Un pioniere del periodo d’oro della biologia, Craig Venter ha sempre fatto la scienza alle sue condizioni. In un Seme esclusiva, l’uomo che ha sequenziato il genoma umano, spiega cosa sta tenendo indietro e scienza come intende risolvere il problema.

Bigger Better Faster

Da Craig Venter| Pubblicato 20 Novembre 2008

Craig Venter

Craig Venter. Foto di Mark Mahaney.

La scienza – in particolare il mio campo della biologia-È cambiata radicalmente negli ultimi 50 anni e continua ad evolversi. Un campo, una volta dominato da piccoli gruppi di ricerca di lavoro in gran parte in isolamento sta trasformando, in parte, in imprese sempre più ricorda gli sforzi nel campo della fisica che hanno portato al Large Hadron Collider (LHC) e di altri costosi, personale e progetti di data-intensive.

Le organizzazioni e progetti che ho condotto durante il corso della mia carriera di 37 anni illustrare alcune delle modifiche che la biologia ha subito. Ma ci sono differenze significative tra biologia e fisica, senza unico programma di governo di grandi dimensioni domina scienze biologiche, come l’LHC domina fisica. Piuttosto, le tecniche di responsabile per l’industrializzazione e la digitalizzazione della biologia, e nuovi approcci per la scienza di finanziamento, si consente agli scienziati di raggiungere l’indipendenza e la scala senza precedenti nel loro lavoro. Tali cambiamenti hanno avuto l’effetto di spostare tutti noi a un’epoca in cui più dati possono essere raccolti e, soprattutto, grandioso domande e ipotesi scartate o convalidato-di quanto non sia mai stato possibile prima.

Quando ho ottenuto il mio dottorato nel 1975, la scienza non era molto diverso da come era stato nel 1950. Ci sono stati circa 150.000 gli scienziati negli Stati Uniti, e io, come circa il 70 per cento dei miei colleghi dottorati, andò nel mondo accademico. Ma le cose sono cambiate. Per prima cosa, ci sono più di 2,6 milioni di scienziati che lavorano in America oggi. Ma la decisione essenzialmente binario ho dovuto fare quando ho lasciato la scuola ha diplomato in gran parte evaporata. Nei casi in cui per me e miei colleghi è stata una decisione tra il mondo accademico e industria, oggi, solo circa il 2-30 per cento dei più di 7.000 nuovi dottorati nelle scienze della vita rimarrà nel mondo accademico. Inoltre, una percentuale significativa di “accademico” biologi a grandi istituzioni hanno almeno un piede in almeno una società biotech. Uno dei motivi potrebbe essere che i finanziamenti del governo degli Stati Uniti in dollari costanti è cambiato di poco negli ultimi 40 anni, mentre i finanziamenti dell’industria è aumentato di oltre dieci volte, di conseguenza, i fondi federali per la ricerca biologica, una volta di più che doppia rispetto a quella quelle provenienti da industria, è ora meno della metà.

E ‘diventato d’obbligo per gli scienziati tradizionali di intraprendere considerevoli ricerca applicata. Molti trovano questa situazione problematica, e la paura che la proliferazione dell’industria e del finanziamento del settore ha in qualche modo contaminato ricerca “pura” accademica. Ma questa situazione è in misura sostanziale stato molto positivo per la società. Esso ha generato la competizione e la collaborazione tra gruppi di ricerca privati, pubblici, accademici e di lavorare a progetti che possono avere un impatto diretto sulla vita delle persone. Tuttavia, le mie esperienze hanno dimostrato quanto può essere difficile cambiare le idee a lungo radicata su come la scienza può essere realizzata meglio, e su ciò che forma la scienza di domani dovrebbe assumere.

Il mio tempo nel mondo accademico durò fino al 1984, quando ho avuto la possibilità di spostare il mio team per il programma intramurale presso il National Institutes of Health (NIH). Ero stato un ricercatore di successo extramurale sovvenzionate, ma la possibilità di essere fornito un grande budget per la mia ricerca, invece di dover inseguire le sovvenzioni, notevolmente appello a me e la mia squadra. Qui c’era la possibilità di fare ricerca che guardava ben oltre la questione della concessione successiva. Tuttavia, con mia sorpresa, pochi al NIH pensavano come me. Invece ho scoperto che, mentre quasi tutti i laboratori in programma intramurale NIH è stato molto ben finanziata, gran parte della ricerca è stata condotta nel migliore dei media. Solo una piccola parte degli scienziati non ci ha preso pieno vantaggio di disporre di fondi illimitati in sostanza, di prendere rischi e di provare nuove cose.

Allo stesso tempo, ho fatto questa mossa al NIH, la biologia ha cominciato a cambiare. L’automazione delle tecnologie del DNA connessi cominciarono ad apparire, e improvvisamente discussioni del sequenziamento dell’intero genoma umano sembrava realistico. Eppure, una tale impresa è stato inoltre frenato dal pensiero limitato e tecnologia greggio del giorno, non c’era grande visione, e di come ancora, nessun “big science”, nel campo della genomica.

Nel 1987 la mia squadra ha preso alcuni dei primi passi verso la digitalizzazione della biologia e della industrializzazione di acquisizione dati. E ‘iniziato quando abbiamo pubblicato il primo gene sequenze utilizzando un distributore automatico di sequenziamento del DNA. E ‘diventato chiaro per me che per ottenere più dati più veloce è stato semplice: ho solo bisogno di ottenere una seconda macchina sequenziamento del DNA. Per farlo, avevo bisogno di più spazio, quindi mi sono spostato fuori dal campus principale NIH di acquistare spazio aggiuntivo per un team in espansione e più macchine sequenziamento del DNA. Utilizzando il tag di sequenze espresse (EST) il metodo che ho sviluppato ci ha permesso di trovare rapidamente i geni utilizzando le molecole di mRNA-messaggero copiato dal DNA-espressi direttamente dalle cellule. Ogni macchina sequenziamento aggiuntivi portato ad un aumento diretto lineare del numero di geni scoperti. Ho usato il mio bilancio in espansione NIH per comprare la più grande e più tardi i computer per aiutare gestire il flusso sempre crescente di dati, e assunto ingegneri software ed esperti di calcolo per sviluppare software potremmo utilizzare per interpretare i dati di nuova sequenza.

successo di La mia squadra ha spinto due sviluppi importanti. In primo luogo, una grande battaglia polemica-driven è scoppiata quando il NIH ha insistito sul deposito di brevetti sulle sequenze che stavano scoprendo. Ancora più grande è stata la risposta dai miei colleghi accademici per il mio metodo EST. Lo odiava. Per loro, è minacciato sia il bilancio del Progetto Genoma Umano, che stava per arrivare in corso presso il NIH nel 1990, e la scienza modalità di conduzione. scienziati di alto livello nei maggiori centri accademici erano arrabbiati perché l’EST e gli approcci genomici potrebbe scoprire-a caso, i geni che avevano cercato per decenni. Come per ogni cambiamento rapido o l’industrializzazione, un conservatorismo innato apparentemente indotto molti a combattere contro un nuovo approccio alla scienza. Allo stesso tempo i finanziamenti per la ricerca genomica come la mia era opposto a causa della sua grande scienza, carattere industriale-ogni dollaro che è andato al mio gruppo meno grande significato per tutti quelli più piccoli.

Mentre queste battaglie erano in corso, ho ricevuto più offerte da società farmaceutiche e biotecnologiche per spostare la mia squadra di unirsi a loro. Ho anche ricevuto offerte da capitalisti di ventura in cerca di avviare nuove imprese. Non mi piaceva il Strings Attached in entrambi i casi, così ho proposto un nuovo modello di finanziamento della ricerca, gli investitori sarebbero costituire una nuova società biotech che, a sua volta, il mio fondo non indipendente, istituito e gestito, per un istituto di ricerca senza scopo di lucro. L’azienda biotech avrebbe fornito finanziamenti a lungo termine in cambio dei diritti sulla proprietà intellettuale sviluppata dall’Istituto. Il risultato è stato il fondatore della Human Genome Sciences, Inc. (HGS), che nel 1992 si sono impegnati 70 milioni dollari, dieci anni, ad una organizzazione chiamata The ho stabilito Institute for Genomic Research (TIGR). Il primo impianto su larga scala del DNA sequencing era ora finanziati. Con il TIGR, e anche gli sforzi di Daniel Cohen e John Wissenbach in Francia nella costruzione del Genethon, un lievito su scala industriale di mappatura del cromosoma artificiale impianto di biologia ha cominciato a entrare nel regno di “big science”.

La classificazione della Scienza

Grading Science

PISA è un test standardizzato somministrato dall’OCSE che tenta di misurare le capacità di 15-year-olds in tre categorie: individuando le questioni scientifiche, spiegare i fenomeni scientificamente, e delle prove usando scientifiche. Pur essendo una delle più grandi spendono per l’istruzione, in termini di entrambi di dollari totali e percentuali del PIL, gli Stati Uniti classificato 35 su i 57 paesi dove il test è stato dato. Metric source: PISA 2006 Sintesi, OCSE Factbook 2008.

Big Science non sempre ha dimostrato di essere buona scienza. Come la grande spinta in genomica iniziata, sostenuta da miliardi di dollari di denaro pubblico, una sfilza di nuovi centri genoma ha aperto negli Stati Uniti e Giappone, e il Wellcome Trust del Regno Unito ha finanziato il Centro Sanger. I finanziamenti governativi è spesso guidata dalla politica sociale al posto della scienza. Il lievito sforzo genoma, per esempio, ha coinvolto 10 anni e circa 1.000 scienziati sparsi per l’Unione europea e gli Stati Uniti. L’obiettivo di gran parte dei finanziamenti è stato quello di espandere l’uso della sequenza e della tecnologia informatica in tutta l’UE, ma questo significava che la qualità non può essere controllato, il primo cromosoma di lievito pubblicato doveva essere ri-ordinato. Tuttavia questo era il modello che ha spinto il progetto internazionale Genoma Umano.

Non c’è da stupirsi che si presume che gli eserciti di scienziati e tecnici verrà richiesto di sequenza del genoma umano. Il pensiero era basato sulla quantità di sequenza del DNA potrebbe essere prodotta al giorno per gli inquirenti con quelli che ora sono considerate strumenti primitivi. Ma noi fracassato vecchio paradigma che nel 1995, quando la mia squadra relativamente piccola sequenziato il primo genoma di una specie vivente, quello di Haemophilus influenzae, In soli quattro mesi. Abbiamo usato un nuovo metodo di sequenziamento abbiamo chiamato fucile intero genoma, che ha lavorato a caso la selezione e il sequenziamento del DNA dai frammenti del genoma dell’organismo, quindi essa computazionalmente rimontaggio.

Il nostro successo è arrivato nonostante la mancanza di finanziamenti del NIH dopo aver insistito sul fatto che il metodo era “improbabile che funzioni”. Abbiamo fatto affidamento sulla nostra finanziamenti da Human Genome Sciences di fare l’esperimento, e fu quindi possibile solo per svolgere il lavoro perché il denaro HGS aveva dato a TIGR aveva No Strings Attached, qualcosa che si rammarica, al momento, perché anche loro, non voleva che l’esperimento fatto. Questa indipendenza ha continuato ad essere un aspetto essenziale del progresso della scienza mia.

Dopo la pubblicazione di quel primo genoma, soldi del governo per la sequenza di più e di più genomi microbici riversato nel mio istituto. Ho istituito un nucleo tecnologia per sequenza, il montaggio, e annotare genoma in maniera catena di montaggio. Ciò ha garantito costantemente i dati di alta qualità che era indipendente dalla capacità di ogni singolo scienziato set. Il metodo è stato di gran lunga superiore ad altri progetti. Qualunque scienziato o qualsiasi collaboratore potrebbe venire a TIGR, hanno un genoma sequenziato e analizzato microbica, e produrre le pubblicazioni di altissima qualità. La sfida costante per me è stato quello di spingere gli scienziati a fare di più di una semplice raccolta di dati. Avevamo reso facile genomi sequenza, ma non volevo TIGR essere solo una fabbrica di sequenziamento.

Da quel primo genoma, H. influenzae, Ho guidato la squadra per cercare di capire la vita di una specie di base per la visualizzazione suo intero genoma. A volte proprio la scelta di quale specie di sequenza del genoma garantito risultati emozionanti, come quando abbiamo sequenziato il genoma più piccolo conosciuto, Mycoplasma genitalium, E il archaea primo, Methanococcus jannaschii, Che è stato realizzato in collaborazione con Carl Woese per dimostrare che il suo terzo ramo della vita era reale. Confronto tra la M. genitalium e H. influenzae genomi ha sollevato una domanda interessante: se una specie necessari 1.800 geni e gli altri solo 500 o poco più, c’era un genoma minimo che possa sostenere la vita indipendente, auto-replicanti? Anni di genomica comparativa e fori gene non hanno risposto completamente alla domanda, per cui ci siamo rivolti a sintetizzare genomi e variando il loro contenuto in modo che possiamo sapere quanto poco l’informazione genetica è necessario fare un lavoro organismo.

Nonostante la mia insistendo sul fatto che siamo sempre alla ricerca di quelle grandi questioni, la generazione di dati per se stesso continua ad essere un grave ostacolo alla reale scoperte scientifiche nel campo della genomica. Non è difficile capire perché gli inquirenti, in particolare dei giovani ricercatori, sono soddisfatti di essere generatori di dati, come le agenzie governative e alcune fondazioni continueranno a pagare centinaia di milioni di dollari solo per il sequenziamento del DNA o, peggio ancora, microarrays, la creazione di set di dati enorme, ma raramente di avere una visione reale scientifica.

Ero certo, dopo tutto del nostro successo con il nostro fucile nuovo con tutto il sequenziamento del genoma metodo, che il Progetto genoma umano sarebbe adottare i nostri metodi, ma la Federal progetto genoma umano è stato burocraticamente moribondo e incapace di cambiare. In verità non vi era nessun incentivo a cambiare. Gli scienziati nei vari centri genoma giovato enormemente, alcuni per ordine di $ 100 milioni l’anno o più, da un processo che era essenzialmente un decentrata, ampiamente distribuito progetto di lavori pubblici.

Quando divenne chiaro che il mio approccio non sarebbe stata adottata, mi sono rassegnata al fatto che non sarei di lavoro sul genoma umano. Applied Biosystems (ABI), società di strumento, poi venne da me con una nuova macchina automatica per il sequenziamento del DNA hanno pensato che avrebbe funzionato bene con il mio metodo fucile. Essi sono stati interessati in uno sforzo di finanziamento indipendente sequenza del genoma umano e utilizzarla come un occasione per mostrare i loro prodotti, molto simile a come le aziende sponsor auto scuderie, o IBM crea i computer a giocare a scacchi o fare grandi calcoli per la pubblicità. L’unica differenza era che ABI ha voluto avviare una nuova impresa intorno sequenziamento del genoma, non solo di sponsorizzare il lavoro.

Ho accettato la sfida e la Celera Genomics è stato formato. Avevamo sperato inizialmente per la cooperazione e collaborazione anche con l’impegno pubblico, ma siamo stati solo visto come una minaccia allo status quo di un mega-finanziamento, il progetto di mega-distribuiti, e lo sforzo si trasforma ben presto in un concorso. Fortunatamente però, la concorrenza può essere salutare per la scienza e aumentare il suo impatto sul pubblico. La concorrenza continua a scienziati e la scienza onesta si vuole essere in primo luogo, ed è necessario essere di destra. La concorrenza era chiaramente positivo per il Progetto Genoma Umano. Con anche i conti più critici dello sforzo, il primo obiettivo-che la prima bozza della sequenza del genoma umano, successo anni prima di quanto era stato previsto, cambiando il volto della ricerca apparentemente durante la notte.

algae cultures

Le alghe sono coltivate per la produzione di biocarburanti a La Jolla, CA-based Synthetic Genomics. Co-fondata da Craig Venter, l’azienda sta perseguendo, tra l’altro, di ingegneria microrganismi per applicazioni industriali. Foto di Mark Mahaney.

Come ho sostenuto, La generazione di dati senza grandi questioni e approcci computazionali in grado di rispondere loro è solo un valore di poco conto. La mia squadra oggi ha continuato ad applicare la selezione casuale e metodi di sequenziamento del fucile da caccia come un motore di grande scoperta, esplorare la ricerca ambientale attraverso “studi metagenomic”, indagando la vita nel mar dei Sargassi e anche nell’intestino umano.

Alcuni hanno sostenuto che il nostro lavoro non è la scienza tradizionale ipotesi-driven, ma solo una spedizione di pesca. Si sbagliano: Siamo solo porre domande che sono più grandi del solito. Come mi piace ricordare il mio team, Charles Darwin ha iniziato l’osservazione e raccolta di specie e di esemplari e solo dopo decenni fornite mandanti unificante per spiegare ciò che è stato testimone. Analisi di sequenze di RNA 16S aveva dimostrato che la natura possiede microrganismi molto più di quanto chiunque sia mai stato in grado di crescere in un laboratorio, il sequenziamento completo del DNA del virus ed altri organismi in acqua di mare è un modo per identificare le specie che nessuno ha mai visto prima. Potremmo non sapere tutte le specie presenti, ma potrebbe anche capire il metabolismo generale e le interazioni di un particolare ecosistema. Le risposte, finora, hanno sorpreso tutti, svelando biodiversità dei microrganismi e della diversità genetica estesa. In soli quattro anni abbiamo scoperto quasi 20 milioni di geni in oceani del mondo senza fine in vista. Ma io voglio solo essere soddisfatti se riusciamo a mettere insieme più grande, un’immagine più chiara della diversità microbica e l’evoluzione della vita sulla Terra.

Di recente è stato sostenuto che la generazione di grandi insiemi di dati è la nuova scienza. Sono d’accordo solo in quanto la serie di dati vengono utilizzati per chiedere e rispondere a domande sulla vita unico. E ‘chiaro per me, per esempio, che l’unica speranza che abbiamo per la nostra comprensione della biologia proprio è quello di generare migliaia di genomi umani completo insieme ai dati fenotipici ben definiti degli stessi soggetti. Tali dati si rivelano molto di ciò che è natura e ciò che è nutrire nella nostra specie. Allo stesso modo, un’analisi approfondita metagenomic dei microrganismi associati a ciascuna di tali individui è probabile che rivelano i legami tra alcune popolazioni microbiche e la salute umana e le malattie.

Il mio team presso l’Istituto Venter e Synthetic Genomics Inc. sono al lavoro per spingere i confini scientifici, da aumentare in proporzione il sequenziamento e l’analisi del genoma umano, di ampliare la genomica ambientale su scala globale. Stiamo anche lavorando alla più intima dell’uomo metagenomica, cioè la genomica degli organismi che vivono in altri nostri corpi, così come la costruzione su 3,5 miliardi di anni di evoluzione per imparare a scrivere il codice genetico noi stessi per far progredire l’evoluzione . A Synthetic Genomics stiamo usando la nostra capacità di recente sviluppato per scrivere il codice genetico di contribuire a fornire le principali esigenze della società, tentando di creare nuove fonti di cibo, acqua pulita, rinnovabile e prodotti chimici e combustibili.

Se riusciremo in questo, sarà perché abbiamo continuato a svolgere alcuni dei nuovi approcci alla scienza che la mia squadra ha sperimentato negli ultimi 20 anni: per provare nuove tecniche, ad assumersi rischi, di porre domande fondamentali sulla vita, e per fornire grandi obiettivi, molto più grande di ogni persona si possa realizzare. Questi componenti potrebbero contribuire a trasformare la scienza finanziata con fondi pubblici. Le società moderne sono diventati 100 per cento dipende dalla scienza. Per ottenere il massimo da esso, abbiamo bisogno di cambiare ciò che è finanziato e come viene finanziata, orientando sempre più della biologia in “big science”, con efficace, competitivo, gestiti in modo autonomo, non avversi al rischio, i team multidisciplinare, volto a capire la complessità della vita e l’utilizzo che le nuove conoscenze a beneficio di tutti.

spread_article_venter Bigger Better Faster
Da Craig Venter
Pubblicato 20 NOVEMBRE 2008
Originariamente apparso in See

Annunci

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...