Titta

UR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

UR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Om UR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Föreläsningar om de senaste rönen och forskningsresultaten inom teknik- och materialutveckling för en digital framtid. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Till första programmet

UR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid : Biomolekylär programmering med dnaDela
  1. Vi kan lösa det på biologisk väg.

  2. Jag vet inte
    om människor kan bygga ett system-

  3. -som är en flercellig maskin som kan
    börja som ett frö och växa till det här.

  4. Det är roligt att få tala här
    och jag vill tacka organisatörerna-

  5. -och även Wallenbergstiftelsen
    för den här underbara workshopen.

  6. Jag ska prata lite om syntetisk biologi-

  7. -som jag började arbeta med
    för kanske femton år sen.

  8. Jag har en bakgrund
    inom robotik och styrning-

  9. -och vi har sett exempel på det här.

  10. För ungefär femton år sen blev jag
    intresserad av väldigt små robotar.

  11. Här är ett exempel
    på ett slags robotsystem.

  12. Det här är E. coli som kör en sökning,
    där de letar efter näringsämnen.

  13. Det bakterierna gör
    är ett programmerat beteende.

  14. De rör sig mot ställen
    där näringsinnehållet ökar-

  15. -och annars byter de riktning.

  16. Det här är ju ett naturligt system,
    men det är ju ändå ett slags robotar-

  17. -som känner av sin miljö och agerar
    utifrån det för att utföra en uppgift.

  18. Det är precis som robotar, bara mindre,
    ungefär en mikrometer. Ganska små.

  19. Här är ännu ett biologiskt system
    som implementerar en funktion.

  20. Det här är en neutrofil, en vit
    blodkropp som simmar runt bland röda.

  21. Den jagar en bakterie. Det är
    ganska tydligt att det är det den gör.

  22. Det är svårt. Den är i en trögflytande
    vätska, så det är en svår uppgift-

  23. -men till slut lyckas den
    få tag på bakterien och förstöra den.

  24. Det här pågår i våra kroppar
    och skyddar oss mot infektioner.

  25. De biomolekylära maskinerna gör det.

  26. Jag blev intresserad av frågan-

  27. -om vi kan bygga syntetiska
    biomolekylära maskiner.

  28. Kan jag bygga dem precis som vi
    bygger robotar, som Patrick visade-

  29. -eller som vi bygger
    självkörande bilar eller drönare?

  30. Kan vi bygga dem?
    Och hur skulle de i så fall se ut?

  31. Här är en skiss av en sån maskin.

  32. Där finns drivsystem, sensorsystem,
    energisystem, en metabolism-

  33. -och system för beräkning, signalering
    och kommunikation, allt som behövs.

  34. Celler innehåller alla de här systemen.

  35. Vi vet vilka delar som behövs
    och kan fundera på att sätta ihop dem.

  36. Det här är en väldigt enkel maskin,
    kanske som de till vänster.

  37. Det intressanta vore att bygga
    mer komplicerade maskiner.

  38. Det vore ju häftigt med en maskin som
    utvinner olika ämnen ur omgivningen-

  39. -och tar de kemikalierna
    och flyttar dem-

  40. -till nåt slags bearbetningsdel
    av den här maskinen-

  41. -och där producerar den
    nåt användbart.

  42. Det här är fullt möjligt. Vi kan lösa
    det här problemet på biologisk väg.

  43. Jag vet inte
    om människor kan bygga ett system-

  44. -som är en flercellig maskin som kan
    börja som ett frö och växa till det här.

  45. Jag är inte intresserad av att skapa
    liv, jag vill bygga användbara maskiner-

  46. -som fungerar
    så länge vi förser dem med energi.

  47. De är byggda för att göra det vi vill,
    och har alla de vanliga utmaningarna-

  48. -med begränsade resurser,
    komplexitet och allt sånt.

  49. Jag vill berätta om var vi är i dag.

  50. Jag vill hävda,
    sen kan ni tro mig eller inte-

  51. -att vi kan bygga såna här maskiner
    inom tio-femton år.

  52. Kanske inte apelsinträdet till höger-

  53. -men enkla cellulära maskiner
    som kan åka omkring och så.

  54. Det är väldigt spännande. För sju år
    sen sa jag att det skulle ta tjugo år.

  55. Jag håller koll.
    Jag har tretton år på mig.

  56. Det är ungefär då jag går i pension.

  57. Jag vill se det här
    innan jag går i pension-

  58. -men jag kan inte göra det ensam.

  59. Jag försöker få andra intresserade,
    för det krävs mycket folk-

  60. -precis som det gör för att skapa en
    Iphone eller andra tekniska framsteg.

  61. Jag ska berätta lite om tekniken bakom
    och vad vi kan tänka på-

  62. -som kan användas för att bygga
    såna här molekylära maskiner.

  63. Allt handlar om att ta saker
    som har utvecklats naturligt.

  64. Precis som vi har utnyttjat fysiken
    kan vi nu utnyttja biologin.

  65. Jag ska berätta lite
    om fältet syntetisk biologi.

  66. Det har funnits sen ungefär år 2000.

  67. Det här är en av de första
    syntetiska biologiska kretsarna.

  68. Det publicerades år 2000 och ses som
    början på den syntetiska biologin.

  69. Den här kretsen kallas repressilator.
    Det man ser är en ring av DNA-

  70. -och de olikfärgade delarna
    motsvarar olika gener inom DNA.

  71. Där finns också promotorregioner, där
    proteiner kan sätta på och stänga av-

  72. -att andra proteiner uttrycks.
    Tanken med den lilla triangeln i mitten-

  73. -är att där finns tre gener,
    TetR, LacI och lambda C1.

  74. Det diagrammet visar är att om LacI
    uttrycks stoppar det att TetR uttrycks.

  75. Pilen betyder att genuttrycket stoppas.

  76. Om TetR uttrycks
    stoppar det uttrycket av lambda C1-

  77. -och om lambda C1 uttrycks
    stoppar det uttrycket av LacI.

  78. Om jag börjar med ett högt LacI
    får jag ett lågt TetR-

  79. -men ett lågt TetR
    ger ett högt lambda C1-

  80. -vilket i sin tur ger ett lågt LacI, som
    startade högt. Det blir en oscillator.

  81. Det här är en oscillatorkrets,
    som en ringoscillator inom elektronik.

  82. Det här är samma sak.
    Michael Elowitz var först med det här.

  83. Det här finns inte i naturen,
    även om proteinerna gör det-

  84. -men de sitter inte ihop så här.
    Lambda C1 kommer från ett virus-

  85. -och de andra från E. coli. Han byggde
    om dem till det här nätverket.

  86. Han satt ihop det
    för att se om det oscillerade.

  87. Jag ska visa en film
    där ni kommer att få se E. coli.

  88. Vi använder icke smittsam E. coli.

  89. Michael stoppade in
    den här DNA-ringen i E. coli-

  90. -och han lurade E. coli
    att replikera den här DNA-ringen-

  91. -och där finns allt som behövs
    för att koda proteiner. Då händer detta.

  92. E. coli växer och delar sig-

  93. -och man ser hur de lyser med hjälp av
    ett fluorescerande protein.

  94. Man kan ganska tydligt se
    att de svänger.

  95. Det här var den första
    helt syntetiska kretsen.

  96. Michael vill förstå kemotaxis
    och biologiska oscillatorer.

  97. Nej, inte kemotaxis,
    utan cirkadiska rytmer-

  98. -de svängningar
    som håller oss i en 24-timmarscykel.

  99. Han började med den här kretsen
    och fick det här resultatet.

  100. Det här var ett exempel på nåt
    som folk tyckte var ganska häftigt.

  101. Som ni såg i filmen svängde
    alla celler oberoende av varandra.

  102. De var inte i fas med varandra.

  103. Inom fysiken pratar man
    om kopplade oscillatorer.

  104. Ungefär tio år senare skapade
    Jeff Hasty och hans grupp en krets-

  105. -som kopplade ihop oscillatorerna
    för att få dem att svänga i fas.

  106. De skapade ett signalsystem mellan
    cellerna, som de lade till i kretsen-

  107. -och då ser det ut så här.
    De börjar lite ur fas-

  108. -men sen synkroniseras hela kolonin
    och ligger i fas.

  109. Inom syntetisk biologi
    var det här en epokgörande film.

  110. Ibland får man tio länkar till samma
    film samtidigt. Alla skickar den vidare.

  111. Alla syntetiska biologer har sett
    den här. Det är en enastående film.

  112. Det tog tio år att komma så långt
    från det här resultatet år 2000.

  113. Sen har man gått vidare
    i intressanta riktningar.

  114. En sak som har hänt är att det är
    många som har blivit intresserade.

  115. Man har startat en tävling för
    genetiska maskiner som heter iGEM.

  116. Där finns säkert många svenska lag.
    Där finns lag från hela världen.

  117. Om man jobbar med administration
    vet man att det här kostar pengar.

  118. Det här är ett iGEM-projekt med
    en krets med proteiner och lite annat-

  119. -som kommer ihåg
    om de har blivit belysta.

  120. Det är en maskin som minns om
    den har blivit belyst och ändrar färg.

  121. När de hade byggt den
    ville de ju publicera det-

  122. -och det var ju självklart
    var det skulle publiceras.

  123. Det visade ett mönster där det stod
    "Nature" för ett lager med E. coli-

  124. -och lät dem minnas det, och så
    visade de det under ultraviolett ljus.

  125. Finns det
    några pastafarianer i publiken?

  126. Det är en religion som bygger på pasta.
    Där har vi en pastafarian.

  127. Du känner igen er gud,
    det flygande spagettimonstret?

  128. Det var studenterna som skojade.
    "Vad ska vi visa? Spagettimonstret."

  129. Okej. Det här började 2003.
    2000 kom Elowitz repressilator-

  130. -2003 startade iGEM,
    och det här är från 2007.

  131. Det hette E. coliroid, som polaroid, för
    oss som är gamla nog att minnas det.

  132. Nu har iGEM över 200 lag med över
    2 000 medverkande från hela världen.

  133. Era studenter eller barn håller kanske
    på med nåt sånt här precis just nu-

  134. -även om ni kanske inte vet om det.
    Folk bygger såna här kretsar.

  135. Hur fungerar då allt det här?

  136. Det första vi gör
    är att vi ser hur naturen går till väga.

  137. Vi letar efter proteiner i naturliga
    organismer: TetR, LacI och så vidare.

  138. Vi skapar ett bibliotek av delar.

  139. Man kan tänka sig
    de här delarna som bitar av DNA-

  140. -som ses i den här liggande stapeln.
    Den lilla pilen åt höger-

  141. -är den promotorregion där RNA-
    polymeras binder och transkriberar-

  142. -det som finns där,
    för att bilda protein från DNA.

  143. Pilen är där transkriptionen börjar.
    Den lilla hammaren-

  144. -är den region
    där ett repressivt protein kan bindas.

  145. Ett protein kan bindas där
    och blockera RNA-polymeras.

  146. -som en transistor som en signal,
    proteinet kan stänga av och sätta på.

  147. Under det finns ett exempel på
    en aktivator, som är dess motsats.

  148. Det finns massor med såna här delar,
    hela genom fulla med delar-

  149. -som vi kan använda till nya kretsar,
    som en repressilator med fem noder-

  150. -som kanske är långsammare eller
    stabilare eller synkroniserar bättre.

  151. Om man vill bygga det
    måste man hitta rätt delar-

  152. -rätt typ av brytare,
    rätt intervall och så vidare.

  153. Alla delar har olika karaktäristik-
    kurvor, precis som transistorer-

  154. -som vi kan slå upp
    för att hitta dem med rätt egenskaper.

  155. När jag vet det
    kan jag gå från mitt diagram-

  156. -till de proteiner som jag vill använda,
    som TetR, lambda C1 och LacI.

  157. SrpR och PhlF är två andra proteiner
    som vi ville ha här-

  158. -som vi hittade genom att
    bygga modeller och så vidare.

  159. Nu vet vi vad vi vill bygga.
    Nu måste vi skapa den här kretsen.

  160. Hur gör vi det? Alla de här proteinerna
    kodas av DNA-sekvenser.

  161. I vanliga fall skulle LacI sitta ihop
    med nåt som bryter ner laktos-

  162. -därav namnet LacI,
    men jag kan plocka ut det-

  163. -och sätta in det framför TetR,
    så att den binder där i stället.

  164. Det vi gör är
    att vi skapar en DNA-sekvens-

  165. -där proteinerna binder
    vid pilarna med samma färg-

  166. -och då kan jag skapa det här.
    Vid T:na stoppas translationen.

  167. Det här är en ny krets.

  168. Det är som om
    jag hade ritat ett kopplingsschema-

  169. -utifrån ett blockschema.

  170. Sen måste kretsen skapas
    genom att syntetisera DNA.

  171. När jag började kostade det
    ungefär 1,50 dollar per baspar.

  172. Vår första krets
    bestod av ungefär 3 000 baspar-

  173. -och kostade ungefär 5 000 dollar.

  174. Nu kostar det ungefär 5 cent
    per baspar att syntetisera DNA-

  175. -så den här kretsen är väldigt billig.
    Sen kopierar cellerna den automatiskt.

  176. I långa loppet kostar det ingenting.
    En kostar lika mycket som en miljard.

  177. Hur gör man det?

  178. Vi använder ett avancerat verktyg
    som heter Microsoft Word.

  179. Man har bokstäverna, ACEG,
    och så klipper man ut sekvensen-

  180. -och klistrar in den där man
    vill ha den. Det är vårt verktyg.

  181. Sen går vi ut på nätet till ett företag-

  182. -som till exempel DNA2.0
    eller Blue Heron eller nåt annat-

  183. -och så har de en ruta där det står
    "Klistra in din sekvens här"-

  184. -så då gör man det, och sen skriver
    man in sina kreditkortsuppgifter-

  185. -och sin adress, och sen är det färdigt.

  186. Ett antal dagar eller veckor senare
    får man sitt DNA i ett litet provrör.

  187. Jag har inget med mig i dag.
    Det är ett provrör med lite pulver i.

  188. Det är ditt DNA.
    Det är så vi gör DNA-syntes.

  189. Precis som man beställer
    ett kretskort eller vad som helst.

  190. Nu har vi vårt DNA och vi
    tillsätter vatten, men vad gör vi sen?

  191. Nu måste vi få in det i cellerna.
    Det gör vi med ett trick.

  192. Vi tar en ringformad DNA-molekyl,
    en plasmid-

  193. -som innehåller
    nåt som kallas en replikationsstart-

  194. -som en organism känner igen som
    ett ställe där den börjar kopiera DNA.

  195. Det finns en DNA-sekvens
    som säger: "Börja kopiera här."

  196. Vi sätter den sekvensen på vår plasmid
    och cellerna, som bara är proteiner-

  197. -ser den här replikationsstarten
    och börjar duplicera vår plasmid.

  198. Vid varje celldelning
    delas även våra plasmider.

  199. Det finns tio till hundra plasmider
    i en cell och alla delas med cellen.

  200. Vissa går åt ett håll
    och andra åt ett annat.

  201. Ett litet problem med det här är att
    ibland har man en cell med tio stycken-

  202. -där man gör tjugo, men fem
    går åt ett håll och femton åt ett annat.

  203. Cellen med fem delar sig
    och då blir förhållandet två och åtta.

  204. När den som har två delas
    går alla fyra åt ett håll-

  205. -och då får man en cell utan din krets.
    Det är inte bra, av ett par anledningar.

  206. Cellen som inte har kretsen
    växer snabbare än de andra.

  207. Celler delar sig omkring var 30:e minut,
    så efter ett dygn-

  208. -har du bara snabbväxande celler,
    och kretsen är borta.

  209. Om man skriver nåt
    i ett datorprogram blir det kvar-

  210. -men här försvinner dina kretsar.

  211. Då har vi ett annat trick. Vi sätter
    en resistansgen på plasmiden-

  212. -och vi låter organismerna växa
    med ett antibiotikum.

  213. Vi låter cellerna växa
    i en miljö där de skulle dö-

  214. -om de inte innehåller vår plasmid.
    Cellen som inte fick plasmiden dör.

  215. Det är vårt trick.
    Det här kom man på för 30 år sen.

  216. Det är så vi får in plasmiderna
    och för över saker.

  217. Det är så här arbetsflödet ser ut
    om man vill bygga en krets.

  218. Man letar upp sina delar, tar reda på
    vilka det är, bygger sina sekvenser-

  219. -beställer dem på nätet,
    får tillbaka ett provrör-

  220. -och sen följer man
    i princip ett recept, som i en kokbok-

  221. -och till slut får man det här,
    och sen kan man odla sina celler.

  222. Det är så det går till.

  223. Det tar tre dagar från att komma
    till mitt labb till att skapa kretsar.

  224. Det är inte svårt. Det är som elektronik
    på ett kopplingsdäck.

  225. På gymnasiet och på högstadiet kan
    man bygga kretsar som gör nånting.

  226. Det är där vi är nu.

  227. Det här bygger förstås
    på väldigt många olika framsteg.

  228. Ett var restriktionsenzymen
    som upptäcktes 1968-

  229. -och tilldelades Nobelpriset 1978.
    De gör att vi kan klippa i DNA.

  230. De är proteiner som kan klippa DNA.
    Det är så vi får ut våra DNA-delar.

  231. Det var ett avgörande framsteg.
    Ett annat är fluorescerande proteiner.

  232. Det fick också ett Nobelpris.
    Själva upptäckten gjordes 1978.

  233. I slutet av 70-talet insåg biologer-

  234. -att de här verktygen gjorde
    att man kunde redigera gener.

  235. Man pratade om
    homolog rekombination.

  236. På 80-talet
    kunde man syntetisera insulin.

  237. Insulin används mot diabetes
    och produceras i bukspottskörteln-

  238. -men om man har diabetes typ 1
    kan man inte tillverka insulin.

  239. Förr i tiden fick man föda upp grisar,
    ta deras bukspottskörtlar-

  240. -och utvinna insulinet ur dem.

  241. Men vad är insulin?
    Det är ett litet protein.

  242. Man kan tillverka insulin
    om man har rätt proteiner.

  243. Folk kom på hur man kunde föra över
    processen att skapa insulin till jäst.

  244. Man brygger insulin.
    Det var på 80-talet.

  245. Det var första gången som man fick
    en organism att göra nåt nytt.

  246. 1983 uppfanns polymeraskedje-
    reaktionen, PCR, för att kopiera DNA.

  247. Det är avgörande för allt laboratorie-
    arbete. Alla labb har en PCR-maskin.

  248. Det är så vi gör kopior av olika saker.
    Det fick Nobelpriset 1993.

  249. 1999 börsnoterades företaget
    Genentech.

  250. Det är de som säljer syntetiskt insulin.

  251. Det tog ungefär tio-tjugo år att göra
    det till en kommersiell produkt.

  252. År 2000 kom de första
    syntetiska biologiska kretsarna.

  253. Det var första gången
    som man byggde nåt helt nytt-

  254. -som repressilatorn
    eller en genetisk "strömbrytare".

  255. Det var här
    den syntetiska biologin började.

  256. iGEM-tävlingarna
    började 2003-2004, där omkring.

  257. Ett av det första företagen som
    sysslade med modern syntetisk biologi-

  258. -var Amyris, som börsnoterades 2011,
    och skulle syssla med biobränsle.

  259. De tänkte använda enzymer
    för att omvandla socker till biodiesel.

  260. Man kan ha de enzymerna i jäst också.

  261. När man matar dem med socker
    skapar de bränsle i stället för öl.

  262. De räknade på det
    och allt såg väldigt bra ut.

  263. De skulle gå runt
    om de tog 100 dollar per fat.

  264. Om de fick 150 per fat
    skulle de bli rika.

  265. Vet ni vad ett fat olja kostar i dag?
    50 dollar.

  266. Amyris, och många andra företag,
    har det svårt just nu-

  267. -men de var bland de första
    som gjorde sånt här.

  268. När vi pratar om syntetisk biologi
    pratar vi om tiden efter år 2000.

  269. Det här är inget konstigt.
    Den här kretsen som jag visade-

  270. -är nåt som en av mina doktorander,
    Zach Sun, skapade-

  271. -och det vi var intresserade av
    var att få en mycket snabbare process.

  272. Vi vill kunna bygga
    och bygga om de här sakerna snabbt.

  273. Vi jobbade för att skynda på processen.
    I vanliga fall tar det två-tre år.

  274. Zach kunde bygga en demonstrations-
    version av den här kretsen-

  275. -en förenklad version, på en vecka, och
    sen tog det nån månad att få allt klart.

  276. Så här ser hans krets ut.
    Det är ännu en oscillatorkrets.

  277. Cellerna växer till vänster
    och när de delas åker de ut åt höger.

  278. Ni ser att de olika raderna blinkar.
    Det är en oscillator.

  279. Den har en mycket längre period och
    mindre variabilitet än repressilatorn.

  280. Det är det här som är syntetisk biologi.

  281. Varför är det intressant? Man kan
    göra häftiga demonstrationer-

  282. -man kan producera insulin,
    men det riktigt intressanta är-

  283. -hur snabbt tekniken går framåt.

  284. Det kan man se på Carlsonkurvan,
    som Rob Carlson hittade på.

  285. Vi har tre olika datakurvor.

  286. Den översta är Moores lag,
    en logaritmisk skala.

  287. Den röda i mitten
    är DNA-sekvensering.

  288. Det är viktigt.
    Det är så vi hittar våra delar-

  289. -genom att sekvensera
    olika organismer.

  290. Den går ungefär som Moores lag
    fram till ungefär 2005-

  291. -när det kommer en stor ökning.
    Det är nästa generations sekvensering.

  292. Vi börjar prata om individuell
    genomsekvensering och såna saker.

  293. Det här är produktiviteten,
    det är antalet baser-

  294. -som en människa kan sekvensera
    per dag. Det går snabbt uppåt.

  295. Den nedre kurvan är DNA-syntes,
    det som nu kostar fem cent per baspar.

  296. Produktiviteten där
    ökar också exponentiellt.

  297. Vi kan göra det allt mer.

  298. 2005 kunde vi skapa
    en miljon baspar om dagen-

  299. -och det dubblas ungefär vartannat år.

  300. Människan har ungefär fyra miljarder
    baspar och E. coli har fyra miljoner.

  301. På en dag
    kunde vi syntetisera E. colis DNA.

  302. Det kan bli dyrt. Fyra miljarder
    gånger fem cent är mycket pengar-

  303. -men kostnaden minskar
    och produktiviteten ökar.

  304. Det här innebär att... När man ser nåt
    sånt här vill man göra förutsägelser.

  305. Vad händer när jag kan syntetisera
    en hel mikroorganisms genom billigt?

  306. Eller en hel växt? Eller nåt annat?

  307. Vad skulle jag kunna bygga
    för slags maskiner då?

  308. Så...

  309. Det här fältet är väldigt spännande.

  310. Jag skulle även prata om
    molekylär programmering.

  311. Syntetisk biologi innebär att vi bygger
    saker som ser ut som celler och sånt-

  312. -ibland genom att bygga in våra kretsar
    i systemet genom en värdorganism.

  313. Det finns ett systerområde till det här,
    som kallas molekylär programmering.

  314. Där använder man DNA direkt
    för att bygga kretsar.

  315. DNA består av två kedjor
    som kopplas ihop med bindningar-

  316. -med vilka man kan skapa
    intressanta kretsar.

  317. Det är ett område
    som man har jobbat mycket på.

  318. Det här är en minneskrets
    som byggdes av Lulu Qian på Caltech.

  319. Den är tillverkad av DNA.
    Det ser ut som ett kopplingsschema-

  320. -men det är en DNA-maskin
    som använder vippgrindar-

  321. -i stället för olika logiska grindar
    som fälteffekttransistorer och sånt.

  322. Paul Rothemund började tänka på DNA
    som ett material-

  323. -som har en fysisk form.
    Det existerar i rummet.

  324. Han började fundera på
    att vika ihop DNA till olika mönster.

  325. Man skulle kunna ta en lång
    DNA-sträng och häfta ihop den.

  326. Man kan sätta ihop två delar
    av samma DNA-sträng. Hur då?

  327. Om det är enkelsträngat DNA
    kan jag skapa en kort sekvens-

  328. -där den här delen här borta
    går att sätta ihop med den här delen.

  329. Vad händer då? När de här delarna
    kommer nära varandra fäster de.

  330. Han kallade det för häftklamrar.
    Man kan häfta ihop DNA.

  331. Jag skulle kunna skriva ett program
    för att vika DNA till en stjärna-

  332. -som skulle ge mig
    en lista på DNA-sekvenser-

  333. -som jag sen kan beställa på nätet.

  334. Såna korta bitar kan man få på en dag.
    Det går så fort.

  335. Han kunde skapa hundratals
    häftklamrar och få dem i morgon.

  336. Men fungerar det?

  337. Paul gjorde det här. Han tog DNA,
    beställde ett antal häftklamrar-

  338. -blandade ihop allting i ett provrör,
    och det här blev resultatet.

  339. Det här är DNA,
    så det är taget med ett atommikroskop.

  340. Det är DNA som är vikt till en stjärna.

  341. Paul skrev ett molekylärt program
    som skapade den här formen.

  342. När det här kom ut blev alla väldigt
    uppspelta. Det var helt otroligt.

  343. Folk skapade saker av DNA.
    Man kan skapa saker i 3D.

  344. Det här är från William Shihs labb
    vid Harvard. Det är en urna.

  345. Det häftiga med det är
    att det finns en utsida och en insida.

  346. Det finns nåt på insidan
    och nåt på utsidan.

  347. Vissa har gjort urnor
    som man kan öppna locket på-

  348. -och lägga in en molekyl i,
    som ett läkemedel-

  349. -och vid en specifik DNA-
    eller RNA-trigger öppnas locket-

  350. -och läkemedlet släpps ut, eller så kan
    man anpassa det till olika slags celler.

  351. Med molekylär programmering
    bygger man saker av själva DNA.

  352. DNA är en molekyl
    som man kan göra allt sånt med.

  353. Det man kan lära sig av det här-

  354. -är att vi har börjat
    hitta på enkla saker-

  355. -och då tekniken förbättras
    exponentiellt kan vi tänka framåt.

  356. Jag ska visa några saker
    som är intressanta att tänka på.

  357. Vad finns det för tillämpningar?
    En är materialtillverkning-

  358. -att skapa intressanta molekyler.
    Den här heter 1,4-Butandiol-

  359. -och den används
    i olika plaster och andra saker.

  360. Den tillverkas oftast av olja och andra
    kemikalier och skapar mycket avfall-

  361. -men det finns enzymer som kan
    göra om socker till 1,4-Butandiol.

  362. Det är ett grönt tillverkningssätt.
    Det är bara enzymer.

  363. Man kan skapa jäst eller E. coli som
    tar in socker och skapar 1,4-Butandiol.

  364. Vad kan vi tillverka mer? De flesta
    av våra läkemedel är biologiska.

  365. Så vi kan tillverka allt det,
    och där finns en stor marknad.

  366. Ett annat område är diagnostik.
    I vanliga fall tar man ett blodprov-

  367. -och kör en massa olika tester.
    Det går bra i Sverige, nära ett sjukhus-

  368. -men kanske inte i södra Afrika,
    eller som militär ute i fält-

  369. -och man vill veta
    om man har fått zikavirus eller ebola.

  370. Syntetiska biologer
    har utvecklat biomolekylära tester.

  371. Det här är ett test
    som innehåller biologiska kretsar-

  372. -skapat av Keith Pardee,
    som nu är vid University of Toronto.

  373. Om du har ebola ett blir den blå,
    om du har ebola två blir den orange-

  374. -och om du inte har ebola
    ändrar den inte färg.

  375. Spotta på en pappersbit
    - det är lite som ett lackmuspapper-

  376. -men nu kan vi hitta saker på gennivå.
    Vad ser jag för sekvens?

  377. Vi kan göra
    ännu mer komplicerade saker.

  378. Där finns också en stor marknad.
    Försvarsdepartementet ger stöd-

  379. -bland annat av den här anledningen.
    De vill skydda folk från olika saker.

  380. Jag är intresserad av biomolekylära
    maskiner, DNA-origami och så vidare.

  381. Jag tycker att det är jättespännande.
    Det finns ingen marknad-

  382. -men vi måste ändå utforska området
    och se vad som är möjligt.

  383. Jag vill snabbt gå igenom en krets till,
    bara för att visa vad som är möjligt.

  384. Det här är en krets
    som letar efter två signaler, A och B-

  385. -och försöker besvara frågan
    om den såg A, B eller både A och B-

  386. -och om den såg båda,
    vilken såg den först?

  387. Den här kretsen gör det
    genom repression och aktivering-

  388. -och där finns en liten sanningstabell,
    med fluorescerande proteiner.

  389. Om den inte såg nåt syns alla fyra
    proteinerna, om den såg A syns två-

  390. -om den såg B två andra,
    om A kom före B syns en färg-

  391. -om B var först syns en annan. Man
    kan skriva ett datorprogram för det-

  392. -men här används syntetisk biologi.

  393. Vi har velat göra det här länge,
    men vi använde en lite annan teknik.

  394. Vi använde så kallade integraser.
    Det här diagrammet visar en bit DNA.

  395. Den här DNA-biten
    har två fluorescerande proteiner.

  396. Den till vänster är upp och ner,
    eftersom DNA är dubbelsträngat.

  397. Den lilla pilen är en promotor
    som RNA-polymeras binder till-

  398. -och om det händer går den till vänster.

  399. Då stöter den på terminatorn,
    som gör att RNA-polymeras stoppar.

  400. Om jag stoppar in RNA-polymeras här,
    som är det som gör DNA av RNA-

  401. -så binder det till promotorn,
    stöter på terminatorn och inget händer.

  402. Det vi kan göra är...
    Virus bygger in sig själva-

  403. -i värdens kromosomer
    - man blir infekterad.

  404. Vi kan utnyttja de proteinerna
    för att göra nåt intressant.

  405. De proteiner som virus använder
    kallas integraser.

  406. De letar efter igenkänningssekvenser
    på viruset och på kromosomen-

  407. -och där integrerar de
    DNA från viruset in i kromosomen.

  408. Om vi sätter igenkänningssekvenserna
    på samma DNA-

  409. -och de två pilarna pekar mot varandra
    så vänder integraset DNA upp och ner.

  410. Om jag uttrycker integras A, som
    motsvara min signal A, vad händer då?

  411. Jo, den här biten snurrar runt.

  412. När den snurrar runt
    hamnar terminatorn på ovansidan-

  413. Den blockerar inte RNA-polymeras
    och de här cellerna blir röda.

  414. En annan sak var att en orange
    triangeln vändes åt andra hållet.

  415. Vad händer när jag för in integras B?
    Jo, då snurrar den biten runt-

  416. -och den här blir grön.
    Det blir en händelsedetektor-

  417. -som är integrerad
    i kromosomen hos värdorganismen.

  418. Det finns inte naturligt inom biologin-

  419. -men där finns verktygen
    som skapar den här biologiska kretsen.

  420. Man kan analysera det här.
    Där ser vi sanningstabellen.

  421. DNA representerar
    fyra olika tillstånd i en Markovprocess.

  422. Det blir en stokastisk maskin,
    där varje cell implementerar en instans.

  423. -vilket leder till
    några intressanta problem.

  424. Om jag för in A och B samtidigt
    och mäter vilka olika tillstånd jag får-

  425. -så ser hälften av cellerna A först
    och den andra hälften B först.

  426. Om jag för in dem samtidigt
    ser hälften A och hälften B först.

  427. Om jag börjar med A,
    väntar en timme och sen för in B-

  428. -då ser de flesta cellerna A först, men
    det är många saker som måste hända.

  429. Det skulle kunna bli så att B
    går väldigt snabbt genom nån cell-

  430. -så att den cellen uttrycker B först.
    Det är en slumpmässig process.

  431. Om vi först för in A och sen B
    ser de flesta cellerna A först-

  432. -men vissa ser B först,
    eftersom processen är slumpmässig.

  433. Det är inte perfekt,
    men egentligen är det en tillgång.

  434. Nu kan jag göra ett diagram
    över tidsskillnaden mellan A och B-

  435. -mot procenttalet för varje cell-

  436. -och säga om A kom före B genom att
    se om fler celler valde A före B-

  437. -men jag kan också säga
    hur lång tid som gick mellan A och B.

  438. Om det var tätt är det 50/50,
    och om det är större tidsskillnad 70/30-

  439. -och sen 80/20 och 90/10.
    Jag kan alltså uppskatta tidsskillnaden.

  440. Det är det som händer.
    Det här är data från experiment.

  441. Vi får ut det här diagrammet.
    Det är inte symmetriskt-

  442. -för integraserna är inte exakt lika,
    men det går att kalibrera bort.

  443. Det är ett exempel
    på en sån här maskin.

  444. Jag vill avsluta med en sista sak.

  445. Jag vill berätta
    lite om vart vi är på väg.

  446. Jag har pratat om det här
    och visat några olika beståndsdelar-

  447. -och inom företagsvärlden
    är man fullt medvetna om det här.

  448. Det här är några företag
    som jobbar med syntetisk biologi.

  449. Ett av mina studenters företag är inte
    med, så det finns åtminstone över 61.

  450. De arbetar inom hälso- och sjukvård,
    mat och dryck, kemi, jordbruk...

  451. Hur kan vi få mikrobiomet runt en växt
    att utnyttja miljön bättre?

  452. Det finns olika plattformar,
    biobränslen, de företagen har det svårt-

  453. -Joule existera inte längre,
    men de andra klarar sig bra.

  454. Allt drivs av de här
    exponentiella kurvorna.

  455. Inom fem år kan man tänka sig att man
    odlar olika saker med hjälp av jäsning.

  456. Man kan också tänka sig olika
    kemikalier i konsumentprodukter.

  457. Sen får vi se biologiska sensorer,
    som jag visade-

  458. -cellbaserade behandlingar,
    som kan ske på molekylnivå.

  459. På lång sikt kan vi se
    avancerad jordbruksteknik-

  460. -och utvinning av kemikalier
    ur biomassa. Vem har biomassa? Alla.

  461. Det förändrar... Var kan
    kemikalier tillverkas? Var som helst.

  462. Vad innebär det för världsekonomin?
    Det är väldigt intressant.

  463. Nån dag kanske vi kan bygga
    såna här maskiner-

  464. -och med dem
    kanske vi kan göra nåt sånt här.

  465. Vi kan få apelsiner, blåbär, äpplen från
    samma maskin med flera funktioner.

  466. Det finns utmaningar och risker.

  467. Det finns säkerhetsproblem, etiska,
    juridiska och samhälleliga frågor.

  468. Jag har pratat om maskiner, men de
    kan sättas in i levande organismer.

  469. Det blir som GMO-debatten
    gånger en miljon.

  470. Det finns frågor om hur man lagstiftar
    när allt förändras så snabbt.

  471. Antalet produkter och hastigheten
    och storleken på produktionen-

  472. -gör att lagstiftarna inte hinner med.
    Antingen måste saker godkännas först-

  473. -eller så skapar man saker
    och så måste de godkännas efteråt.

  474. Det finns förstås även tekniska
    problem med att få allt att fungera.

  475. Det är ett spännande område
    som är väldigt lovande.

  476. Det finns ett växande antal människor
    som sysslar med det här i hela världen.

  477. Det finns ett nytt konsortium
    i Nederländerna, till exempel-

  478. -där staten investerar
    i syntetisk biologi. Det är intressant.

  479. Jag slutar där, men jag svarar gärna
    på frågor. Tack så mycket.

  480. Översättning: Peeter S. Randsalu
    www.btistudios.com

Hjälp

Stäng

Skapa klipp

Klippets starttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.

Klippets sluttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.Sluttiden behöver vara efter starttiden.

Bädda in ditt klipp:

Bädda in programmet

Du som arbetar som lärare får bädda in program från UR om programmet ska användas för utbildning. Godkänn användarvillkoren för att fortsätta din inbäddning.

tillbaka

Bädda in programmet

tillbaka

Biomolekylär programmering med dna

Produktionsår:
Längd:
Tillgängligt till:

Vilka trender råder inom biotekniken? Professor Richard M Murray från Caltech redogör för vad som är hett just nu. Murray hoppas att man inom tio-femton år kommer att ha framställt genetiskt programmerade celler och maskiner som kan utföra meningsfulla sysslor. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Ämnen:
Teknik
Ämnesord:
Biologi, Bioteknik, Naturvetenskap
Utbildningsnivå:
Högskola

Alla program i UR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

KWA-Stipendiater på Linköpings universitet

Mille Millnert, före detta vice rektor vid Linköpings universitet, berättar om tidigare forskningsprojekt som fått stöd av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Organisk elektronik inspirerad av hud

Elektronisk hud som berättar för dig hur du mår? Enligt Zhenan Bao, professor i kemiteknik vid Stanford University, är detta snart verklighet. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Organisk elektrooptik

Hur lågt kan man pressa vikten i ett fotovoltaiskt material, det vill säga material som omvandlar ljusenergi från solen till elektrisk energi? Feng Gao och Olle Inganäs, båda forskare i biomolekylär och organisk elektronik vid Linköpings universitet, arbetar bland annat med perovskit som är ett mineral. De berättar att man snart har ett material där en kvadratkilometer väger lika mycket som två vuxna män. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Bioelektronik och elektroniska växter

Kan bioelektronik förlänga livet? Magnus Berggren, professor i fysik och elektroteknik, och Eleni Stavrinidou, forskare i fysik och elektroteknik, båda vid Linköpings universitet, berättar om hur de arbetar med att få elektronik att kunna kommunicera med nervsystemet. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Sociala robotar

Kan robotar bli mänsklighetens nya bästa vänner? Nadia Magnenat Thalmann, NTU i Singapore samt Miralab, är en av världens ledande forskare inom utvecklingen av sociala, interagerande robotar. Hon menar att den bild av robotar som förmedlas i underhållningsindustrin är felaktig. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Robotar som samarbetar

Kan robotar bli lika bra som människor på att arbeta i team? För detta arbetar Patrick Doherty, professor i datavetenskap vid Linköpings universitet, som berättar att han redan har kommit en bra bit på vägen. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Att visualisera framtiden

Hur kan vi ta oss an mer komplexa data? Chris R Johnson, forskare i datavetenskap och visualisering vid Universitetet i Utah, USA, menar att visualisering kommer att vara ett av våra viktigaste verktyg för detta. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Biomolekylär programmering med dna

Vilka trender råder inom biotekniken? Professor Richard M Murray från Caltech redogör för vad som är hett just nu. Murray hoppas att man inom tio-femton år kommer att ha framställt genetiskt programmerade celler och maskiner som kan utföra meningsfulla sysslor. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Ljus, materia och volym

Hur skapar man fotorealistiska bilder av syntetiska miljöer? Jonas Unger, forskare i datorgrafik och bildbehandling, och Anders Ynnerman, professor i vetenskaplig visualisering, båda vid Linköpings universitet, berättar om sina arbeten med ljus, materia och volymer. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Visa fler

Mer högskola & teknik

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Titta UR Samtiden - Nobel Week Dialogue 2015

Hur förändras världen av artificiell intelligens?

När artificiell intelligens diskuteras handlar det nästan alltid om innovationer och tekniska framsteg. I detta panelsamtal ligger fokus istället på hur människor som lever i botten av pyramiden påverkas. Medverkande: Joel Mokyr, professor i ekonomisk historia, Cynthia Breazeal, professor i datavetenskap, Michael Levitt, professor i strukturell biologi, och Dzulkifli Abdul Razak, International Association of Universities. Moderator: Leila Janah. Inspelat på Svenska mässan, Göteborg, den 9 december 2015. Arrangör: Nobel Media.

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Titta UR Samtiden - Malmöforskare föreläser 2015

Varför slog Facebook men inte minidisc?

Sara Leckner forskar om medier och medieutveckling vid Institutionen för medieteknik och produktutveckling. Hon föreläser om tiden vi befinner oss i där nya medier uppstår hela tiden. För vissa är det spännande men för andra upplevs det som stressande. Men är medieutvecklingen verkligen så snabb och hur nya är de nya medierna egentligen? Inspelat på Malmö högskola den 20 oktober 2015. Arrangör: Malmö högskola.