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.
باکتری ها قدیمی ترین موجودات زنده روی زمین هستند. آنها میلیاردها سال است که اینجا هستند. اینها موجودات تک سلولی میکروسکوپی هستند. اینها فقط «یک» سلول هستند و خاصیتشون اینه که فقط یک قطعه DNA دارند. آن ها تعداد خیلی کمی ژن دارند و با این اطلاعات ژنتیک کم، همه خصوصیاتشان را کد می کنند. روش زندگی باکتری ها این است که مواد غذایی را از محیط دریافت می کنند و تا دوبرابر اندازه اولیه شان رشد می کنند و بعد خودشان را نصف می کنند و تبدیل به دو سلول می شوند و به همین ترتیب این کار ادامه پیدا می کند. آن ها فقط بزرگ و تقسیم می شوند، بزرگ و تقسیم می شوند. یک نوع زندگی خسته کننده، فقط چیزی که می خواهم بگویم این است که شما رابطه متقابل شگفت آوری با این موجودات دارید.
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.
من می دانم که شما خودتان را انسان حساب می کنید و من شما را به این شکل می بینم. این آقا قرار است یک انسان معمولی را نشان بدهد. این دایره هایی که در این آقا هست سلولهایی را نشان می دهد که بدن شما را می سازند. حدود یک تریلیون سلول بدن هر یک از ما را می سازد این سلولها اینکه ما کی هستیم و چه کار می توانیم بکنیم را مشخص می کنند. اما در هر زمان ده تریلیون باکتری درون بدن یا روی بدن شما زندگی می کنند. پس ده برابر سلولهای انسانی که دارید سلول باکتریایی در بدن یک انسان هست. البته واقعیت این است که DNA است که مهم است و این شکل همه A ها و T ها و G ها و C هایی که کد ژنیتک شما و خصوصیات شما را مشخص می کنند نشان می دهد. هر کدام از شما 30 هزار ژن دارید. مشخص شده که صد برابر ژنهای خودتان، ژنهای باکتریایی درون شما یا روی شما هستند که هر یک نقشی در زندگی شما ایفا می کنند. پس در بهترین حالت شما فقط ده درصد آدم هستید یا دقیق تر بگوییم فقط یک درصد آدم هستید، بسته به اینکه کدام یک از این دو معیار را استفاده کنیم. من می دانم که شما خودتان را آدم حساب می کنید ولی من شما را ۹۰ تا ۹۹ درصد باکتری حساب می کنم.
(Laughter)
(خنده)
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.
این باکتری ها فقط یک سری مسافر غیر فعال نیستند. این ها خیلی خیلی مهم هستند. این ها ما را زنده نگه می دارند. آن ها مثل یک زره ناپیدا ما را پوشانده اند و ما را در برابر تهاجم محیط محافظت می کنند تا ما سالم بمانیم. این ها غذای ما را هضم می کنند. برای ما ویتامین می سازند. این ها به سیستم ایمنی شما آموزش می دهند که میکروب های بد را بیرون بریزد. این ها همه ی این کارهای جذاب را انجام می دهند که به ما کمک می کند و برای زنده ماندن ما حیاتی است و هیچ وقت کسی به خاطر این کارها از آنها در رسانه ها یاد نمی کند. ولی به خاطر کارهای بدی که می کنند زیاد اسم آنها را شنیده ایم. خوب تعداد خیلی زیادی باکتری روی زمین هست که هیچ وقت نباید روی شما یا توی شما باشند. در غیر این صورت شما را به شدت بیمار می کنند.
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.
سوالی که در آزمایشگاه من مطرح است این است که چه شما در مورد کارهای خوب باکتری ها فکر بکنید چه در مورد کارهای بد آن ها فکر بکنید سوال مهم این است که اصلا چطور ممکنه این ها بتوانند کاری انجام بدهند؟ منظورم این است که این ها خیلی خیلی کوچک هستند به طوری که بدون میکروسکوپ دیده نمی شوند. این ها زندگی خیلی خسته کننده ای دارند که مدام رشد می کنند و تقسیم می شوند و همیشه به عنوان یک سری موجودات غیر اجتماعی و تکراری در نظر گرفته شده اند. و در نتیجه این طور به نظر می رسید که این ها کوچکتر از آن باشند که بخواهند تاثیری بر محیط داشته باشند اگر بخواهند به طور فردی کاری بکنند. برای همین ما می خواستیم ببینیم که آیا باکتری ها سبک زندگی دیگری هم می توانند داشته باشند؟
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.
سرنخی که ما را به این سوال هدایت کرد از یک باکتری دریایی به دست ما رسید. اسم این باکتری ویبریوم فیشرای است. این چیزی که توی این اسلاید دارید می بینید یکی از افراد آزمایشگاه من است که یک ظرف محیط کشت مایع از این باکتری بی خطر و زیبا که در اقیانوس زندگی می کند را در دست گرفته است. اسم این باکتری ویبریوم فیشرای است. ویبریوم فیشرای خاصیتش این است که نور تولید می کند. یعنی بیولومینسانس یا نورزایی زیستی دارد. مثل کرم شب تاب که نور تولید می کند. ما اینجا با این سلولها کار خاصی نکرده ایم. فقط چراغهای آزمایشگاه را خاموش کرده ایم و عکس گرفته ایم. و این چیزی است که ما مشاهده کردیم.
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, and they talk with a chemical language.
چیزی که برای ما جالب بود این نبود که این باکتری ها نور تولید می کنند بلکه این که در چه مواقعی نور تولید می کنند جالب بود. ما دیدیم که وقتی این باکتری ها تنها باشند مثلا وقتی توی یک محیط رقیق باشند نور تولید نمی کنند. ولی وقتی تعدادشان به حد معینی می رسد همه باکتری ها به طور هم زمان چراغشان را روشن می کنند. سوالی که برای ما مطرح شد این بود که چطور این باکتری ها که سلولهایی خیلی ساده و اولیه هستند، چطور تفاوت وقتی که تنها هستند و زمانی که در یک جامعه هستند را تشخیص می دهند و سپس همه با هم یک کار را انجام می دهند. ما فهمیدم که این باکتری ها این کار را با حرف زدن با یکدیگر انجام می دهند. و این ها به یک زبان شیمایی صحبت می کنند. خوب این مثلا سلول باکتریایی من است.
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.
وقتی تنها است نوری تولید نمی کند. ولی کاری که می کند این است که ملکولهای کوچکی ترشح می کند که می توانید آنها را مثل هورمونها فرض بکنید که من اینجا آن ها را با مثلث های قرمز نشان داده ام. وقتی باکتری ها تنها باشند این ملکولها در محیط پخش می شوند و نوری هم در کار نیست. ولی وقتی که باکتری ها رشد بکنند و تقسیم بشوند و همه آنها در تولید این ملکولها شرکت کنند در نتیجه غلظت خارج سلولی این ملکولها متناسب با تعداد سلولها زیاد می شود. وقتی این غلظت به حد مشخصی می رسد باکتری ها می فهمند که چند تا همسایه در اطرافشان هست آن ها این ملکول را تشخیص می دهند و همه به طور هم زمان چراغشان را روشن می کنند. این روشی است که نورزایی زیستی در این باکتری ها را کنترل می کند. آن ها از طریق این کلمات شیمیایی با هم صحبت می کنند.
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.
علت این خاصیت ویبریو فیشرای را باید در زیست شناسی جستجو کرد. خوب دوباره این یکی هم یک موجود اقیانوسی است. ویبریو فیشرای درون این هشت پا زندگی می کنند. این چیزی که دارید می بینید هشت پای دم کوتاه هاوایی است. که به پشت خوابیده است. من می خواهم که شما این دو تا لب درخشان را ببینید. این دو تا لب پر از سلولهای ویبریو فیشرای هستند که تعداد زیادی از آن ها در این لب ها زندگی می کنند و مقدار زیادی از آن ملکول ها را تولید می کنند و البته نور تولید می کنند. علت اینکه این هشت پاها این باکتری ها را درون خودشان جا می دهند این است که به نور آنها نیاز دارند.
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.
این همزیستی به این شکل است که این هشت پاها در سواحل هاوایی زندگی می کنند و در آبهای کم عمقی که تا زانوی آدم عمق دارد هستند. اینها شب کار هستند و در طول روز خودشان را در شنهای کف دریا مدفون می کنند و می خوابند ولی شبها باید بیرون بیایند و شکار بکنند. خوب شبهایی که مهتابی است نور ماه در این آبهای کم عمق نفوذ می کند و آب را روشن می کند و برای هشت پا سایه ایجاد می شود. این هشت پاها دریچه یا شاتری برای خودشان درست کرده اند که می تواند باز و بسته بشود و ارگان حاوی باکتری ها را مخفی کند. و اینها روی پشتشان گیرنده های نوری دارند که می تواند مقدار نور مهتاب را بر پشتشان تشخیص بدهد و می توانند متناسب با نور مهتاب شاتر یا دریچه زیر بدنشان را تنظیم کنند تا نوری که از زیر بدنشان ساطع می شود را که در واقع توسط باکتری ها تولید می شود طوری کنترل کند که دقیقا با مقدار نوری که به پشت هشت پا می خورد برابر باشد. و در نتیجه سایه ای از هشت پا ایجاد نمی شود. در واقع این هشت پا ها از نور این باکتری ها استفاده می کنند تا خودشان را در برابر نور مهتاب استتار کنند و به این ترتیب شکارچی ها نتوانند از روی سایه هشت پا آن را شکار کنند. یعنی این ها به نوعی بمب افکن های ضد رادار اقیانوس هستند.
(Laughter)
(خنده)
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.
ولی خوب اگر فکرش را بکنید متوجه می شوید که این هشت پا ها با یک مشکل جدی مواجه هستند و آن این است که این ها نمی توانند این جمعیت بزرگ از باکتری های در حال مرگ را در درون بدنشان نگه داری کنند. برای حل این مشکل هر روز صبح وقتی خورشید بیرون می آید این هشت پا ها خودشان را توی شنها مدفون می کنند و با یک پمپ که توسط ساعت زیستی بدنشان کنترل می شود ۹۵ درصد این باکتری ها را به بیرون بدنشان پمپ می کنند. در این حالت به علت کاهش جمعیت باکتری ها و کاهش غلظت آن ملکول باکتری ها خاموش می شوند ولی این برای هشت پا مهم نیست چون در طول روز در زیر شنها خوابیده است. در طول روز باکتری ها تکثیر می شوند و نزدیک به شب جمعیت آنها به حد کافی برای تولید نور می رسد و در این موقع هشت پا دو مرتبه از این نور استفاده خواهد کرد.
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.
ما این مسایل را که فهمیدیم سراغ ابزارهای زیست شناسی ملکولی رفتیم تا بفهمیم واقعا مکانیسم ملکولی این وقایع چگونه است. خوب این دوباره سلول باکتریایی من رو نشون میده. ما فهمیدیم که ویبرو فیشرای یک پروتئینی دارد که اینجا با آن مستطیل قرمز نشان داده شده و این در واقع یک آنزیمی است که اون ملکولهای هورمونی را می سازد که با مثلث قرمز نشان داده شده اند. و همین طور که سلول رشد می کند این ملکولها در محیط آزاد می شوند و غلظت این ملکول در محیط بالا می رود. این باکتری ها یک گیرنده روی سطحشان دارند که آن ملکول ها مثل یک قفل و کلید با آن ها جفت می شوند. این گیرنده ها دقیقا مثل گیرنده های سطحی سلولهای شما هستند. وقتی که غلظت ملکولها به حد معینی برسد که در واقع نشان دهنده تعداد سلولهای محیط است این ملکولها به گیرنده ها متصل می شوند و باعث می شوند این اطلاعات به داخل سلول منتقل بشوند و سلولها روشن بشوند و این رفتار تولید نور از همه این سلولها سربزند.
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.
علت اینکه این قضیه برای ما مهم است این است که در ده سال گذشته ما فهمیده ایم که این فقط یک خاصیت غیر عادی مربوط به این باکتری عجیب و غریب اقیانوسی نیست بلکه همه باکتری ها سیستم های شبیه این دارند. خوب پس ما حالا فهمیده ایم که همه باکتری ها می توانند با هم حرف بزنند آنها کلمه های شیمیایی تولید می کنند. آنها کلمه های شیمیایی را درک می کنند و آنها رفتارهای گروهی ای انجام می دهند که فقط اگر دست جمعی انجام بشود موثر است. ما اسم پدیده را «تشخیص حد نصاب» گذاشته ایم. آن ها با رای های شیمیایی رای می دهند و این رای شمارش می شود و همه به نتیجه این رای عمل می کنند.
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.
چیز مهم برای صحبت امروز این است که ما می دانیم که تعداد زیادی از این رفتارها در باکتری ها وجود دارد که فقط به صورت جمعی امکان انجام و موفقیت دارند. اما رفتاری که احتمالا از همه برای شما مهم تر است بیماری زایی باکتری ها است. این طور نیست که دو سه تا باکتری وارد بدن شما بشوند و شروع به تولید سم بکنند و شما بیمار بشوید. شما خیلی بزرگ هستید دو سه تا باکتری هیچ تاثیری بر شما نخواهد داشت. شما غول آسا هستید. ولی ما حالا فهمیده ایم که آنها چطور شما را بیمار می کنند. آنها اول وارد شما می شوند و صبر می کنند. اول رشد می کنند و تکثیر می شوند و همینطور تعداد خودشان را از طریق آن ملکولها می شمارند و وقتی که تعدادشان به حد کافی رسید که اگر همه با هم به شما حمله کنند موفق خواهند شد در آن موقع حمله خودشان را شروع می کنند. به این شکل است که باکتری ها می توانند به میزبانهایی به بزرگی شما حمله کنند. باکتری ها همیشه بیماری زایی شان را از طریق «تشخیص حد نصاب» کنترل می کنند. این طوری این ها موفق می شوند.
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.
ما برای اینکه بهتر این پدیده را بفهمیم خود این ملکولها را بررسی کردیم. این یکی از این ملکولها است که من با مثلث های قرمز توی اسلایدهام نشانشان می دادم. این ملکول مربوط به ویبریو فیشرای است. این همون کلمه ای است که ویبریو فیشرای از طریق آن حرف می زند. بعد ما باکتری های دیگری را هم بررسی کردیم. این ها بعضی ملکولهای دیگری است که ما کشف کرده ایم. من می خواهم که شما ببینید که این ملکولها شبیه هم هستند. طرف چپ این ملکولها در تمام گونه های باکتری ها مانند هم است. اما طرف راست این ملکولها در هر گونه با گونه های دیگر کمی فرق می کند. این باعث می شود این زبانها برای هر گونه به صورت اختصاصی بشود. هر ملکول فقط به گیرنده خاص خودش و نه گیرنده دیگر متصل می شود. یعنی این زبانها خصوصی و رمزی هستند. اینها مکالماتی برای ارتباطات میان گونه ای خودشان است. هر باکتری زبان خصوصی خودش را دارد که با این ملکولها می تواند همزادهای خودش را شمارش کند.
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 of the rest of the bacteria in the population.
به اینجا که رسیدیم با خودمان فکر کردیم که ما این مطلب که باکتری ها زندگی اجتماعی دارند را فهمیدیم. اما چیزی که ذهن ما را به خودش مشغول کرده بود این بود که بیشتر وقتها باکتری ها فقط با خودشان زندگی نمی کنند. معمولا باکتری ها به صورت درهم و مخلوط با صدها یا هزارها گونه باکتریایی دیگر زندگی می کنند. در این اسلاید این مطلب نشان داده شده است. این پوست شما است. این یک تصویر میکروسکوپی از پوست شما است. هر جایی روی بدن شما کم و بیش همین شکلی است. همه جور باکتری ای اینجا وجود دارد. اینجا بود که ما به این فکر افتادیم که اگر مساله گفتگوی بین باکتری ها است و فایده آن شمارش همسایه ها است، این کافی نیست که هر کس فقط هم نوعان خودش را شمارش کند. باید حتما روشی باشد که بتوان سرشماریی از بقیه باکتری هایی که در اطراف هستند هم کرد. پس ما دوباره سراغ زیست شناسی ملکولی رفتیم
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.
و شروع به مطالعه باکتری های مختلف کردیم و چیزی که فهمیدیم این بود که در واقع باکتری ها به چند زبان صحبت می کنند. همه باکتری ها یک سیستم مخصوص گونه خودشان را دارند یک ملکولی دارند که می گوید «من». ولی در موازات آن یک سیستم دیگری هست که ما آن را کشف کردیم و این یک سیستم عمومی است. یعنی باکتری ها یک آنزیم دیگری هم دارند که یک سیگنال دیگری تولید می کند که گیرنده خاص خودش را دارد و این یک زبان مخصوص باکتری ها است. که توسط همه باکتری ها استفاده می شود و زبان مکالمه بین گونه ای است. به این ترتیب باکتری ها می توانند بشمارند که چه تعدادی از خودشان و چه تعدادی از گونه های دیگری در محیط هست و این اطلاعات را می گیرند و بر اساس آن تصمیم می گیرند که چه کاری انجام بدهند. بسته به اینکه چه کسی در اقلیت یا اکثریت است در کل یک جامعه مشخص.
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.
سپس، ما دوباره سراغ شیمی رفتیم و این ملکول عمومی را تجزیه کردیم. این همان ملکولی است که به شکل بیضی های صورتی در اسلاید قبلی نشان داده شده بودند. که یک ملکول خیلی کوچک پنج کربنی است. و چیز خیلی مهمی که فهمیده ایم این است که همه باکتری ها عینا همین آنزیم را دارند و عینا همین ملکول را می سازند. یعنی همه آنها از همین ملکول برای مکالمه بین گونه ای استفاده می کنند. این در واقع اسپرانتوی باکتریایی است.
(Laughter)
(خنده)
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?
به اینجا که رسیدیم می دانستیم که باکتری ها می توانند با هم به زبان شیمیایی صحبت کنند. و فکر کردیم شاید این برای ما یک فایده عملی هم داشته باشد. خوب من به شما گفتم که باکتری ها انواع رفتارهای اجتماعی را دارند و از طریق این ملکولها با هم مکالمه می کنند. و بهتون گفتم که یکی از کارهای مهمی که می کنند بیمار کردن ما از طریق «تشخیص حد نصاب» است. ما فکر کردیم که خوب اگر ما کاری کنیم که این باکتری ها نتوانند صحبت کنند یا نتوانند بشنوند چه می شود. آیا می شود از این طریق آنتی بیوتیک های جدیدی ساخت؟
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?
البته شما حتما شنیده اید و می دانید که ما با مشکل کمبود آنتی بیوتیک های موثر مواجه هستیم و الان باکتری ها به شدت به داروها مقاوم شده اند. و این به این علت است که همه آنتی بیوتیک هایی که ما استفاده می کنیم باکتری ها را می کشند. مثلا دیواره باکتری ها را سوراخ می کنند یا جلوی تکثیر DNA باکتری را می گیرند. ما باکتری ها را با آنتی بیوتیک های سنتی می کشیم و این باعث انتخاب گونه های مقاوم می شود. به همین خاطر با این مشکل جهانی باکتری های مقاوم به دارو مواجه شده ایم در تمام جهان برای مقابله با بیماری های عفونی. ما فکر کردیم که چقدر خوب می شد اگر ما می توانستیم از تغییرات رفتاری در اینجا هم استفاده کنیم. یعنی یک کاری کنیم که نتوانند با هم صحبت کنند در نتیجه نتوانند تعدادشان را بشمارند و در نتیجه نتوانند حمله شان را شروع کنند.
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.
این دقیقا کاری است که ما انجام داده ایم. ما دو راه کار مختلف را در پیش گرفتیم. اول سیستم اختصاصی هر گونه را هدف قرار دادیم. ما ملکولهایی ساختیم که به ملکولهای سیگنال شبیه باشند که در شکل مشخص هستند - ولی کمی متفاوت هستند به شکلی که به آن گیرنده ها متصل می شوند و باعث از کار افتادن گیرنده می شوند. با هدف قرار دادن سیستم قرمز رنگ کاری که ما می توانیم انجام بدهیم این است که ملکولهای ضد «تشخیص حد نصاب» برای یک گونه باکتری خاص یا بیماری خاص بسازیم. ما موفق شدیم همین کار را برای سیستم صورتی هم انجام بدهیم. ما آن ملکول عمومی را گرفتیم و کمی تغییرش دادیم به شکلی که آنتاگونیست اون سیستم عمومی مکالمه را ساختیم. و امیدواریم که این را بشود به عنوان آنتی بیوتیک وسیع الطیف استفاده بکنیم که علیه همه انواع باکتری ها موثر است.
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.
خوب من استراتژیمان را اینجا به شما نشان می دهم. اینجا من فقط ملکولهای اختصاصی هر گونه را نشان داده ام ولی استراتژی برای سیستم عمومی هم عینا همین است. خوب ما می دانیم که وقتی باکتری به داخل حیوان وارد می شود که اینجا یک موش است همان موقع حمله اش را شروع نمی کند. اول وارد می شود و شروع به رشد و تکثیر می کند. و ملکولهای «تشخیص حد نصاب» را ترشح می کند. وقتی که متوجه شد که تعدادش به حد کافی رسیده است حمله را شروع می کند و حیوان را می کشد. کاری که ما توانسته ایم انجام بدهیم این است که این عفونت های خطرناک را به حیوان وارد کرده ایم و به حیوان ملکولهای ضد «تشخیص حد نصاب» خودمان را هم داده ایم این ها ملکولهایی هستند که شبیه به ملکولهای «تشخیص حد نصاب» هستند ولی اندکی متفاوت هستند و من اینجا آنها را نشان داده ام. چیزی که ما حالا می دانیم این است که اگر ما باکتری هایی که به داروهای معمول مقاوم هستند به حیوان تزریق کنیم و همزمان با آن داروهای ضد «تشخیص حد نصاب» خودمان را هم به حیوان بدهیم حیوان زنده می ماند.
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.
ما معتقدیم این ها نسل جدید آنتی بیوتیک ها هستند و اینها ما را حداقل برای مدتی از شر مساله مقاومت دارویی خلاص خواهند کرد. من امیدوارم شما متوجه شده باشید که باکتری ها می توانند با هم حرف بزنند و از مواد شیمیایی به عنوان کلماتشان استفاده می کنند آنها فرهنگ واژگان خیلی پیچیده ای دارند که ما تازه شروع به درک آن کرده ایم. این در واقع باعث می شود که باکتری ها مثل موجودات چند سلولی رفتار کنند. حالا من به خاطر روحیه TED باید بگویم که اینها با هم همکاری می کنند چون که اینطوری می توانند تغییر ایجاد کنند! در عمل باکتری ها رفتار اجتماعی دارند که باعث می شود بتوانند کارهایی انجام بدهند که به هیچ عنوان نمی توانستند تک تک آن را انجام بدهند.
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.
من امیدوارم شما این استدلال من را هم بپذیرید که این در واقع گذر از تک سلولی بودن به چند سلولی بودن است. باکتری ها میلیاردها سال است که روی زمین بوده اند ولی آدمها فقط دویست سیصد هزار سال. ما فکر می کنیم که باکتری ها بنیانگذار قواعد چند سلولی بودن هستند. و با مطالعه باکتری ها ما می توانیم در مورد روابط چند سلولی در بدن انسان هم چیزهایی یاد بگیریم. ما می دانیم که اگر بتوانیم قوانین و اصول را در این جانداران ساده درک بکنیم قادر خواهیم بود همین قواعد را در بدن خودمان هم و در مواقع بیماری و سلامت به کار ببریم. امیدوارم شما یاد گرفته باشید که باکتری ها می توانند خودی را از دیگران تشخیص بدهند. با استفاده از این دو ملکول می توانند بگویند «من» یا بگویند «تو». البته این کاری است که ما هم در سطح سلولی و هم در خارج انجام می دهیم ولی خوب من فقط در مورد چیزهای ملکولی فکر می کنم.
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.
این دقیقا اتفاقی است که در بدن شما می افتد. این طور نسیت که هر روز سلولهای قلب و سلولهای کلیه شما با هم قاطی شوند. و این به خاطر این است که همه این اتفاقات شیمیایی رخ می دهد این ملکولهای هستند که نشان می دهند هر یک از این گروهای سلولی کی هستند و قرار است چه کاری را انجام بدهند. باز هم ما فکر می کنیم که باکتری ها این را ابداع کردند و شما فقط کمی آن را توسعه داده اید ولی همه این ایده ها در همین سلولها ساده هست و می شود آنها را مطالعه کرد.
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.
آخرین حرف هم تکرار این مساله است که فایده عملی این ها ساختن ملکولهای ضد «تشخیص حد نصاب» است که به عنوان نوع جدیدی از داروها قابل استفاده هستند. برای اینکه به افتخار باکتری ها صحبت را تمام کنم باکتری های خوب و معجزه آسایی که روی زمین زندگی می کنند باید بگم که علاوه بر این ما ملکولهایی ساخته ایم که این سیستم ها را تحریک و تقویت می کند. یعنی ما این دستگاههای مکالمه باکتری ها را تقویت کرده ایم. فراموش نکنیم که ما ده برابر سلولهای انسانیمان در بدنمان و روی بدنمان باکتری داریم که ما را سالم نگه می دارند. ما سعی داریم مکالمه شما و باکتری هایی که با شما زندگی می کنند را بهبود ببخشیم به امید اینکه شما سالم تر زندگی کنید. با آنها بهتر مکالمه کنیم تا آنها کارهایی که برای شما انجام می دهند را بهتر انجام بدهند.
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.
در آخر می خواهم بر و بچه های آزمایشگاه من در پرینستون، نیوجرزی را به شما نشان بدهم. همه چیزهایی که امروز برای شما گفتم، توسط افرادی که در این عکس هستند کشف شده است. امیدوارم شما وقتی چیزی می آموزید، مثلا این که طبیعت چطور کار می کند-- من می خواهم بگویم هر موقع که شما موضوعی را در روزنامه می خوانید یا یک سخنرانی در مورد چیزی عجیب در طبیعت می شنوید بدانید که این موضوع توسط یک بچه کشف شده است. علم توسط این گروه سنی پیش می رود. این افراد بین بیست تا سی سال سن دارند. آن ها موتور اکتشافات علمی در این کشور هستند. من خیلی خوش شانس هستم که با این گروه سنی کار می کنم.
(Applause)
من مدام پیرتر و پیرتر می شوم ولی این ها همیشه همین سن هستند.
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, it's a big treat for me to get to come to this conference.
و این شغل احمقانه ی لذت بخشی است. و من می خواهم از شما برای اینکه من را اینجا دعوت کردید تشکر کنم. برای من افتخار بزرگی است که به این کنفرانس آمده ام. (تشویق)
(Applause)
Thanks.
متشکرم
(Applause)
(تشویق)