Bakterie jsou nejstarší žijící organizmy na Zemi. Jsou tu už miliardy let a vlastně jsou to jednobuněčné mikroskopické organizmy. Jsou tedy tvořeny jednou buňkou, která má zvláštní vlastnost, má pouze jednu molekulu DNA. Mají velmi málo genů a genetické informace, do které musí zakódovat všechny svoje vnější znaky. Bakterie přežívají tím způsobem, že konzumují živiny ze svého prostředí, dorostou do dvojnásobku své velikosti, rozpůlí se a jedna buňka se stane dvěma a tak dále. Takže rostou a množí se a rostou a množí se - trochu nudný život, ale chci poukázat na to, že tyhle příšerky spolu úžasně interagují.
Bacteria are the oldest living organisms on the earth. They've been here for billions of years, and what they are are single-celled microscopic organisms. So they're one cell and they have this special property that they only have one piece of DNA. So they have very few genes and genetic information to encode all of the traits that they carry out. And the way bacteria make a living is that they consume nutrients from the environment, they grow to twice their size, they cut themselves down in the middle, and one cell becomes two, and so on and so on. They just grow and divide and grow and divide -- so a kind of boring life, except that what I would argue is that you have an amazing interaction with these critters.
Chápu, že vy se považujete za lidi a já vás za ně víceméně taky považuji. Tento člověk by měl představovat obecnou lidskou bytost a všechny ty kolečka v tom člověku jsou buňky, které tvoří vaše tělo. V každém z nás je zhruba bilión buněk, které dělají z každého z nás to, čím jsme a umožňují nám dělat všechny ty věci, které děláme, ale pak je tu 10 biliónů bakteriálních buněk ve vás nebo na vás v každém okamžiku vašeho života. Takže desetkrát více bakteriálních buněk než lidských buněk na lidské bytosti. A samozřejmě důležitá je hlavně DNA, takže tady jsou všechny ty A, T, G a C, které tvoří váš genetický kód a dávají vám vaše okouzlující charakteristiky. Máte kolem 30 000 genů. Jenže se ukazuje, že máte stokrát více bakteriálních genů, které hrají roli ve vás nebo na vás po celý váš život. Jste přinejlepším z 10% člověk, ale spíše jenom jednoprocentní člověk, v závislosti na tom, který z těchto poměrů se vám líbí. Vím, že se považujete za lidské bytosti, ale já vás považuji za z 90 až 99 procent bakterie.
I know you guys think of yourself as humans, and this is sort of how I think of you. This man is supposed to represent a generic human being, and all of the circles in that man are all the cells that make up your body. There's about a trillion human cells that make each one of us who we are and able to do all the things that we do. But you have 10 trillion bacterial cells in you or on you at any moment in your life. So, 10 times more bacterial cells than human cells on a human being. And, of course, it's the DNA that counts, so here's all the A, T, Gs and Cs that make up your genetic code and give you all your charming characteristics. You have about 30,000 genes. Well, it turns out you have 100 times more bacterial genes playing a role in you or on you all of your life. So at the best, you're 10 percent human; more likely, about one percent human, depending on which of these metrics you like. I know you think of yourself as human beings, but I think of you as 90 or 99 percent bacterial.
(Smích)
(Laughter)
Tyto bakterie nejsou jen pasivní pasažéři, jsou neskutečně důležité, udržují nás při životě. Vytváří na našem těle neviditelné brnění, které nás chrání před vnějším prostředím, takže zůstaneme zdraví. Tráví naše jídlo, produkují naše vitamíny, dokonce učí náš imunitní systém, jak se bránit proti škodlivým mikrobům. Takže dělají všechny tyto úžasné věci, které nám pomáhají a jsou nezbytné pro náš život, a nikdy se za to nedostanou do novin. Ale ví se o nich, protože dělají také hodně špatných věcí. Na světě je spousta druhů bakterií, které nemají co dělat ve vás nebo na vás a když vás napadnou, budete velmi nemocní.
And these bacteria are not passive riders. These are incredibly important; they keep us alive. They cover us in an invisible body armor that keeps environmental insults out so that we stay healthy. They digest our food, they make our vitamins, they actually educate your immune system to keep bad microbes out. So they do all these amazing things that help us and are vital for keeping us alive, and they never get any press for that. But they get a lot of press because they do a lot of terrible things as well. So there's all kinds of bacteria on the earth that have no business being in you or on you at any time, and if they are, they make you incredibly sick.
No a otázka pro moji laboratoř je, jestli chcete myslet na všechny ty dobré věci, které bakterie dělají, nebo na ty špatné věci. Otázka, kterou jsme si položili, je jak můžou vůbec něco dělat? Vždyť jsou neuvěřitelně malé, musíte si vzít mikroskop, aby jste je viděli. Žijí takový nudný život, jenom rostou a dělí se, a byly vždycky považovány za takové asociální samotářské organismy. A tak jsme si mysleli, že jsou příliš malé, aby mohly mít význam na své prostředí, pokud by jednaly jen individuálně. A tak jsme se začali zajímat, jestli neexistuje jiný způsob, kterým bakterie žijí.
And so the question for my lab is whether you want to think about all the good things that bacteria do or all the bad things that bacteria do. The question we had is: How could they do anything at all? I mean, they're incredibly small. You have to have a microscope to see one. They live this sort of boring life where they grow and divide, and they've always been considered to be these asocial, reclusive organisms. And so it seemed to us that they're just too small to have an impact on the environment if they simply act as individuals. So we wanted to think if there couldn't be a different way that bacteria live.
Odpověď přišla od jedné mořské bakterie, která se nazývá Vibrio fischeri. Teď se díváte na člověka z mé laboratoře, který drží baňku tekuté kultury neškodné krásné bakterie, která pochází z oceánu, a nazývá se Vibrio fischeri. Tato bakterie má speciální vlastnost, vyzařuje světlo, takže vytváří bioluminiscenci, stejně jako světlušky. Nic tady s těmi buňkami neděláme. Jen jsme v místnosti zhasli a vyfotili jsme je a tohle jsme viděli.
And the clue to this came from another marine bacterium, and it's a bacterium called "Vibrio fischeri." What you're looking at on this slide is just a person from my lab holding a flask of a liquid culture of a bacterium, a harmless, beautiful bacterium that comes from the ocean, named Vibrio fischeri. And this bacterium has the special property that it makes light, so it makes bioluminescence, like fireflies make light. We're not doing anything to the cells here, we just took the picture by turning the lights off in the room, and this is what we see.
Nebylo pro nás ale zajímavé, že bakterie svítí, ale kdy ty bakterie svítí. Zjistili jsme, že když je bakterie sama, takže když je ve zředěné suspenzi, tak nezáří. Ale když dosáhly určitého buněčného počtu, všechny bakterie se rozzářily ve stejný okamžik. Otázka byla, jak mohou bakterie, tyhle primitivní organismy, rozpoznat, kdy jsou samy a kdy mají společnost a potom něco udělat všechny dohromady. Zjistili jsme, že to dělají tak, že spolu mluví, mluví spolu chemickým jazykem.
And what's actually interesting to us was not that the bacteria made light but when the bacteria made light. What we noticed is when the bacteria were alone, so when they were in dilute suspension, they made no light. But when they grew to a certain cell number, all the bacteria turned on light simultaneously. So the question that we had is: How can bacteria, these primitive organisms, tell the difference from times when they're alone and times when they're in a community, and then all do something together? And what we figured out is that the way they do that is they talk to each other,
Tohle představuje moji bakteriální buňku. Když je sama, tak nesvítí. Ale vytváří a vylučuje malé molekuly, které si můžete představit jako hormony, a to jsou tyto červené trojúhelníky. Když je bakterie sama, ty molekuly jen odplavou a světlo není. Ale když bakterie rostou a dělí se a všechny se podílejí na vytváření těchto molekul, ta molekula - mimobuněčné množství té molekuly roste spolu s počtem buněk. A když ta molekula nabude určitého množství, které řekne té bakterii, kolik má sousedů, ona tu molekulu rozpozná a všechny bakterie začnou najednou svítit. Tak funguje bioluminiscence - všechny spolu mluví těmito chemickými slovy.
and they talk with a chemical language. So this is now supposed to be my bacterial cell. When it's alone, it doesn't make any light. But what it does do is to make and secrete small molecules that you can think of like hormones, and these are the red triangles. And when the bacteria are alone, the molecules just float away, and so, no light. But when the bacteria grow and double and they're all participating in making these molecules, the molecule, the extracellular amount of that molecule, increases in proportion to cell number. And when the molecule hits a certain amount that tells the bacteria how many neighbors there are, they recognize that molecule and all of the bacteria turn on light in synchrony. And so that's how bioluminescence works -- they're talking with these chemical words.
Důvod, proč to Vibrio fischeri dělá, je biologický. Jenom malá reklama na zvířata v oceánu: Vibrio fischeri žije v jedné olihni. Teď se právě díváte na sepiolu kropenatou, která byla otočena na záda, a doufám, že vidíte ty dva zářící laloky, to jsou domovy buněk Vibrio fischeri. Žijí tam ve vysokých počtech, ta molekula je tam taky a ony svítí. Důvod proč ta oliheň takovou vylomeninu snáší, je, že chce právě to světlo. Způsob, jakým tahle symbióza funguje, je, že tahle malá oliheň žije u pobřeží Havaje, jen v takové mělké vodě asi po kolena. Je to noční živočich, takže během dne se zahrabe do písku a spí, ale potom během noci vyleze a loví. Za jasných nocí, když je hodně světla z hvězd a měsíce, to světlo pronikne skrz hloubku vody, ve které ta oliheň žije, protože je to jenom pár decimetrů vody. Ta oliheň vyvinula clonu, která může zavřít a otevřít světelný orgán s bakteriemi. Potom má také detektory na zádech, takže umí vycítit kolik světla z hvězd a měsíce na ni dopadá. A pak otvírá a zavírá tu clonu, aby množství světla, které vychází ze spodu - které vyzařuje ta bakterie - přesně odpovídalo množství světla, které dopadá na záda té olihně, takže pak oliheň nevrhá žádný stín. Používá vlastně světlo té bakterie, aby osvětlila sebe sama v obraně proti predátorům, kteří neuvidí její stín a nemůžou tedy vypočítat její dráhu a sníst ji. Je jako neviditelný bombardér z oceánu.
The reason Vibrio fischeri is doing that comes from the biology -- again, another plug for the animals in the ocean. Vibrio fischeri lives in this squid. What you're looking at is the Hawaiian bobtail squid. It's been turned on its back, and what I hope you can see are these two glowing lobes. These house the Vibrio fischeri cells. They live in there, at high cell number. That molecule is there, and they're making light. And the reason the squid is willing to put up with these shenanigans is because it wants that light. The way that this symbiosis works is that this little squid lives just off the coast of Hawaii, just in sort of shallow knee-deep water. And the squid is nocturnal, so during the day, it buries itself in the sand and sleeps. But then at night, it has to come out to hunt. So on bright nights when there's lots of starlight or moonlight, that light can penetrate the depth of the water the squid lives in, since it's just in those couple feet of water. What the squid has developed is a shutter that can open and close over the specialized light organ housing the bacteria. And then it has detectors on its back so it can sense how much starlight or moonlight is hitting its back. And it opens and closes the shutter so the amount of light coming out of the bottom, which is made by the bacterium, exactly matches how much light hits the squid's back, so the squid doesn't make a shadow. So it actually uses the light from the bacteria to counter-illuminate itself in an antipredation device, so predators can't see its shadow, calculate its trajectory and eat it. So this is like the stealth bomber of the ocean.
(Smích)
(Laughter)
Ale když se nad tím zamyslíte, tahle oliheň má velký problém, protože má tuhle umírající, silnou kulturu bakterií, a nemůže ji udržet. Takže každé ráno, když vychází slunce, jde oliheň spát, zahrabe se do písku, a pumpou, která je napojená na její cirkadiánní rytmus, vypumpuje kolem 95 procent všech těch bakterií. Teď jsou bakterie rozředěné, ta malá hormonální molekula je pryč, takže nedělají žádné světlo - oliheň to ale nezajímá. Spí v písku. A jak den pokračuje, bakterie se množí, vylučují tu molekulu a potom začnou svítit v noci, přesně, když to oliheň potřebuje.
But then if you think about it, this squid has this terrible problem, because it's got this dying, thick culture of bacteria, and it can't sustain that. And so what happens is, every morning when the sun comes up, the squid goes back to sleep, it buries itself in the sand, and it's got a pump that's attached to its circadian rhythm. And when the sun comes up, it pumps out, like, 95 percent of the bacteria. So now the bacteria are dilute, that little hormone molecule is gone, so they're not making light. But, of course, the squid doesn't care, it's asleep in the sand. And as the day goes by, the bacteria double, they release the molecule, and then light comes on at night, exactly when the squid wants it.
Nejdřív jsme přišli na to, jak to ta bakterie dělá, ale potom jsme použili nástroje molekulární biologie, abychom přesně odhalili mechanismus tohoto děje. A zjistili jsme - takže tohle je opět moje bakteriální buňka - že Vibrio fischeri má protein - to je ten červený čtverec - je to enzym který tvoří tu malou hormonální molekulu - ten červený trojúhelník. A jak ty buňky rostou, všechny vylučují tu molekulu do svého prostředí, takže je tam spousta těch molekul. A bakterie mají na svém povrchu také receptor, do kterého ta molekula zapadá jako klíč do zámku. Jsou stejné jako receptory na povrchu vašich buňek. Když ta molekula dosáhne určitého množství - což něco říká o počtu buňek - zapadne do receptoru a buňky dostanou informaci, která jim říká, ať zapnou to kolektivní svícení.
So first, we figured out how this bacterium does this, but then we brought the tools of molecular biology to this to figure out, really, what's the mechanism. And what we found -- so this is now supposed to be my bacterial cell -- is that Vibrio fischeri has a protein. That's the red box -- it's an enzyme that makes that little hormone molecule, the red triangle. And then as the cells grow, they're all releasing that molecule into the environment, so there's lots of molecule there. And the bacteria also have a receptor on their cell surface that fits like a lock and key with that molecule. These are just like the receptors on the surfaces of your cells. So when the molecule increases to a certain amount, which says something about the number of cells, it locks down into that receptor and information comes into the cells that tells the cells to turn on this collective behavior of making light.
Zajímavé je to proto, že za posledních deset let jsme zjistili, že tohle není jen nějaká anomálie, příslušející nějaké směšné svítící baktérii, která žije v oceánu - ale že systémy, jako je tento, mají všechny bakterie. Takže teď už chápeme, že všechny bakterie spolu mluví. Tvoří chemická slova, rozumí těmto slovům, a vytvářejí skupinové vzorce chování, které jsou úspěšné pouze, když všechny buňky jednají současně. Máme pro to učené jméno, nazýváme to quorum sensing. Hlasují těmito chemickými hlasy, které se sečtou a potom na to hlasování každý reaguje.
Why this is interesting is because in the past decade, we have found that this is not just some anomaly of this ridiculous, glow-in-the-dark bacterium that lives in the ocean -- all bacteria have systems like this. So now what we understand is that all bacteria can talk to each other. They make chemical words, they recognize those words, and they turn on group behaviors that are only successful when all of the cells participate in unison. So now we have a fancy name for this: we call it "quorum sensing." They vote with these chemical votes, the vote gets counted, and then everybody responds to the vote.
Pro dnešní přednášku je důležité, že existují stovky vzorců chování, které bakterie provádějí takto kolektivně. Ale pro vás je možná nejdůležitější virulence. Není to tak, že by se do vás dostalo pár bakterií, které začnou vylučovat nějaké toxiny - jste obrovští, nemělo by to na vás žádný dopad. Jste velikánští. Teď už víme, že ve skutečnosti se do vás dostanou, čekají a množí se. Sčítají se těmito malými molekulami, a rozpoznají, kdy mají dostatečné množství buněk, takže až začnou být virulentní, budou úspěšné ve zdolání obrovského hostitele. Bakterie vždy kontrolují patogenitu pomocí quorum sensing. Tak to funguje.
What's important for today's talk is we know there are hundreds of behaviors that bacteria carry out in these collective fashions. But the one that's probably the most important to you is virulence. It's not like a couple bacteria get in you and start secreting some toxins -- you're enormous; that would have no effect on you, you're huge. But what they do, we now understand, is they get in you, they wait, they start growing, they count themselves with these little molecules, and they recognize when they have the right cell number that if all of the bacteria launch their virulence attack together, they're going to be successful at overcoming an enormous host. So bacteria always control pathogenicity with quorum sensing. So that's how it works.
Potom jsme také začali zjišťovat, co to je za molekuly - myslím ty červené trojúhelníky na mých slidech. Toto je ta molekula od Vibrio fischeri. Tohle je to slovo, které používá ke komunikaci. Potom jsme začali zkoumat ostatní bakterie, a tohle je jenom ždibec molekul, které jsme objevili. Doufám, že zde vidíte, že ty molekuly jsou si podobné. Levá strana té molekuly je identická v každém druhu bakterie. Ale pravá strana je vždy trošičku rozdílná v každém druhu. Uděluje to jednotlivým druhům specifika pro jejich jazyky. Každá molekula zapadá do svého partnerského receptoru a do žádného jiného. Takže to jsou soukromé, tajné konverzace. Tyhle rozhovory jsou pro komunikaci v rámci jednoho živočišného druhu. Každá bakterie použivá určitou molekulu, která je jejím jazykem, jenž jí dovoluje spočítat její sourozence.
We also then went to look at what are these molecules. These were the red triangles on my slides before. This is the Vibrio fischeri molecule. This is the word that it talks with. And then we started to look at other bacteria, and these are just a smattering of the molecules that we've discovered. What I hope you can see is that the molecules are related. The left-hand part of the molecule is identical in every single species of bacteria. But the right-hand part of the molecule is a little bit different in every single species. What that does is to confer exquisite species specificities to these languages. So each molecule fits into its partner receptor and no other. So these are private, secret conversations. These conversations are for intraspecies communication. Each bacteria uses a particular molecule that's its language that allows it to count its own siblings.
Když jsme se dostali tak daleko, mysleli jsme si, že začínáme rozumět, že bakterie mají sociální chování. Ale většinu času jsme si hlavně říkali, že bakterie nežijí samy, žijí v neuvěřitelných směsicích se stovkami a tisíci jiných druhů bakterií. A to je zobrazeno na tomto slidu. Tohle je vaše kůže. Tohle je jenom obrázek - mikrofotografie vaší kůže. Všude na vašem těle to vypadá zhruba takhle, a vidíte, že tam jsou všechny možné druhy bakterií. A tak jsme si začali říkat, že jestli se opravdu bavíme o komunikaci bakterií a o sčítání jejich sousedů, nestačí umět se dorozumět jen v rámci vlastního živočišného druhu. Musí existovat způsob jak provést sčítání ostatních bakterií v této populaci.
Once we got that far, we thought we were starting to understand that bacteria have these social behaviors. But what we were really thinking about is that most of the time, bacteria don't live by themselves, they live in incredible mixtures, with hundreds or thousands of other species of bacteria. And that's depicted on this slide. This is your skin. So this is just a picture -- a micrograph of your skin. Anywhere on your body, it looks pretty much like this. What I hope you can see is that there's all kinds of bacteria there. And so we started to think, if this really is about communication in bacteria, and it's about counting your neighbors, it's not enough to be able to only talk within your species. There has to be a way to take a census
Takže jsme se vrátili k molekulární biologii a začali jsme studovat jiné bakterie a zjistili jsme, že ve skutečnosti bakterie ovládají více jazyků. Všechny mají systém pro svůj živočišný druh - mají molekulu, která říká "já". Ale současně s ním mají druhý systém, a který je obecný. Takže mají druhý enzym, který dává druhý signál a ten má svůj receptor, a tahle molekula je obchodnický jazyk bakterií. Je používán všemi různými typy bakterií a je to jazyk pro komunikaci mezi druhy. Takže ve skutečnosti bakterie umí sečíst, kolik je mě a kolik je vás. Přijmou tu informaci a rozhodnou se jaké úkony vykonat v závislosti na tom, kdo je v menšině a kdo ve většině v jakékoli dané populaci.
of the rest of the bacteria in the population. So we went back to molecular biology and started studying different bacteria. And what we've found now is that, in fact, bacteria are multilingual. They all have a species-specific system, they have a molecule that says "me." But then running in parallel to that is a second system that we've discovered, that's generic. So they have a second enzyme that makes a second signal, and it has its own receptor, and this molecule is the trade language of bacteria. It's used by all different bacteria, and it's the language of interspecies communication. What happens is that bacteria are able to count how many of "me" and how many of "you." And they take that information inside, and they decide what tasks to carry out depending on who's in the minority and who's in the majority of any given population.
A opět jsme se vrátili k chemii a zjistili jsme, co je tou obecnou molekulou - to jsou ty růžové ovály na mém slidu. Je to velmi malá pětiuhlíková molekula. Důležité je, že jsme zjistili, že každá bakterie má přesně ten samý enzym a tvoří přesně tu samou molekulu. Takže všechny používají tuhle molekulu pro komunikaci mezi druhy. Tohle je bakteriální esperanto.
Then, again, we turned to chemistry, and we figured out what this generic molecule is -- that was the pink ovals on my last slide, this is it. It's a very small, five-carbon molecule. And what the important thing is that we learned is that every bacterium has exactly the same enzyme and makes exactly the same molecule. So they're all using this molecule for interspecies communication. This is the bacterial Esperanto.
(Smích)
(Laughter)
Když jsme se dostali až sem, zjistili jsme, že bakterie spolu mluví tímto chemickým jazykem. Ale začali jsme si říkat, že je tu možná něco praktického, co by se dalo provést. Řekla jsem vám, že bakterie mají všechno tohle sociální chování, komunikují spolu těmito molekulami. Samozřejmě jsem vám taky řekla, že jedna z těch důležitých věcí, co dělají, je iniciace patogenity pomocí quorum sensing. Řekli jsme si, co kdybychom vytvořili bakterie tak, aby nemohly mluvit nebo slyšet? Nemohl by to být nový druh antibiotik?
So once we got that far, we started to learn that bacteria can talk to each other with this chemical language. But we started to think that maybe there is something practical that we can do here as well. I've told you that bacteria have all these social behaviors, that they communicate with these molecules. Of course, I've also told you that one of the important things they do is to initiate pathogenicity using quorum sensing. So we thought: What if we made these bacteria so they can't talk or they can't hear? Couldn't these be new kinds of antibiotics?
Samozřejmě jste už slyšeli a víte, že nám dochází antibiotika. Bakterie jsou nyní neuvěřitelně odolné proti lékům a to je kvůli všem těm antibiotikům, které proti nim používáme. Narušují bakteriální membránu a způsobují, že bakterie nemůže replikovat svou DNA. Zabíjíme bakterie tradičními antibiotiky a to prosívá odolné mutanty. A nyní máme samozřejmě tento globální problém infekčních nemocí. Řekli jsme si, co kdybychom provedli takovou behaviorální modifikaci, stačí vytvořit bakterie tak, aby nemohly mluvit, nemohly se sčítat, a nemohly se stát virulentními.
And of course, you've just heard and you already know that we're running out of antibiotics. Bacteria are incredibly multi-drug-resistant right now, and that's because all of the antibiotics that we use kill bacteria. They either pop the bacterial membrane, they make the bacterium so it can't replicate its DNA. We kill bacteria with traditional antibiotics, and that selects for resistant mutants. And so now, of course, we have this global problem in infectious diseases. So we thought, what if we could sort of do behavior modifications, just make these bacteria so they can't talk, they can't count, and they don't know to launch virulence?
A to je přesně to, co jsme udělali. Zkusili jsme dvě strategie. První byla, že jsme se zaměřili na komunikaci v rámci druhu. Takže jsme vytvořili molekuly, co vypadají tak trochu jako ty opravdové molekuly, které jste viděli - ale jsou trochu jiné. Takže zapadnou do těch receptorů, a zarazí rozpoznávání té opravdové molekuly. Tím, že jsme se zaměřili na červený systém, jsme byli schopni vytvořit quorum sensing blokující molekuly, specifické pro druh nebo nemoc. Udělali jsme to samé i s růžovým systémem. Vzali jsme tu univerzální molekulu a trochu ji pokroutili, takže jsme udělali antagonisty toho systému pro komunikaci mezi druhy. Doufáme, že budou použity pro širokospektrální antibiotika, které fungují proti všem bakteriím.
So that's exactly what we've done, and we've sort of taken two strategies. The first one is, we've targeted the intraspecies communication system. So we made molecules that look kind of like the real molecules, which you saw, but they're a little bit different. And so they lock into those receptors, and they jam recognition of the real thing. So by targeting the red system, what we are able to do is make species-specific, or disease-specific, anti-quorum-sensing molecules. We've also done the same thing with the pink system. We've taken that universal molecule and turned it around a little bit so that we've made antagonists of the interspecies communication system. The hope is that these will be used as broad-spectrum antibiotics that work against all bacteria.
Na závěr vám jenom ukážu tu strategii. V téhle používám jenom tu molekulu pro komunikaci mezi druhy, ale princip je pořád ten samý. Jak víte, tak když se bakterie dostane do zvířete, v tomto případě do myši, nezačne být virulentní hned. Dostane se dovnitř, roste, začíná vylučovat své molekuly pro quorum sensing. Rozpozná, když má dostatek bakterií a až pak zahájí svůj útok a zvíře zemře. Byli jsme schopni je nakazit těmito virulentními infekcemi, ale dáváme jim je současně s našimi anti-quorum sensing molekulami - s těmi molekulami, co vypadají skoro jako skutečné, ale trochu se přece jen liší, což ukazuji na tomhle slidu. Teď víme, že když dáme zvířeti patogenní bakterii odolnou vůči všemožným lékům - a současně jí dáme naši anti-quorum sensing molekulu, zvíře přežije.
And so to finish, I'll show you the strategy. In this one, I'm just using the interspecies molecule, but the logic is exactly the same. So what you know is that when that bacterium gets into the animal -- in this case, a mouse -- it doesn't initiate virulence right away. It gets in, it starts growing, it starts secreting its quorum-sensing molecules. It recognizes when it has enough bacteria that now they're going to launch their attack, and the animal dies. And so what we've been able to do is to give these virulent infections, but we give them in conjunction with our anti-quorum-sensing molecules. So these are molecules that look kind of like the real thing, but they're a little different, which I've depicted on this slide. What we now know is that if we treat the animal with a pathogenic bacterium -- a multi-drug-resistant pathogenic bacterium -- in the same time we give our anti-quorum-sensing molecule, in fact, the animal lives.
Myslíme si, že tohle je nová generace antibiotik a pomůže nám dostat se, aspoň zpočátku, přes náš velký problém odolnosti vůči antibiotikům. Takže teď doufám, že víte, že bakterie spolu mluví, použivají chemikálie jako svoje slova, a mají neskutečně složitý chemický slovník, o kterém se teprv začínáme učit. Samozřejmě to umožňuje bakteriím být vícebuněčné. Takže v duchu TED dělají věci společně, protože to má velký význam. Bakterie tedy mají tyto společné vzorce chování, a můžou provádět úkony, které by nikdy nemohly dokázat, kdyby se chovali jen jako jednotlivci.
And so we think that this is the next generation of antibiotics, and it's going to get us around, at least initially, this big problem of resistance. What I hope you think is that bacteria can talk to each other, they use chemicals as their words, they have an incredibly complicated chemical lexicon that we're just now starting to learn about. Of course, what that allows bacteria to do is to be multicellular. So in the spirit of TED, they're doing things together because it makes a difference. What happens is that bacteria have these collective behaviors, and they can carry out tasks that they could never accomplish if they simply acted as individuals.
Také si myslím, že s vámi můžu polemizovat o tom, že toto je vynález mnohobuněčnosti. Bakterie byly na zemi po miliardy let. Lidé po pár stovek tisíc. Myslíme si, že bakterie vytvořily pravidla pro vícebuněčnou organizaci. Myslíme si, že studiem bakterií budeme schopni porozumět lépe mnohobuněčnosti lidského těla. Víme, že pokud pochopíme principy a pravidla, v těchto primitivních organizmech, máme naději, že budou aplikovatelné na jiné lidské nemoci a lidské chování. Doufám, že jste pochopili, že bakterie dokážou rozlišit sebe od ostatních. Použitím těchto dvou molekul umí říct "já" a "ty". To je samozřejmě, co děláme my, ať už molekulárně, nebo vnějším způsobem, ale já zkoumám ten molekulární způsob.
What I would hope that I could further argue to you is that this is the invention of multicellularity. Bacteria have been on the earth for billions of years; humans, couple hundred thousand. So we think bacteria made the rules for how multicellular organization works. And we think by studying bacteria, we're going to be able to have insight about multicellularity in the human body. So we know that the principles and the rules, if we can figure them out in these sort of primitive organisms, the hope is that they will be applied to other human diseases and human behaviors as well. I hope that what you've learned is that bacteria can distinguish self from other. So by using these two molecules, they can say "me" and they can say "you." And again, of course, that's what we do, both in a molecular way, and also in an outward way, but I think about the molecular stuff.
Je to přesně to, co se děje v našem těle. Buňky vašeho srdce a ledvin se každý den nepromíchávají, protože se v těle děje neustále tolik chemie, molekuly neustále říkají, kdo je která skupina buněk, a co by mělo být jejím úkolem. Opět si myslíme, že tohle vynalezly bakterie a vy jste pouze vyvinuli nějaká tlačítka a pípátka, ale všechny principy jsou v těchto jednoduchých systémech, které studujeme.
This is exactly what happens in your body. It's not like your heart cells and kidney cells get all mixed up every day, and that's because there's all of this chemistry going on, these molecules that say who each of these groups of cells is and what their tasks should be. So again, we think bacteria invented that, and you've just evolved a few more bells and whistles, but all of the ideas are in these simple systems that we can study.
A poslední věc, opět jen pro zopakování, že to má i praktické využití - vyrobili jsme anti-quorum sensing molekuly, které se rozvíjí v nové typy léků. A ještě malá reklama na dobré a zázračné bakterie, které žijí na zemi, udělali jsme také pro-quorum sensing molekuly. Zaměřili jsme se na systémy, které zlepšují práci těch molekul. Vzpomeňte, že máte 10x více bakteriálních buněk na vás nebo ve vás, které vás udržují zdravé. Snažíme se totiž také posílit konverzaci bakterií, které s vámi žijí v symbióze, a snaží se vás udržet zdravé. Zlepšujeme ty konverzace, takže bakterie mohou dělat věci, které po nich chceme, lépe, než by je dělaly samy.
And the final thing is, just to reiterate that there's this practical part, and so we've made these anti-quorum-sensing molecules that are being developed as new kinds of therapeutics. But then, to finish with a plug for all the good and miraculous bacteria that live on the earth, we've also made pro-quorum-sensing molecules. So we've targeted those systems to make the molecules work better. So remember, you have these 10 times or more bacterial cells in you or on you, keeping you healthy. What we're also trying to do is to beef up the conversation of the bacteria that live as mutualists with you, in the hopes of making you more healthy, making those conversations better, so bacteria can do things that we want them to do better than they would be on their own.
Na závěr jsem vám chtěla ukázat mou partu v Princetonu v New Jersey. Všechno, co jsem vám řekla, bylo objeveno někým z této fotky. Doufám, že když se učíte, třeba jak funguje příroda - chci jen říct, že kdykoli čtete něco v novinách nebo slyšíte nějakou přednášku o něčem šíleném, co se děje v přírodě, přišlo na to dítě. Vědu dělá hlavně tahle skupina lidí. Všichni tihle lidé mají mezi 20 a 30 lety, a jsou motorem, který žene vědecké bádání v téhle zemi. Jsem opravdu šťastná, že můžu s touhle skupinou pracovat. Já pořád stárnu a stárnu a oni jsou pořád stejně staří, je to šílená a nádherná práce. Chci vám poděkovat za pozvání sem. Je pro mě velké potěšení, že jsem sem mohla přijít.
Finally, I wanted to show you -- this is my gang at Princeton, New Jersey. Everything I told you about was discovered by someone in that picture. And I hope when you learn things, like about how the natural world works -- I just want to say that whenever you read something in the newspaper or you hear some talk about something ridiculous in the natural world, it was done by a child. So science is done by that demographic. All of those people are between 20 and 30 years old, and they are the engine that drives scientific discovery in this country. And it's a really lucky demographic to work with. (Applause) I keep getting older and older, and they're always the same age. And it's just a crazy, delightful job. And I want to thank you for inviting me here,
(Potlesk)
it's a big treat for me to get to come to this conference.
(Applause)
Děkuji.
Thanks.
(Potlesk)
(Applause)