TEDGlobal 2005
Craig Venter: Sampling the ocean's DNA
Craig Venter über DNS und das Meer
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Der Genomik Pionier Craig Venter unterbricht seine epische Expedition um die Welt, um über die Millionen von Genen zu sprechen, die seine Mannschaft bisher bei ihrem Streben, die Biodiversität des Ozeans aufzuzeichnen, entdeckt hat.
Craig Venter - Biologist, genetics pioneer
In 2001, Craig Venter made headlines for sequencing the human genome. In 2003, he started mapping the ocean's biodiversity. And now he's created the first synthetic lifeforms -- microorganisms that can produce alternative fuels. Full bio
In 2001, Craig Venter made headlines for sequencing the human genome. In 2003, he started mapping the ocean's biodiversity. And now he's created the first synthetic lifeforms -- microorganisms that can produce alternative fuels. Full bio
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00:25
At the break, I was asked by several people
0
0
2000
In der Pause wurde ich von mehreren Leuten
00:27
about my comments about the aging debate.
1
2000
3000
nach einem Kommentar zur Debatte um das Altern gebeten.
00:30
And this will be my only comment on it.
2
5000
2000
Dies wird mein einziger Kommentar dazu sein.
00:32
And that is, I understand
3
7000
2000
Soweit ich weiß,
00:34
that optimists greatly outlive pessimists.
4
9000
2000
leben Optimisten deutlich länger als Pessimisten.
00:36
(Laughter)
5
11000
4000
(Gelächter)
00:41
What I'm going to tell you about in my 18 minutes is
6
16000
3000
In den kommenden 18 Minuten werde ich Ihnen berichten,
00:44
how we're about to switch from reading the genetic code
7
19000
4000
wie wir dabei sind, ausgehend vom Lesen des genetischen Codes
00:48
to the first stages of beginning
8
23000
2000
die ersten Schritte zu unternehmen,
00:50
to write the code ourselves.
9
25000
2000
den Code selbst zu schreiben.
00:53
It's only 10 years ago this month
10
28000
2000
Diesen Monat ist es gerade 10 Jahre her
00:55
when we published the first sequence
11
30000
2000
dass wir die erste Sequenz eines
00:57
of a free-living organism,
12
32000
2000
frei lebenden Organismus veröffentlicht haben,
00:59
that of haemophilus influenzae.
13
34000
2000
die von Haemophilus influenza.
01:01
That took a genome project
14
36000
2000
Dabei reduzierten wir die für ein Genom Projekt nötige Zeit
01:03
from 13 years down to four months.
15
38000
3000
von 13 Jahren auf vier Monate.
01:07
We can now do that same genome project
16
42000
2000
Das gleiche Genomprojekt können wir nun bereits
01:09
in the order of
17
44000
2000
innerhalb von
01:11
two to eight hours.
18
46000
2000
zwei bis acht Stunden durchführen.
01:13
So in the last decade, a large number of genomes have been added:
19
48000
3000
Im letzten Jahrzehnt wurden eine Vielzahl an Genomen dazugefügt:
01:16
most human pathogens,
20
51000
3000
die meisten menschlichen Pathogene,
01:19
a couple of plants,
21
54000
2000
ein paar Pflanzen,
01:21
several insects and several mammals,
22
56000
3000
einige Insekten und Säugetiere,
01:24
including the human genome.
23
59000
3000
einschliesslich des menschlichen Genoms.
01:27
Genomics at this stage of the thinking
24
62000
3000
Man dachte in der Genomik
01:30
from a little over 10 years ago
25
65000
2000
vor ein wenig mehr als 10 Jahren,
01:32
was, by the end of this year, we might have
26
67000
2000
dass man bis Ende dieses Jahres
01:34
between three and five genomes sequenced;
27
69000
3000
zwischen drei und fünf Genome sequenziert haben dürfte;
01:37
it's on the order of several hundred.
28
72000
3000
es sind bereits hunderte.
01:40
We just got a grant from the Gordon and Betty Moore Foundation
29
75000
3000
Wir haben gerade Forschungsgelder von der Gordon and Betty Moore Stiftung bekommen
01:43
to sequence 130 genomes this year,
30
78000
3000
um in diesem Jahr 130 Genome zu sequenzieren -
01:46
as a side project from environmental organisms.
31
81000
4000
als ein Nebenprojekt zur Analyse von Umweltorganismen.
01:50
So the rate of reading the genetic code has changed.
32
85000
3000
Die Geschwindigkeit, mit der wir den genetischen Codes lesen, hat sich also verändert.
01:54
But as we look, what's out there,
33
89000
2000
Aber in Anbetracht dessen, was es dort draussen gibt,
01:56
we've barely scratched the surface
34
91000
2000
haben wir gerade erst begonnen zu erkunden,
01:58
on what is available on this planet.
35
93000
4000
was es auf diesem Planeten gibt.
02:02
Most people don't realize it, because they're invisible,
36
97000
3000
Weil Mikroben unsichtbar sind, ist den meisten Menschen nicht klar,
02:05
but microbes make up about a half of the Earth's biomass,
37
100000
4000
dass sie ungefähr die Hälfte der Biomasse auf der Erde ausmachen,
02:09
whereas all animals only make up about
38
104000
3000
während alle Tiere zusammen nur
02:12
one one-thousandth of all the biomass.
39
107000
2000
ungefähr ein tausendstel auf die Waage bringen.
02:14
And maybe it's something that people in Oxford don't do very often,
40
109000
3000
Vielleicht haben Menschen aus Oxford dazu nicht nicht oft Gelegenheit,
02:17
but if you ever make it to the sea,
41
112000
2000
aber bedenken Sie, wenn sie Sie jemals ans Meer kommen
02:19
and you swallow a mouthful of seawater,
42
114000
3000
und dort einen Schluck Meerwasser nehmen,
02:22
keep in mind that each milliliter
43
117000
2000
dass jeder Milliliter
02:24
has about a million bacteria
44
119000
2000
etwa eine Million Bakterien
02:26
and on the order of 10 million viruses.
45
121000
3000
und um die 10 Millionen Viren enthält.
02:29
Less than 5,000 microbial species
46
124000
3000
Vor zwei Jahren waren weniger als 5000 mikrobielle Arten
02:32
have been characterized as of two years ago,
47
127000
2000
beschrieben,
02:34
and so we decided to do something about it.
48
129000
2000
deshalb haben wir uns entschieden, daran etwas zu ändern.
02:36
And we started the Sorcerer II Expedition,
49
131000
3000
Wir begannen die Sorcerer II Expedition
02:39
where we were, as with great oceanographic expeditions,
50
134000
3000
die wie andere große ozeanographische Expeditionen zum Ziel hat,
02:42
trying to sample the ocean every 200 miles.
51
137000
3000
alle 320 km eine Probe des Ozeans zu nehmen.
02:47
We started in Bermuda for our test project,
52
142000
2000
Wir begannen mit unserem Testprojekt auf den Bermuda Inseln,
02:49
then moved up to Halifax,
53
144000
2000
reisten nach Norden bis nach Halifax,
02:51
working down the U.S. East Coast,
54
146000
2000
arbeiteten uns von dort die Ostküste der Vereinigten Staaten hinab,
02:53
the Caribbean Sea, the Panama Canal,
55
148000
3000
durch das Karibische Meer, den Panama Kanal,
02:58
through to the Galapagos, then across the Pacific,
56
153000
2000
bis zu den Galapagos Inseln und überquerten den Pazifik.
03:00
and we're in the process now of working our way
57
155000
2000
Jetzt sind wir dabei, uns
03:02
across the Indian Ocean.
58
157000
2000
durch den Indischen Ozean zu arbeiten.
03:04
It's very tough duty; we're doing this on a sailing vessel,
59
159000
3000
Es ist eine sehr schwere Arbeit; wir arbeiten auf einem Segelschiff,
03:07
in part to help excite young people
60
162000
2000
unter anderem auch um junge Leute
03:09
about going into science.
61
164000
3000
für die Wissenschaft zu begeistern.
03:12
The experiments are incredibly simple.
62
167000
2000
Die Experimente sind unglaublich einfach.
03:14
We just take seawater and we filter it,
63
169000
3000
Wir nehmen einfach Meerwasser, filtern es,
03:17
and we collect different size organisms on different filters,
64
172000
4000
und sammeln unterschiedlich grosse Organismen in unterschiedlichen Filtern.
03:21
and then take their DNA back to our lab in Rockville,
65
176000
3000
Dann bringen wir ihre DNS in unser Labor in Rockville,
03:24
where we can sequence a hundred million letters
66
179000
3000
wo wir alle 24 Stunden einhundert Millionen Buchstaben
03:27
of the genetic code every 24 hours.
67
182000
2000
ihres genetischen Codes entschlüsseln können.
03:29
And with doing this,
68
184000
2000
Dabei haben wir
03:31
we've made some amazing discoveries.
69
186000
2000
einige erstaunliche Entdeckungen gemacht.
03:33
For example, it was thought that the visual pigments
70
188000
2000
Zum Beispiel dachte man, dass es nur ein oder zwei Organismen in diesem Ökosystem gäbe,
03:35
that are in our eyes -- there was only one or two organisms
71
190000
2000
die die gleichen lichtempfindlichen Pigmente besitzen,
03:38
in the environment that had these same pigments.
72
193000
4000
die wir auch in unseren Augen haben.
03:42
It turns out, almost every species
73
197000
2000
Aber es stellte sich heraus, dass fast jede Art
03:44
in the upper parts of the ocean
74
199000
2000
in den oberen Meereschichten
03:46
in warm parts of the world
75
201000
2000
in den warmen Teilen der Welt
03:48
have these same photoreceptors,
76
203000
2000
dieselben Photorezeptoren besitzt
03:50
and use sunlight as the source of their energy
77
205000
3000
und Sonnenlicht als Energiequelle
03:53
and communication.
78
208000
2000
und für die Kommunikation verwendet.
03:55
From one site, from one barrel of seawater,
79
210000
3000
An einer Stelle entdeckten wir in einem Fass [ca. 120 Liter] Meerwasser
03:58
we discovered 1.3 million new genes
80
213000
3000
1,3 Millionen neue Gene
04:01
and as many as 50,000 new species.
81
216000
4000
und nicht weniger als 50.000 neue Spezies.
04:05
We've extended this to the air
82
220000
2000
Wir haben die Analyse jetzt mit Forschungsgeldern der Sloan Stiftung
04:07
now with a grant from the Sloan Foundation.
83
222000
3000
auf die Luft ausgedehnt.
04:10
We're measuring how many viruses and bacteria
84
225000
2000
Wir messen, wie viele Viren und Bakterien
04:12
all of us are breathing in and out every day,
85
227000
3000
wir täglich ein- und ausatmen,
04:15
particularly on airplanes
86
230000
2000
insbesondere in Flugzeugen
04:17
or closed auditoriums.
87
232000
2000
oder geschlossenen Zuschauerräumen.
04:19
(Laughter)
88
234000
3000
(Gelächter)
04:22
We filter through some simple apparatuses;
89
237000
2000
Wir filtern die Luft mit einfachen Geräten;
04:24
we collect on the order of a billion microbes from just a day
90
239000
3000
wir sammeln in der Grössenordnung von einer Milliarde Mikroben an nur einem Tag
04:27
filtering on top of a building in New York City.
91
242000
4000
indem wir die Luft auf dem Dach eines Gebäudes in New York City filtern.
04:31
And we're in the process of sequencing all that
92
246000
2000
Derzeit sind wir dabei,
04:33
at the present time.
93
248000
2000
alle diese Proben zu sequenzieren.
04:35
Just on the data collection side,
94
250000
2000
Ein Einblick in die Datenerhebung:
04:37
just where we are through the Galapagos,
95
252000
3000
als wir Proben an den Galapagos Inseln gesammelt hatten,
04:40
we're finding that almost every 200 miles,
96
255000
2000
fanden wir, fast alle 320 km
04:42
we see tremendous diversity
97
257000
2000
eine riesige Artenvielfalt
04:44
in the samples in the ocean.
98
259000
2000
in den Meerwasserproben.
04:47
Some of these make logical sense,
99
262000
2000
Einige davon machen absolut Sinn,
04:49
in terms of different temperature gradients.
100
264000
3000
wenn man die unterschiedlichen Temperaturgradienten betrachtet.
04:52
So this is a satellite photograph
101
267000
2000
Hier haben wir ein Satellitenbild,
04:54
based on temperatures -- red being warm,
102
269000
2000
das die Temperaturen zeigt -- rot bedeutet warm,
04:56
blue being cold --
103
271000
3000
blau bedeutet kalt --
04:59
and we found there's a tremendous difference between
104
274000
3000
und wir fanden, dass es einen riesigen Unterschied in der Häufigkeit von Arten
05:02
the warm water samples and the cold water samples,
105
277000
2000
zwischen den Warmwasserproben
05:04
in terms of abundant species.
106
279000
3000
und den Kaltwasserproben gibt.
05:07
The other thing that surprised us quite a bit
107
282000
2000
Die unterschiedlichen Wellenlängen, die von den Lichtrezeptoren detektiert werden,
05:09
is these photoreceptors detect different wavelengths of light,
108
284000
4000
haben uns ebenfalls überrascht.
05:13
and we can predict that based on their amino acid sequence.
109
288000
4000
Wir können die Wellenlängen anhand der Aminosäuresequenz der Rezeptoren vorhersagen
05:17
And these vary tremendously from region to region.
110
292000
3000
und sie variieren ungemein von Region zu Region.
05:20
Maybe not surprisingly,
111
295000
2000
Wie erwartet
05:22
in the deep ocean, where it's mostly blue,
112
297000
2000
detektieren die Lichtrezeptoren in der Tiefsee
05:24
the photoreceptors tend to see blue light.
113
299000
4000
meist blaues Licht.
05:28
When there's a lot of chlorophyll around,
114
303000
2000
Wenn es sehr viel Chlorophyll gibt,
05:30
they see a lot of green light.
115
305000
2000
detektieren sie sehr viel grünes Licht.
05:32
But they vary even more,
116
307000
2000
Sie variieren aber noch mehr,
05:34
possibly moving towards infrared and ultraviolet
117
309000
3000
möglicherweise tendierend zu Infrarot und Ultraviolet,
05:37
in the extremes.
118
312000
2000
an den Extremen.
05:40
Just to try and get an assessment
119
315000
2000
Um zu versuchen, einen Überblick über die Gesamtheit
05:42
of what our gene repertoire was,
120
317000
2000
der gesammelten Gene zu bekommen,
05:44
we assembled all the data --
121
319000
2000
fügten wir alle Daten zusammen --
05:46
including all of ours thus far from the expedition,
122
321000
3000
einschliesslich all derer, die wir bis zu diesem Zeitpunkt von der Expedition hatten,
05:49
which represents more than half of all the gene data on the planet --
123
324000
3000
also mehr als die Hälfte der Gene unseres Planeten --
05:52
and it totaled around 29 million genes.
124
327000
4000
und fanden insgesamt ca. 29 Millionen Gene.
05:56
And we tried to put these into gene families
125
331000
2000
Wir haben versucht, diese Sequenzen Genfamilien zuzuordnen,
05:58
to see what these discoveries are:
126
333000
2000
um zu sehen welche Entdeckungen wir gemacht hatten:
06:00
Are we just discovering new members of known families,
127
335000
3000
Hatten wir nur neue Mitglieder bekannter Familien aufgespürt,
06:03
or are we discovering new families?
128
338000
2000
oder komplett neue Genfamilien entdeckt ?
06:05
And it turns out we have about 50,000
129
340000
2000
Es stellte sich heraus, dass wir etwa 50.000
06:07
major gene families,
130
342000
3000
grosse Genfamilien erkennen konnten,
06:10
but every new sample we take in the environment
131
345000
3000
aber mit jeder neuen Probe, die wir aus der Umwelt nehmen,
06:13
adds in a linear fashion to these new families.
132
348000
3000
steigt die Zahl neuer Familien linear an.
06:16
So we're at the earliest stages of discovery
133
351000
2000
Wir stehen noch ganz am Anfang davon,
06:18
about basic genes,
134
353000
3000
die elementaren Gene,
06:21
components and life on this planet.
135
356000
3000
Komponenten und das Leben auf diesem Planeten zu erkunden.
06:25
When we look at the so-called evolutionary tree,
136
360000
3000
Wenn wir uns den sogenannten Abstammungsbaum ansehen,
06:28
we're up on the upper right-hand corner with the animals.
137
363000
4000
befinden wir Menschen uns zusammen mit den Tieren in der oberen rechten Ecke.
06:32
Of those roughly 29 million genes,
138
367000
4000
Von den ungefähr 29 Millionen Genen,
06:36
we only have around 24,000
139
371000
2000
haben wir gerade etwa 24.000
06:38
in our genome.
140
373000
2000
in unserem Genom.
06:40
And if you take all animals together,
141
375000
2000
Und wenn man alle Tiere zusammenfasst,
06:42
we probably share less than 30,000
142
377000
3000
haben wir gemeinsam wahrscheinlich weniger als 30.000 Gene,
06:45
and probably maybe a dozen
143
380000
3000
die wahrscheinlich in ungefähr
06:48
or more thousand different gene families.
144
383000
3000
zwölftausend unterschiedliche Genfamillien fallen.
06:52
I view that these genes are now
145
387000
2000
Meiner Ansicht nach sind diese Gene
06:54
not only the design components of evolution.
146
389000
3000
nicht nur die Designkomponenten der Evolution.
06:57
And we think in a gene-centric view --
147
392000
2000
Dies ist eine Betrachtungsweise, die von einzelnen Genen ausgeht --
06:59
maybe going back to Richard Dawkins' ideas --
148
394000
3000
vielleicht basierend auf Richard Dawkins' Ideen.
07:02
than in a genome-centric view,
149
397000
2000
Genome dagegen bestehen aus
07:04
which are different constructs of these gene components.
150
399000
4000
verschiedenen Kombinationen dieser Genkomponenten.
07:09
Synthetic DNA, the ability to synthesize DNA,
151
404000
3000
Unsere Fähigkeit synthetische DNS künstlich herzustellen
07:12
has changed at sort of the same pace
152
407000
2000
hat sich in etwa genauso schell entwickelt
07:14
that DNA sequencing has
153
409000
2000
wie die DNS Sequenzierung
07:16
over the last decade or two,
154
411000
2000
in den letzten ein, zwei Jahrzenten
07:18
and is getting very rapid and very cheap.
155
413000
3000
und der Prozess ist mittlerweile sehr schnell und sehr billig.
07:21
Our first thought about synthetic genomics came
156
416000
2000
Wir begannen über synthetische Genome nachzudenken,
07:23
when we sequenced the second genome back in 1995,
157
418000
4000
als wir im Jahr 1995 das zweite Genom sequenziert hatten,
07:27
and that from mycoplasma genitalium.
158
422000
2000
das von Mycoplasma genitalium.
07:29
And we have really nice T-shirts that say,
159
424000
3000
Wir haben wirklich schöne T-Shirts auf denen steht,
07:32
you know, "I heart my genitalium."
160
427000
2000
"Ich liebe mein Genitalium", sie verstehen.
07:34
This is actually just a microorganism.
161
429000
3000
Es handelt sich dabei um einen Mikroorganismus
07:38
But it has roughly 500 genes.
162
433000
4000
mit ungefähr 500 Genen.
07:42
Haemophilus had 1,800 genes.
163
437000
2000
Der Virus Haemophilus influenzae hatte 1.800 Gene.
07:44
And we simply asked the question,
164
439000
2000
Wir stellten uns einfach folgende Frage:
07:46
if one species needs 800, another 500,
165
441000
2000
wenn eine Art 800 Gene braucht und die andere 500,
07:48
is there a smaller set of genes
166
443000
2000
gibt es einen kleineren Satz von Genen,
07:50
that might comprise a minimal operating system?
167
445000
4000
der ein minimales Betriebssystem darstellt ?
07:54
So we started doing transposon mutagenesis.
168
449000
3000
Also haben wir Transposon Mutagenese durchgeführt.
07:57
Transposons are just small pieces of DNA
169
452000
3000
Transposons sind einfach kleine DNS Stücke,
08:00
that randomly insert in the genetic code.
170
455000
2000
die sich wahllos in den genetischen Code einfügen.
08:02
And if they insert in the middle of the gene, they disrupt its function.
171
457000
3000
Wenn sie sich in die Mitte eines Genes einfügen, zerstören sie dessen Funktion.
08:06
So we made a map of all the genes
172
461000
2000
Also erstellten wir eine Karte aller Gene
08:08
that could take transposon insertions
173
463000
2000
in denen das Einfügen eines Transposons toleriert wurde
08:10
and we called those "non-essential genes."
174
465000
2000
und nannten diese "nicht-essentielle Gene".
08:13
But it turns out the environment is very critical for this,
175
468000
3000
Aber es stellt sich heraus, dass die Umgebung von großer Bedeutung ist,
08:16
and you can only
176
471000
2000
und man nur definieren kann
08:18
define an essential or non-essential gene
177
473000
3000
ob ein Gen essentiell oder nicht-essentiell ist,
08:21
based on exactly what's in the environment.
178
476000
3000
wenn man genau definiert, unter welchen Umweltbedingungen der Organismus lebt.
08:25
We also tried to take a more directly intellectual approach
179
480000
2000
Zusätzlich haben wir einen eher theoretischen Ansatz versucht,
08:27
with the genomes of 13 related organisms,
180
482000
5000
indem wir die Genome von 13 verwandten Arten
08:32
and we tried to compare all of those, to see what they had in common.
181
487000
3000
miteinander verglichen haben, um zu sehen, was sie gemeinsam haben.
08:36
And we got these overlapping circles. And we found only 173 genes
182
491000
4000
Wir erhielten diese überlappenden Kreise und nur 173 Gene
08:40
common to all 13 organisms.
183
495000
3000
die alle 13 Organismen gemeinsam haben.
08:43
The pool expanded a little bit if we ignored
184
498000
2000
Die Zahl der gemeinsamen Gene erweiterte sich ein wenig, wenn wir einen
08:45
one intracellular parasite;
185
500000
2000
intrazellulären Parasiten ignorierten;
08:47
it expanded even more
186
502000
2000
sie wurde noch größer,
08:49
when we looked at core sets of genes
187
504000
2000
wenn wir uns auf bestimmte Kerngruppen von Genen konzentrierten,
08:51
of around 310 or so.
188
506000
2000
auf ungefähr 310.
08:53
So we think that we can expand
189
508000
2000
Wir denken also, dass wir - ausgehend von den minimalen 500 Genen - Genome
08:55
or contract genomes, depending on your point of view here,
190
510000
3000
auf vielleicht 300 bis 400 Gene
08:58
to maybe 300 to 400 genes
191
513000
3000
erweitern oder einengen können,
09:01
from the minimal of 500.
192
516000
2000
abhängig der jeweiligen Betrachtungsweise.
09:03
The only way to prove these ideas
193
518000
3000
Der einzige Weg, diese Ideen zu beweisen,
09:06
was to construct an artificial chromosome with those genes in them,
194
521000
3000
war ein künstliches Chromosom mit diesen Genen zu konstruieren,
09:09
and we had to do this in a cassette-based fashion.
195
524000
3000
indem wir eine auf Gen-Kassetten basierende Methode einsetzten.
09:12
We found that synthesizing accurate DNA
196
527000
2000
Wir fanden heraus, dass es extrem schwer war
09:14
in large pieces was extremely difficult.
197
529000
3000
lange, fehlerfreie DNS Abschnitte zu konstruieren.
09:17
Ham Smith and Clyde Hutchison, my colleagues on this,
198
532000
3000
Meine Kollegen Ham Smith und Clyde Hutchinson
09:20
developed an exciting new method
199
535000
2000
entwickelten eine aufregende neue Methode
09:22
that allowed us to synthesize a 5,000-base pair virus
200
537000
3000
die es uns erlaubte, einen 5.000 Basenpaare grossen Virus
09:25
in only a two-week period
201
540000
2000
in einem Zeitraum von nur 2 Wochen zu synthetisieren,
09:27
that was 100 percent accurate,
202
542000
3000
der bezüglich seiner Sequenz und seiner Biologie
09:30
in terms of its sequence and its biology.
203
545000
2000
zu 100 Prozent fehlerfrei war.
09:33
It was a quite exciting experiment -- when we just took the synthetic piece of DNA,
204
548000
4000
Das war ein sehr aufregendes Experiment -- als wir einfach das synthetische Stück DNS nahmen
09:37
injected it in the bacteria and all of a sudden,
205
552000
2000
und in Bakteren injizierten, begann die DNS auf einmal,
09:39
that DNA started driving the production of the virus particles
206
554000
5000
die Produktion der Viruspartikel zu steuern,
09:44
that turned around and then killed the bacteria.
207
559000
3000
die widerum das Bakterium töteten.
09:47
This was not the first synthetic virus --
208
562000
2000
Das war nicht der erste synthetische Virus --
09:49
a polio virus had been made a year before --
209
564000
3000
ein Polio Virus war ein Jahr zuvor geschaffen worden --
09:53
but it was only one ten-thousandth as active
210
568000
2000
aber es war nur ein zehn-tausendstel so aktiv
09:55
and it took three years to do.
211
570000
3000
und man hatte drei Jahre für die Herstellung benötigt.
09:58
This is a cartoon of the structure of phi X 174.
212
573000
4000
Hier sehen sie eine schematische Darstellung der Struktur von Phi X-174.
10:02
This is a case where the software now builds its own hardware,
213
577000
4000
Dies ist ein Beispiel dafür, wie Software jetzt ihre eigene Hardware baut,
10:06
and that's the notions that we have with biology.
214
581000
4000
und so stellen wir uns Biologie vor.
10:10
People immediately jump to concerns about biological warfare,
215
585000
4000
Einige Leute äußerten sofort Bedenken bezüglich biologischer Kriegsführung,
10:14
and I had recent testimony before a Senate committee,
216
589000
4000
ich musste vor kurzem vor einem Komitee des Senates aussagen
10:18
and a special committee the U.S. government has set up
217
593000
2000
und ein spezielles Gremium der U.S. Regierung wurde geschaffen,
10:20
to review this area.
218
595000
2000
um diesen Bereich zu bewerten.
10:22
And I think it's important to keep reality in mind,
219
597000
3000
Ich glaube, daß es wichtig ist, Realität
10:25
versus what happens with people's imaginations.
220
600000
4000
und Fantasie zu unterscheiden.
10:29
Basically, any virus that's been sequenced today --
221
604000
3000
Im Grunde genommen kann das Genom jedes Virus',
10:32
that genome can be made.
222
607000
2000
der heute sequenziert wird, auch hergestellt werden.
10:34
And people immediately freak out about things about Ebola or smallpox,
223
609000
4000
Die Leute fürchten sich sofort for Dingen wie Ebola oder den Pocken,
10:38
but the DNA from this organism is not infective.
224
613000
4000
aber die DNS dieser Organismen ist nicht ansteckend.
10:42
So even if somebody made the smallpox genome,
225
617000
3000
Sogar wenn jemand das Genom der Pocken herstellen sollte,
10:45
that DNA itself would not cause infections.
226
620000
3000
wäre diese DNS selbst nicht ansteckend.
10:49
The real concern that security departments have
227
624000
3000
Designer Viren lösen bei Sicherheitsabteilungen
10:52
is designer viruses.
228
627000
2000
echte Besorgnis aus.
10:54
And there's only two countries, the U.S. and the former Soviet Union,
229
629000
4000
Es gibt nur zwei Länder, die Vereinigten Staaten und die ehemalige Sowjetunion,
10:58
that had major efforts
230
633000
2000
die größere Anstrengungen unternommen haben,
11:00
on trying to create biological warfare agents.
231
635000
3000
biologische Waffen herzustellen.
11:03
If that research is truly discontinued,
232
638000
3000
Wenn diese Forschung wirklich eingestellt worden ist,
11:06
there should be very little activity
233
641000
2000
sollte es in Zukunft nur sehr wenig
11:08
on the know-how to make designer viruses in the future.
234
643000
4000
Interesse am knock-how zur Herstellung von Designerviren geben.
11:12
I think single-cell organisms are possible within two years.
235
647000
4000
Ich denke, daß einzellige Organismen in den nächsten zwei Jahre Realität werden können.
11:16
And possibly eukaryotic cells,
236
651000
3000
Möglicherweise auch eukaryotische Zellen,
11:19
those that we have,
237
654000
2000
zumindest diejenigen, die wir haben,
11:21
are possible within a decade.
238
656000
2000
sind innerhalb von 10 Jahren möglich.
11:24
So we're now making several dozen different constructs,
239
659000
4000
Wir stellen momentan einige dutzend verschiedene Konstrukte her,
11:28
because we can vary the cassettes and the genes
240
663000
3000
indem wir die Kassetten und die darin enthaltenen Gene variieren,
11:31
that go into this artificial chromosome.
241
666000
2000
die Teil der künstlichen Chromosomen werden.
11:33
The key is, how do you put all of the others?
242
668000
2000
Die Schlüsselfrage ist: wie fügt man all die anderen ein ?
11:35
We start with these fragments,
243
670000
2000
Wir beginnen mit diesen Fragmenten,
11:37
and then we have a homologous recombination system
244
672000
3000
und nutzen dann die Methode der homologen Rekombination,
11:40
that reassembles those into a chromosome.
245
675000
4000
um sie zu Chromosomen zusammenzufügen.
11:44
This is derived from an organism, deinococcus radiodurans,
246
679000
3000
Dieses System stammt von einem Mikroorganismus, Deinococcus radiodurans,
11:47
that can take three million rads of radiation and not be killed.
247
682000
5000
der eine Strahlenbelastung von drei Millionen Rad überleben kann.
11:53
It reassembles its genome after this radiation burst
248
688000
4000
Es fügt sein Genom nach einer Bestrahlung,
11:57
in about 12 to 24 hours,
249
692000
2000
durch die seine Chromosomen in kleine Stücke zerbrochen wurden,
11:59
after its chromosomes are literally blown apart.
250
694000
3000
innerhalb von 12 bis 24 Stunden wieder neu zusammen.
12:02
This organism is ubiquitous on the planet,
251
697000
2000
Diesen Organismus gibt es überall auf der Erde
12:04
and exists perhaps now
252
699000
2000
und er könnte sich sogar
12:06
in outer space due to all our travel there.
253
701000
3000
aufgrund unserer Raumfahrtprogramme bereits im Weltall befinden.
12:10
This is a glass beaker after
254
705000
2000
So sieht ein Glasskolben nach einer Bestrahlung mit
12:12
about half a million rads of radiation.
255
707000
2000
ungefähr einer halben Million Rad aus.
12:14
The glass started to burn and crack,
256
709000
2000
Das Glass begann zu brennen und Risse zu bilden,
12:16
while the microbes sitting in the bottom
257
711000
2000
während der Mikroorganismus am Boden
12:18
just got happier and happier.
258
713000
2000
sich immer wohler fühlte.
12:20
Here's an actual picture of what happens:
259
715000
2000
Hier sehen Sie ein Photo davon, was passiert:
12:22
the top of this shows the genome
260
717000
2000
oben sehen sie das Genom nach einer Bestrahlung mit
12:24
after 1.7 million rads of radiation.
261
719000
3000
1.7 Million Rad.
12:27
The chromosome is literally blown apart.
262
722000
2000
Das Chromosome ist wortwörtlich explodiert.
12:29
And here's that same DNA automatically reassembled
263
724000
4000
Und hier die gleiche DNS 24 Stunden später,
12:33
24 hours later.
264
728000
2000
nachdem sie automatisch wieder zusammengesetzt worden war.
12:35
It's truly stunning that these organisms can do that,
265
730000
3000
Es ist wirklich unglaublich, dass diese Organismen diese Fähigkeit haben
12:38
and we probably have thousands,
266
733000
2000
und es gibt wahrscheinlich tausende,
12:40
if not tens of thousands, of different species
267
735000
2000
wenn nicht zehntausende verschiedene Arten auf der Welt,
12:42
on this planet that are capable of doing that.
268
737000
3000
die diese Fähigkeit haben.
12:45
After these genomes are synthesized,
269
740000
2000
Nachdem diese künstlichen Genome hergestellt worden sind,
12:47
the first step is just transplanting them
270
742000
2000
ist der erste Schritt einfach eine Transplanatation
12:49
into a cell without a genome.
271
744000
4000
in eine Zelle, die kein Genom enthält.
12:53
So we think synthetic cells are going to have tremendous potential,
272
748000
4000
Wir glauben, dass synthetischen Zellen ein außerordentliches Potential haben,
12:57
not only for understanding the basis of biology
273
752000
3000
nicht nur für die Erforschung der Grundlagen des Lebens
13:00
but for hopefully environmental and society issues.
274
755000
3000
sondern hoffentlich auch für die Lösung von Umwelt- und Gesellschaftsproblemen.
13:03
For example, from the third organism we sequenced,
275
758000
3000
Der dritte Organismus, dessen Genom wir entschlüsselt haben, Methanococcus jannaschii,
13:06
Methanococcus jannaschii -- it lives in boiling water temperatures;
276
761000
4000
lebt bei Wassertemperaturen nahe dem Siedepunkt,
13:10
its energy source is hydrogen
277
765000
2000
nutzt Wasserstoff als Energiequelle
13:12
and all its carbon comes from CO2 it captures back from the environment.
278
767000
5000
und deckt seinen Kohlenstoffbedarf, indem es Kohlendioxid aus der Umgebung anreichert.
13:17
So we know lots of different pathways,
279
772000
2000
Wir kennen mittlerweile verschiedene molekulare Wege,
13:19
thousands of different organisms now
280
774000
3000
und tausende verschiedener Arten,
13:22
that live off of CO2,
281
777000
2000
die Kohlendioxid zum Leben benötigen
13:24
and can capture that back.
282
779000
2000
und es aus der Umgebung aufnehmen können.
13:26
So instead of using carbon from oil
283
781000
3000
Anstatt Kohlenstoff für Synthesen aus Erdöl
13:29
for synthetic processes,
284
784000
2000
zu gewinnen,
13:31
we have the chance of using carbon
285
786000
3000
haben wir nun die Chance, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu gewinnen,
13:34
and capturing it back from the atmosphere,
286
789000
3000
es von dort wieder einzufangen
13:37
converting that into biopolymers
287
792000
2000
und es in biologische Polymere
13:39
or other products.
288
794000
2000
und andere Produkte zu verwandeln.
13:41
We have one organism that lives off of carbon monoxide,
289
796000
3000
Wir haben einen Organismus entdeckt, der sich von Kohlenstoffmonoxid ernährt
13:44
and we use as a reducing power
290
799000
2000
und nutzten es als Reduktionsmittel,
13:46
to split water to produce hydrogen and oxygen.
291
801000
4000
um Wasser in Wasserstoff und Sauerstof zu zerlegen.
13:50
Also, there's numerous pathways
292
805000
2000
Außerdem gibt es zahlreiche molekulare Wege,
13:52
that can be engineered metabolizing methane.
293
807000
4000
die zum Abbau von Methan eingesetzt werden können.
13:56
And DuPont has a major program with Statoil in Norway
294
811000
4000
Die Firma DuPont hat ein wichtiges Programm mit der Firma Statoil in Norwegen,
14:00
to capture and convert the methane
295
815000
2000
das zum Ziel hat, Methan aus den Gasfeldern einzufangen
14:02
from the gas fields there into useful products.
296
817000
4000
und in nützliche Produkte umzuwandeln.
14:06
Within a short while, I think there's going to be a new field
297
821000
2000
Ich glaube, dass es in kurzer Zeit ein neues Gebiet mit dem Namen
14:08
called "Combinatorial Genomics,"
298
823000
2000
"Kombinatorische Genomik" geben wird,
14:10
because with these new synthesis capabilities,
299
825000
3000
denn mit unseren neuen Fähigkeiten zur Gen-Synthese,
14:13
these vast gene array repertoires
300
828000
3000
der großen Auswahl an Genen
14:16
and the homologous recombination,
301
831000
2000
und der Methode der homologen Rekombination
14:18
we think we can design a robot to make
302
833000
2000
können wir einen Roboter planen,
14:20
maybe a million different chromosomes a day.
303
835000
3000
der vielleicht eine Million verschiedene Chromosomen pro Tag herstellen kann.
14:24
And therefore, as with all biology,
304
839000
2000
Damit können wir, wie schon bisher in der Biologie,
14:26
you get selection through screening,
305
841000
3000
gewünschte Funktionen durch Screening auswählen -
14:29
whether you're screening for hydrogen production,
306
844000
2000
ob man Organismen nach ihrer Fähigkeit der Wasserstoffproduktion
14:31
or chemical production, or just viability.
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846000
3000
der chemischen Produktion oder nur aufgrund ihrer Überlebensfähigkeit auswählt.
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To understand the role of these genes
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849000
2000
Wir stehen kurz davor,
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is going to be well within reach.
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2000
die Rolle dieser Gene zu verstehen.
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We're trying to modify photosynthesis
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853000
3000
Wir versuchen, die Photosynthese so zu verändern,
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to produce hydrogen directly from sunlight.
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3000
daß wir Wasserstoff aus der Energie des Sonnenlichts herstellen können.
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Photosynthesis is modulated by oxygen,
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859000
3000
Die Photosynthese ist von der Sauerstoffkonzentration abhängig,
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and we have an oxygen-insensitive hydrogenase
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3000
aber wir haben eine Sauerstoff-unempfindliche Hydrogenase entdeckt
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that we think will totally change this process.
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5000
die unserer Auffassung nach den Prozess komplett verändern wird.
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We're also combining cellulases,
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Wir kombinieren Cellulasen,
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the enzymes that break down complex sugars into simple sugars
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Enzyme, die komplexe Zucker in Einfachzucker zerlegen,
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and fermentation in the same cell
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mit Fermentationsprozessen in der gleichen Zelle,
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for producing ethanol.
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um Ethanol herzustellen.
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Pharmaceutical production is already under way
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Die Herstellung pharmazeutischer Produkte mittels Mikroorganismen
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in major laboratories
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findet in wichtigen Laboratorien
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using microbes.
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885000
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bereits statt.
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The chemistry from compounds in the environment
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887000
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Die chemischen Eigenschaften natürlicher Komponenten
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is orders of magnitude more complex
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ist um Größenordnungen komplexer als die derjenigen,
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than our best chemists can produce.
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892000
2000
die unsere besten Chemiker herstellen können.
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I think future engineered species
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Ich denke, daß zukünftige künstliche Arten
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could be the source of food,
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eine Quelle von Nahrungsmitteln
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hopefully a source of energy,
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und hoffentlich auch von Energie darstellen,
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environmental remediation
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zur Umweltsanierung eingesetzt
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and perhaps
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und vielleicht
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replacing the petrochemical industry.
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906000
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sogar die petrochemische Industrie ersetzen werden.
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Let me just close with ethical and policy studies.
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3000
Lassen Sie mich mit ethischen und politischen Untersuchungen abschließen.
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We delayed the start of our experiments in 1999
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4000
Wir haben den Beginn unserer Experimente im Jahr 1999
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until we completed a year-and-a-half bioethical review
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verschoben, bis wir einen anderthalbjährigen Bewertungsprozess abgeschlossen hatten,
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as to whether we should try and make an artificial species.
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4000
um zu entscheiden, ob wir versuchen sollten, künstliche Arten zu erschaffen.
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Every major religion participated in this.
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3000
Alle großen Religionen waren daran beteiligt.
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It was actually a very strange study,
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926000
2000
Es war eine recht seltsame Untersuchung,
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because the various religious leaders were using their scriptures as law books,
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928000
5000
weil die verschiedenen Religionsführer ihre Schriften wie Gesetzesbücher behandelten.
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and they couldn't find anything in them prohibiting making life,
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Sie konnten keine Vorschriften entdecken, die das Erschaffen von Leben verboten,
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so it must be OK. The only ultimate concerns
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936000
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also war es wohl in Ordnung. Am Ende waren sie besorgt über
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were biological warfare aspects of this,
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die mögliche Anwendung zur biologischen Kriegsführung,
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but gave us the go ahead to start these experiments
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3000
erlaubten uns aber die von uns begründeten Experimente
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for the reasons we were doing them.
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946000
2000
zu beginnen.
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Right now the Sloan Foundation has just funded
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2000
Vor kurzem hat die Sloan Foundation Forschungsgelder
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a multi-institutional study on this,
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950000
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für eine an mehreren Instituten durchgeführte Untersuchung bereitgestellt,
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to work out what the risk and benefits to society are,
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3000
die zum Ziel hat, die Chancen und Risiken für die Gesellschaft auf diesem Gebiet auszuloten
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and the rules that scientific teams such as my own
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und Regeln für Wissenschaftler wie mich und mein Team
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should be using in this area,
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959000
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zu formulieren
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and we're trying to set good examples as we go forward.
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und wir versuchen auf diesem Weg ein gutes Beispiel darzustellen.
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These are complex issues.
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Es handelt sich um komplexe Fragestellungen.
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Except for the threat of bio-terrorism,
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Mit Ausnahme der Bedrohung durch Bioterrorismus
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they're very simple issues in terms of,
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geht es um einfache Fragen wie z.B.
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can we design things to produce clean energy,
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können wir Wege zur sauberen Gewinnung von Energy entwickeln ?
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perhaps revolutionizing
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Können wir unter Umständen revolutionieren,
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what developing countries can do
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was Entwicklungsländern zur Verfügung steht und
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and provide through various simple processes.
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was sie durch einfache Prozesses erreichen können ?
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Thank you very much.
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983000
2000
Herzlichen Dank.
ABOUT THE SPEAKER
Craig Venter - Biologist, genetics pioneerIn 2001, Craig Venter made headlines for sequencing the human genome. In 2003, he started mapping the ocean's biodiversity. And now he's created the first synthetic lifeforms -- microorganisms that can produce alternative fuels.
Why you should listen
Craig Venter, the man who led the private effort to sequence the human genome, is hard at work now on even more potentially world-changing projects.
First, there's his mission aboard the Sorcerer II, a 92-foot yacht, which, in 2006, finished its voyage around the globe to sample, catalouge and decode the genes of the ocean's unknown microorganisms. Quite a task, when you consider that there are tens of millions of microbes in a single drop of sea water. Then there's the J. Craig Venter Institute, a nonprofit dedicated to researching genomics and exploring its societal implications.
In 2005, Venter founded Synthetic Genomics, a private company with a provocative mission: to engineer new life forms. Its goal is to design, synthesize and assemble synthetic microorganisms that will produce alternative fuels, such as ethanol or hydrogen. He was on Time magzine's 2007 list of the 100 Most Influential People in the World.
In early 2008, scientists at the J. Craig Venter Institute announced that they had manufactured the entire genome of a bacterium by painstakingly stitching together its chemical components. By sequencing a genome, scientists can begin to custom-design bootable organisms, creating biological robots that can produce from scratch chemicals humans can use, such as biofuel. And in 2010, they announced, they had created "synthetic life" -- DNA created digitally, inserted into a living bacterium, and remaining alive.
Craig Venter | Speaker | TED.com