523280
2216
上述這些,只是當字彙擴展時
08:57
that we're going to see if life
with an expanded擴大 vocabulary詞彙 can tell.
184
525520
3256
生命能訴說的其中幾種故事。
聽起來很棒,對吧?
09:00
So, sounds聲音 great, right?
185
528800
1496
09:02
Injecting注射 semisynthetic半合成
organisms生物 into people,
186
530320
2896
將半合成有機體注射到人體中,
09:05
dumping傾銷 millions百萬 and millions百萬 of gallons加侖
of our bacteria into the ocean海洋
187
533240
3376
將數百萬加崙這種細菌倒入海洋中
09:08
or out on your favorite喜愛 beach海灘?
188
536640
1496
或倒在你最愛的海灘上?
09:10
Oh, wait a minute分鐘,
actually其實 it sounds聲音 really scary害怕.
189
538160
2456
喔,等等,這聽起來其實挺嚇人的。
09:12
This dinosaur恐龍 is really scary害怕.
190
540640
2000
這隻恐龍挺嚇人的。
09:16
But here's這裡的 the catch抓住:
191
544480
1776
但,有個困難之處:
09:18
our semisynthetic半合成 organisms生物
in order訂購 to survive生存,
192
546280
3576
我們的半合成有機體為了要生存,
09:21
need to be fed美聯儲 the chemical化學
precursors前體 of X and Y.
193
549880
2920
會需要被餵食 X 和 Y 的化學前體。
09:25
X and Y are completely全然 different不同
than anything that exists存在 in nature性質.
194
553800
3480
X 和 Y 和大自然中存在的
任何東西都完全不同。
09:30
Cells細胞 just don't have them
or the ability能力 to make them.
195
558160
2600
細胞沒有它們,
也沒有能力製造它們。
09:33
So when we prepare準備 them,
196
561600
1256
所以,當我們在實驗室內
受控環境中製造出它們時,
09:34
when we grow增長 them up
in the controlled受控 environment環境 of the lab實驗室,
197
562880
2936
我們可以餵食它們
很多非天然的食物。
09:37
we can feed飼料 them
lots of the unnatural不自然 food餐飲.
198
565840
2096
接著,當我們把它們部署到
人體中或外面的海灘上,
09:39
Then, when we deploy部署 them
in a person or out on a beach海灘
199
567960
3336
09:43
where they no longer
have access訪問 that special特別 food餐飲,
200
571320
2696
在那些地方,它們無法
取得特別的食物,
09:46
they can grow增長 for a little bit,
they can survive生存 for a little,
201
574040
3096
它們可以成長一點點,
它們可以生存一會兒,
09:49
maybe just long enough足夠
to perform演出 some intended function功能,
202
577160
3496
也許還夠長,足以執行
一些我們希望的功能,
09:52
but then they start開始
to run out of the food餐飲.
203
580680
2136
但接著,它們就沒有食物可吃了。
09:54
They start開始 to starve餓死.
204
582840
1336
它們會開始挨餓。
09:56
They starve餓死 to death死亡
and they just disappear消失.
205
584200
2120
它們會餓死,然後消失。
09:59
So not only could we get life
to tell new stories故事,
206
587480
2416
所以,我們不只能
讓生命說新的故事,
10:01
we get to tell life when and where
to tell those stories故事.
207
589920
3000
我們也能控制生命
何時何地說新的故事。
10:07
At the beginning開始 of this talk
I told you that we reported報導 in 2014
208
595080
3536
在這場演說的一開始,
我告訴各位我們在 2014 年
10:10
the creation創建 of semisynthetic半合成 organisms生物
that store商店 more information信息,
209
598640
3216
創造出了半合成有機體,
能儲存更多資訊,
10:13
X and Y, in their DNA脫氧核糖核酸.
210
601880
2096
將 X 和 Y 存在它們的 DNA 中。
10:16
But all the motivations動機
that we just talked about
211
604000
2456
但我們剛剛談到的所有動機,
10:18
require要求 cells細胞 to use X and Y
to make proteins蛋白質,
212
606480
2456
都需要細胞能夠使用
X 和 Y 來製造蛋白質,
10:20
so we started開始 working加工 on that.
213
608960
1680
所以我們開始處理這一點。
10:23
Within a couple一對 years年份, we showed顯示
that the cells細胞 could take DNA脫氧核糖核酸 with X and Y
214
611600
3696
在幾年內,我們證明了
細胞能夠把有 X 和 Y 的 DNA
10:27
and copy複製 it into RNARNA,
the working加工 copy複製 of DNA脫氧核糖核酸.
215
615320
2840
複製到 RNA,
也就是 DNA 的工作用複本。
10:31
And late晚了 last year,
216
619560
1816
去年底,
10:33
we showed顯示 that they could then
use X and Y to make proteins蛋白質.
217
621400
3136
我們證明了它們接著還可以
用 X 和 Y 來製造蛋白質。
10:36
Here they are, the stars明星 of the show顯示,
218
624560
2656
這就是它們,今天節目的大明星,
10:39
the first fully-functional功能齊全
semisynthetic半合成 organisms生物.
219
627240
3480
史上最早能夠完全
運作的半合成有機體。
10:43
(Applause掌聲)
220
631560
4640
(掌聲)
10:50
These cells細胞 are green綠色 because
they're making製造 a protein蛋白 that glows光暈 green綠色.
221
638040
3496
這些細胞是綠色的,因為它們會
製造出一種發綠光的蛋白質。
10:53
It's a pretty漂亮 famous著名 protein蛋白,
actually其實, from jellyfish海蜇
222
641560
2536
事實上,這種蛋白質很有名,
來自水母,
10:56
that a lot of people use
in its natural自然 form形成
223
644120
2096
很多人會使用它的天然形式,
10:58
because it's easy簡單 to see that you made製作 it.
224
646240
2040
因為這樣很容易可以
看出你製造出它了。
11:01
But within every一切 one of these proteins蛋白質,
225
649280
1896
但,在所有這些蛋白質中,
11:03
there's a new amino氨基 acid that
natural自然 life can't build建立 proteins蛋白質 with.
226
651200
3760
有一種新的胺基酸,
自然生命無法用它來製造蛋白質。
11:09
Every一切 living活的 cell細胞, every一切 living活的 cell細胞 ever,
227
657160
3840
所有的活細胞,史上所有的活細胞,
11:14
has made製作 every一切 one of its proteins蛋白質
228
662160
2376
不論是製造哪一種蛋白質,
11:16
using運用 a four-letter四個字母 genetic遺傳 alphabet字母.
229
664560
2040
都是用四個基因字母來製造的。
11:19
These cells細胞 are living活的 and growing生長
and making製造 protein蛋白
230
667720
4136
這些細胞是活的,會成長,
11:23
with a six-letter六個字母 alphabet字母.
231
671880
1896
還會製造出六個字母的蛋白質。
11:25
These are a new form形成 of life.
232
673800
1400
它們是新的生命形式。
11:28
This is a semisynthetic半合成 form形成 of life.
233
676360
2160
這是一種半合成的生命形式。
11:31
So what about the future未來?
234
679840
1776
那,未來呢?
11:33
My lab實驗室 is already已經 working加工 on expanding擴大
the genetic遺傳 alphabet字母 of other cells細胞,
235
681640
3576
我的實驗室已經在努力擴展
其他細胞的基因字母,
包括人類細胞,
11:37
including包含 human人的 cells細胞,
236
685240
1216
11:38
and we're getting得到 ready準備 to start開始 working加工
on more complex複雜 organisms生物.
237
686480
3656
且我們已經準備好要開始
投入更複雜的有機體。
11:42
Think semisynthetic半合成 worms蠕蟲.
238
690160
1800
想想半合成的蟲。
11:45
The last thing I want to say to you,
239
693360
1736
我想要告訴各位的最後一件事,
11:47
the most important重要 thing
that I want to say to you,
240
695120
2416
也是我想告訴各位的事
當中最重要的,
11:49
is that the time
of semisynthetic半合成 life is here.
241
697560
2360
就是:半合成生命的
時代已經到來。
11:52
Thank you.
242
700760
1256
謝謝。
11:54
(Applause掌聲)
243
702040
4680
(掌聲)
(掌聲結束)
12:05
Chris克裡斯 Anderson安德森: I mean,
Floyd弗洛伊德, this is so remarkable卓越.
244
713480
2496
克里斯安德森:佛洛伊德,
這真是了不起。
12:08
I just wanted to ask you,
245
716000
2736
我只是想要問你,
12:10
what are the implications啟示 of your work
246
718760
2496
你的研究有什麼意涵?
12:13
for how we should think
about the possibilities可能性 for life,
247
721280
3856
我們該如何看待生命的可能性,
12:17
like, in the universe宇宙, elsewhere別處?
248
725160
2256
比如,在宇宙中,其他地方?
12:19
It just seems似乎 like so much of life,
or so much of our assumptions假設 are based基於
249
727440
4136
感覺就是,生命有好大一部分,
或是說我們的假設有好大一部分
12:23
on the fact事實 that of course課程,
it's got to be DNA脫氧核糖核酸,
250
731600
2856
是立基在這個事實上:
它必須是 DNA,
12:26
but is the possibility可能性 space空間
of self-replicating自我複製 molecules分子
251
734480
4256
但,自我複製分子的可能性空間
12:30
much bigger than DNA脫氧核糖核酸,
even just DNA脫氧核糖核酸 with six letters?
252
738760
3096
是否比 DNA 大很多,
甚至只是六個字母的 DNA?
12:33
Floyd弗洛伊德 RomesbergRomesberg:
Absolutely絕對, I think that's right,
253
741880
2376
佛洛伊德:是的,我認為沒錯。
且我認為,我們的研究顯示,
12:36
and I think what our work has shown顯示,
254
744280
1736
如我先前提過的,
一直以來都有一種偏見存在,
12:38
as I mentioned提到, is that
there's been always this prejudice偏見
255
746040
3696
12:41
that sort分類 of we're perfect完善,
256
749760
1376
認為我們是完美的,
12:43
we're optimal最佳, God created創建 us this way,
257
751160
2576
我們是最理想化的,
神把我們創造成這樣,
12:45
evolution演化 perfected完善 us this way.
258
753760
2096
演化把我們變成這麼完美。
12:47
We've我們已經 made製作 molecules分子 that work
right alongside並肩 the natural自然 ones那些,
259
755880
3280
我們做出的分子能夠
和天然分子並存,
12:52
and I think that suggests提示
that any molecules分子
260
760440
3216
我認為那意味著任何分子
12:55
that obey遵守 the fundamental基本的 laws法律
of chemistry化學 and physics物理
261
763680
2656
只要能遵守化學和物理的基本原理,
12:58
and you can optimize優化 them
262
766360
1256
且能將它們最佳化,
12:59
could do the things that
the natural自然 molecules分子 of life do.
263
767640
2736
那它們就能夠做到生命的
天然分子能做到的事。
13:02
There's nothing magic魔法 there.
264
770400
1736
這不是什麼魔法。
13:04
And I think that it suggests提示
265
772160
1376
我認為,那意味著,
生命演化的方式有很多種,
13:05
that life could evolve發展
many許多 different不同 ways方法,
266
773560
2056
13:07
maybe similar類似 to us
with other types類型 of DNA脫氧核糖核酸,
267
775640
2856
也許類似於我們擁有
其他種 DNA 的人,
13:10
maybe things without DNA脫氧核糖核酸 at all.
268
778520
1720
也許完全沒有 DNA 的東西。
13:13
CACA: I mean, in your mind心神,
269
781120
1256
克:在你心中,
13:14
how big might威力 that possibility可能性 space空間 be?
270
782400
3336
那可能性空間有多大?
13:17
Do we even know? Are most things going
to look something like a DNA脫氧核糖核酸 molecule分子,
271
785760
3656
我們知道嗎?大部分的東西
都會看起來像 DNA 分子?
13:21
or something radically根本 different不同
that can still self-reproduce自我繁殖
272
789440
2936
或是非常不同的東西
也能夠自我繁殖,
13:24
and potentially可能 create創建 living活的 organisms生物?
273
792400
1936
且有可能創造出活的有機體?
13:26
FRfr: My personal個人 opinion意見
is that if we found發現 new life,
274
794360
2496
佛:我個人的意見是,
如果我們找到新生命,
13:28
we might威力 not even recognize認識 it.
275
796880
2216
我們可能也不會認出它。
13:31
CACA: So this obsession困擾
with the search搜索 for Goldilocks金發 planets行星
276
799120
2936
克:所以,這種對於
尋找適居帶行星的迷戀,
13:34
in exactly究竟 the right place地點
with water and whatever隨你,
277
802080
2416
一定要找到有水和其他東西的地方,
13:36
that's a very parochial教區
assumption假設, perhaps也許.
278
804520
2296
也許這樣的假設太狹礙了。
13:38
FRfr: Well, if you want to find someone有人
you can talk to, then maybe not,
279
806840
3416
佛:如果你想要找到能說話的人,
也許這假設不算狹礙,
13:42
but I think that if you're just
looking for any form形成 of life,
280
810280
2896
但如果你是要找到任何形式的生命,
13:45
I think that's right, I think that you're
looking for life under the light post崗位.
281
813200
3896
那,沒錯,我想是太狹隘了,
你只想在容易找的地方找。
13:49
CACA: Thank you for boggling令人 難以置信 all our minds頭腦.
Thank so much, Floyd弗洛伊德.
282
817120
3336
克:謝謝你帶來這些驚喜。
非常謝謝,佛洛伊德。
13:52
(Applause掌聲)
283
820480
2640
(掌聲)
Translated by Lilian Chiu
Reviewed by Carol Wang

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ABOUT THE SPEAKER
Floyd E. Romesberg - Chemist, synthetic biologist
Floyd E. Romesberg uses chemistry, biology and physics to study how biomolecules work and to create biomolecules with new forms and functions.

Why you should listen

Floyd E. Romesberg is the director of a talented team of researchers at The Scripps Research Institute who are working to understand how evolution tailors protein function, to develop novel antibiotics and aptamers and to expand on the potential of evolution through the expansion of the genetic alphabet. A chemist by training, Romesberg works beyond the traditional divides between scientific disciplines.

Since the last common ancestor of all life on earth, biological information has been stored in a four-letter alphabet consisting of G, A, T and C. In 1998, Romesberg wondered: Is DNA limited to four letters? The answer is a resounding "No!" Romesberg and his research group have designed, tested and optimized hundreds of unnatural DNA letters, and they have achieved impressive milestones including replication and amplification of six-letter DNA in a test tube; the use of six-letter DNA to produce novel materials; and most recently the creation of semi-synthetic life that stores and retrieves the increased information. The advances led to Romesberg founding Synthorx, Inc., a biotechnology company that uses the expanded genetic alphabet to develop novel protein therapeutics.

More profile about the speaker
Floyd E. Romesberg | Speaker | TED.com

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