Med en ingeniørs perspektiv på biologi, har Harvard genetikkprofessor George Church vært banebrytende for mange av teknologiene for sekvensering og syntese – eller, som han sier det, lesing og skriving – DNA, inkludert de såkalte «neste generasjons»-teknikkene som har fremskyndet opp og senket kostnadene ved sekvensering. Arbeidet hans har skilt ut en rekke bioteknologiselskaper, og han er direktør for – og første frivillige giver for – Personlig genomprosjekt , som har som mål å sekvensere og offentliggjøre genomene til 100 000 mennesker for å forbedre vår forståelse av menneskelig genetikk, biologi og helse. Også på kirkens gjøremålsliste? Bidra til president Obamas BRAIN Initiative og den ikke så lille saken med å ta med den ullene mammuten tilbake fra utryddelse .
Science Friday chattet med Church om genomer og personvern, hvorfor gjenoppliving av utdødde arter kunne være en velsignelse for økosystemene, og tiden han overlevde på et helt syntetisk kosthold.
Science Friday: The Personal Genome Project samler inn massevis av genetiske data som krever analyse. Hvordan møter du utfordringen?
George Church: Vår gruppe, og mange som vår, tolker mange hele genomsekvenser hver dag. Hovedhindret for forskningen er ikke datakraft, det er å få delbar genomisk og medisinsk informasjon. Akkurat nå er det alle disse siloene [i den genomiske sekvenseringsarenaen], og antallet siloer vokser, så hver silo må ha sitt eget sett med genomer for å kunne gi tolkning. Hvis de ikke deler det, er den statistiske kraften lav. Vi trenger en løsning som lar oss dele disse genetiske dataene og egenskapsdataene.
Og Personal Genome Project legger til rette for deling. Hvordan oppsto ideen om den ideelle organisasjonen?
I 2005 utviklet vi teknologi som vanlig, passet vår egen virksomhet, og innså at teknologien vokste raskt over en periode på måneder, fra bakteriell genomsekvensering til større genomer. Hvis vi skulle gjøre menneskelige, måtte vi få tillatelse. Jeg så på det og ble litt overrasket over at under status quo lovet forskere anonymitet til forsøkspersonene sine. Det så ut til at både genomsekvensene og egenskapene var svært personlig identifiserende, og dataene var også enkle å unnslippe. Jeg sa, la oss undersøke et alternativ til uoppriktig å love at vi kan hindre genetisk informasjon fra å bli identifisert på nytt, og i stedet rekruttere en kohort som spesifikt forstår hva den går inn på. Det var den første radikale tanken i Personal Genome Project. Bioetikere liker det fordi vi er ærlige med forskningsobjektene, og forskerne liker det fordi de kan dele dataene.
Du vil virkelig ha et stort datasett om hver person i stedet for et datasett som er veldig grunt, med bare noen få ting om hver person. Vi fant, til vår hyggelige overraskelse, at det alltid var flere frivillige enn nødvendig. Nå har Personal Genome Project blitt internasjonalt. Jeg antar at du kan kalle det spredning viralt, i god forstand.
Helgenomsekvensering kan brukes i personlig medisin, som innebærer å skreddersy behandlinger til individer basert på deres genetiske sammensetning. Selv om ideen om personlig medisin har eksistert en stund, sier mange at den ikke har blitt realisert fullt ut. Hvordan reagerer du på kritikken om at det burde ha skjedd allerede?
Noen mennesker får veldig rigide ideer om hva de forventer at fremtiden skal være. Etter min mening har det allerede skjedd. Personlig medisin betyr i utgangspunktet molekylærbiologi, og vi har hatt det en stund. Det er disse ideene om farmakogenomikk [ved å bruke genetisk informasjon for å foreskrive de mest effektive legemidlene med minst mulig bivirkninger] som 'killer-appen', og jeg tror at 'killer-appen' faktisk er bærertesting [testing for å se om noen bærer en gen for en sykdom som kan overføres til hans eller hennes barn]. Bærertesting vi har hatt siden 1991, med Myriads [det molekylære diagnostiske selskapet] nå berømte patent [av brystkreftmottaksgenene, BRCA1 og 2] – men det er nå hundrevis av gener vi tester. Jeg kjenner virkelig ingen på planeten som planlegger å reprodusere som ikke potensielt kunne ha nytte av bærertesting i dag. Vi trenger ikke vente et tiår til på personlig medisin. Du har varer og tjenester tilgjengelig - de blir bare ikke annonsert ordentlig, noe som er bra, fordi den vanlige kritikken er at vi har et felt fullt av hype. Vel, dette er anti-hypen, fordi personlig, forebyggende medisin [i form av bærertesting] faktisk fungerer, men ikke nok folk vet om det.
Arbeidet ditt strekker seg utover menneskelige genomer – du er nå en vitenskapelig rådgiver for et utryddelsesprosjekt som planlegger å gjenopplive passasjerduer og ullmammutter. Hvordan ble du involvert?
Jeg hadde visst om passasjerduen, men hadde egentlig ikke vært besatt av den slik Ben Novak [forskningskonsulenten involvert i fuglens gjenoppliving], en av studentene som tilbrakte en sommer i laboratoriet mitt, gjorde. Men da vi kom inn på temaet, klikket det plutselig. Allerede var gammel DNA-sekvensering i ferd med å bli utbredt. Det neste trinnet var å se om vi forsto hva det gamle DNAet fortalte oss ved å sette inn deler av det i eksisterende genomer. Den slags kombinerte mine og andres interesser i gammelt DNA med syntetisk biologi.
Hvorfor gjenopplive arter som ullmammuten og passasjerduen?
Jeg tror dette handler om nøkkelarter og økosystemer. Noen mener vi bare bør fokusere på de levende. Men en måte å fokusere på de levende er å gi nøkkelsteinarter som hjelper de som fortsatt er i live til å overleve bedre. [En keystone-art er en organisme som spiller en uforholdsmessig stor rolle i sitt spesielle økosystem.] Mammuten og passasjerduene er sannsynligvis de mest typiske keystone-artene noensinne. Mammuten var absolutt den største på tundraen. Passasjerduene var den største fugleflokken noensinne – nesten fem milliarder fugler. De spiste frøene fra kastanjer og bøk og andre trær. Da de forsvant, forårsaket disse enorme mengdene mat som ville falle fra trærne til bakken en enorm befolkningseksplosjon i gnagere. Det forårsaket befolkningseksplosjonen i flåtten. Det er sannsynlig, men ikke bevist, at det da forårsaket en eksplosjon i borreliose. Målet er å hjelpe økosystemer som hjelper mennesker.
Det er også målet med fryktinngytende hendelser, som Armstrong som står på månen – å vite at miljøarbeidet vårt ikke er dømt, hvor arten én etter én dør og aldri kommer tilbake. Vi vet at dette er noe vi kan vinne. Da blir det et spørsmål om prioriteringer, snarere enn et spørsmål om umuligheter.
Har du et vitenskapelig idol?
Da jeg vokste opp, Luther Burbank, likte jeg veldig godt. Jeg prøvde å gjenta noen av eksperimentene hans som barn, pode og så videre. Han var botaniker. Han studerte mange frukttrær, som epler og pærer, og han utforsket hvordan du kunne pode ett tre på et annet. Så du kunne dra nytte av et tre som hadde motstand mot infeksjon i røttene, men da ville et annet tre ha god frukt. Jeg forvrider kanskje dette fordi det meste av min idolisering av Luther Burbank var da jeg var liten – alt dette er minnet om en niåring som sannsynligvis leser populærvitenskapelige bøker. George Washington Carver, jeg visste ikke mye om ham, men jeg likte ideen om at han ville bruke peanøtter på mange forskjellige måter. Etter hvert som jeg ble eldre begynte jeg å like Barbara McClintock og Fred Sanger og Ed Lewis, som alle hadde veldig, veldig små laboratorier – noe jeg tydeligvis ikke etterlignet, men jeg syntes det var virkelig imponerende hvor mye de kunne gjøre, bare egentlig av deres omtenksomhet.
Du ser ut til å ha blitt tiltrukket av planter tidlig. Hvorfor det?
Jeg ønsket ikke å skade dyr med eksperimenter, mens med planter hadde jeg ikke noe imot å pode en gren. Jeg syntes bare det var den største spenningen når jeg kunne pode grenen fra et sted til et annet, og noen måneder senere var det helt greit, med litt arrvev der. Jeg hadde også to drivhus fulle av orkideer. Moren min var advokat, og en av kundene hennes kunne ikke betale henne, så han betalte henne i orkideer. Jeg lærte mye om orkideer.
Nå er du veganer. Hvordan startet det?
Jeg var på et kvantefysikkstudium en sommer ved MIT, og jeg hadde litt fritid og ble med på en kostholdsstudie. Det var ikke bare vegansk, det var helt syntetisk. Målet deres var å frata meg leucin og se hva som skjedde. Selvfølgelig er det vanligvis ikke bra å frata deg en essensiell aminosyre som leucin. Det kan forårsake hjerneskade hvis det gjøres i overkant. Så sannsynligvis gjorde det det, og jeg kunne kanskje ha vært mer vellykket hvis jeg ikke hadde vært på denne diettstudien. Men jeg ble i alle fall inspirert av det og lærte mye næring den sommeren.
Veganisme er litt vanskelig å opprettholde når du reiser, men faktum er at med stoffskiftet mitt trenger jeg egentlig ikke å spise mer enn én gang hver dag uansett. Noen ganger går jeg glipp av alle måltidene på en dag. Jeg bare glemmer det, spesielt hvis familien min ikke er i nærheten. Jeg blir fokusert på ett bestemt emne som jeg er besatt av, og hvis det ikke er noe som vil forstyrre meg. Jeg bare fortsetter.
Hvordan kommer du på ideene dine?
Vi har en uvanlig laboratorium [ved Harvard] er det veldig tverrfaglig, med en haug med nye ting vi jobber med som ingen jobber med noe annet sted i verden. Det er lett å tenke på nye ting, fordi vi sjonglerer med en haug med baller allerede, og derfor kolliderer de på interessante måter. Fordi vi løser problemer, kommer folk til oss med interessante problemer der de har gjort mye av jobben – de rammet inn det som er viktig – og vi må bare finne ut om det faktisk er lavthengende frukt eller ikke, når det gjelder teknologi.
Hvor ofte tar en idé av?
Jeg tror det er ganske sjelden at de aldri drar noe sted. Det er bare et spørsmål om tid. Noen ganger er de forut for sin tid. Noen sier at det er veldig kult å være forut for tiden din, men det er faktisk ikke kult. Det er frustrerende. Det du trenger å gjøre er å vite hvor lenge du skal la det stå på hyllen – å ha det forberedte sinnet, der ideen er klar til å hoppe når den manglende brikken i puslespillet blir til.