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.
חיידקים הם היצורים החיים הותיקים ביותר על פני האדמה. הם נמצאים כאן מליארדי שנים. הם יצורים חד-תאיים מיקרוסקופיים. הם מורכבים מתא אחד ויש להם תכונה מיוחדת - יש להם רק דנ"א אחד. יש להם מעט מאוד גנים ונתונים גנטיים שמקודדים את כל התכונות המאפיינות אותם. חיידקים מתקיימים ע"י צריכת חומרי מזון מסביבתם. הם מכפילים את גודלם, מתחלקים לשניים באמצע, תא אחד הופך לשניים. והתהליך חוזר שוב ושוב. הם רק גדלים ומתחלקים, גדלים ומתחלקים. חיים די משעממים. אבל, אני טוענת שלכל אחד מאיתנו יש קשר גומלין מופלא איתם.
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.
אני יודעת שאתם חושבים על עצמכם כאנושיים, ואני די מסכימה איתכם. האיש הזה מייצג אדם כללי. העיגולים בתוכו הם התאים שמרכיבים את גופנו. קיימים כטריליון תאים אנושיים שהופכים אותנו למה שאנחנו, ומאפשרים לנו לעשות את הדברים שברצוננו לעשות. אבל, יש לנו 10 טריליון תאי חיידקים שנמצאים עלינו או בתוכנו בכל רגע ורגע. כלומר, בכל אדם ישנם פי 10 תאי חיידקים מאשר תאים אנושיים. וכמובן, הדנ"א הוא הגורם הקובע. הנה כל ה-G, T ,A-ים, ו-C-ים שמרכיבים את קודכם הגנטי, וקובעים את תכונותיכם המלבבות. יש לכם כ-30,000 גנים. כלומר, פי 100 יותר גנים של חיידקים, שממלאים תפקיד בכם ועליכם במשך כל חייכם. במקרה הטוב, אתם 10 אחוז אנושיים, אך קרוב לודאי שאתם אנושיים באחוז אחד בלבד, תלוי בצורת המדידה החביבה עליכם. אתם בודאי חושבים על עצמכם כעל אנושיים, אבל אני רואה אתכם כ-90 או 99 אחוז חיידקיים.
(Laughter)
[צחוק]
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.
החיידקים האלה הם לא רוכבים פאסיביים. הם חשובים ביותר ומאפשרים לנו לחיות. הם מכסים אותנו בשריון גוף בלתי נראה שמגן עלינו מפני הסביבה ושומר על בריאותנו. הם מעכלים את מזוננו, יוצרים עבורנו ויטמינים, ומלמדים את מערכת החיסון שלנו למנוע כניסה ממיקרובים רעים. הם עושים את כל הדברים הנפלאים האלה, שמסייעים לנו וחיוניים לחיינו, בלי לקבל כתבת שער בעיתון. אבל הם מקבלים פרסום רב מכיוון שהם עושים גם דברים נוראיים. ישנם סוגי חיידקים רבים על פני האדמה שכלל לא אמורים להתקרב אלינו, אחרת אנו נעשים חולים מאוד.
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.
השאלה ששאלנו במעבדה, בין אם תרצו לחשוב על הדברים הטובים או הדברים הרעים שחיידקים עושים, השאלה היא - איך הם בכלל מסוגלים לעשות משהו? הם כל כך קטנטנים, צריך מיקרוסקופ כדי לראות אותם. החיים שלהם משעממים - רק גדילה וחלוקה, והם תמיד נחשבו ליצורים מתבודדים ואנטי חברתיים. וכך, נראה לנו שהם קטנים מכדי להשפיע על הסביבה אם הם פועלים כבודדים. רצינו לבדוק אם לחיידקים יש צורת חיים אחרת.
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.
הרמז לכך הגיע מחיידק ימי, שנקרא ויבריו פישרי (Vibrio Fischeri). בשקופית זו אתם רואים אדם מהמעבדה שלי האוחז בבקבוק עם תרבית נוזלית של חיידק, חיידק יפהפה ולא מזיק שמגיע מהאוקיינוס, הנקרא ויבריו פישרי. לחיידק הזה יש תכונה מיוחדת - הוא מאיר; הוא יוצר ביו-לומינציה, כמו הגחליליות. לא עשינו לתאים שום דבר. צילמנו בחדר חשוך וזה מה שראינו.
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.
למעשה, לא התעניינו באור שהחיידקים הפיקו, אלא בעיתוי בו הם הפיקו את האור. שמנו לב שכאשר החיידקים בודדים, כאשר הם נמצאים בתרחיף מהול, הם לא מאירים. אבל, כאשר מספר התאים מגיע לרמה מסויימת, כל החיידקים מדליקים את האור בו זמנית. השאלה שלנו היתה, איך חיידקים, היצורים הפרימיטיביים האלה, יכולים לדעת מתי הם לבד, ומתי הם בקהילה, ולהחליט לעשות דברים ביחד. הבנו שכדי לעשות זאת הם משוחחים זה עם זה. השיחה נערכת בשפה כימית. זהו תא החיידק.
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.
כשהוא בודד הוא לא מפיק אור, אבל, הוא יוצר ומפריש מולקולות קטנות שניתן לחשוב עליהן כעל הורמונים, והן מיוצגות ע"י המשולשים האדומים. כאשר החיידק בודד המולקולות צפות הלאה ולא נוצר אור. אבל, כאשר החיידקים מתרבים ומכפילים את עצמם וכולם משתתפים בייצור המולקולות, מספר המולקולות החוץ-תאיות גדל ביחס שווה למספר התאים. כאשר מספר המולקולות מגיע לרמה מסויימת, הדבר מצביע לחיידקים על כמות השכנים בסביבה. הם מזהים את המולקולה וכל החיידקים מדליקים את האור בו זמנית. זוהי הדרך בה ביו-לומינציה עובדת - התאים משוחחים בעזרת מילים כימיות.
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.
הסיבה לכך שהויבריו פישרי מבצע זאת נטועה בביולוגיה. נחזור לחיות באוקיינוס. ויבריו פישרי חי בתוך הדיונון הזה. זהו דיונון בובטייל הוואי. הוא שוכב על גבו, וניתן לראות 2 כיסים זוהרים בהם שוכנים תאי הויבריו פישרי. כאשר מספרם גבוה, המולקולות ההן גורמות להם להאיר. הדיונון מוכן לסבול את התעלולים שלהם כי הוא זקוק לאור שהם מפיקים.
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.
הם חיים בסימביוזה. הדיונון הזה חי ליד חופי הוואי במים רדודים בגובה הברכיים. הדיונון הוא חיה לילית. במשך היום הוא ישן קבור בחול. בלילה הוא יוצא לצוד. בלילות בהם הירח או הכוכבים מפיצים אור רב, אור זה חודר אל עומק המים בהם חי הדיונון, מכיוון שהם בגובה עשרות סנטימטרים ספורים בלבד. הדיונון פיתח תריס שיכול להפתח ולהסגר מעל איבר האור המיוחד שמאכלס את החיידקים. על גב הדיונון ישנם גלאים, שמאפשרים לו לחוש כמה אור ירח או כוכבים פוגע בגבו. הוא פותח וסוגר את התריס כך שכמות האור שמוחזרת מתחתיתו - שמיוצרת ע"י החיידקים, תתאים בדיוק לכמות האור שפוגעת בגבו, וכך הוא לא מטיל צל. הוא משתמש באור של החיידקים כתאורה-נגדית במתקן התחמקות מטורפים. כך, הטורפים לא יכולים לראות את צילו לחשב את מסלולו ולאכול אותו. זהו המפציץ החמקן של האוקיינוס.
(Laughter)
[צחוק]
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.
אבל לדיונון יש בעיה קשה. הוא מטופל בתרבית צפופה של חיידקים שהוא לא מסוגל לתחזק. ולכן, בכל בוקר כשהשמש זורחת כשהדיונון הולך לישון קבור בחול, הוא מפעיל משאבה המחוברת לשעון הביולוגי שלו, והמשאבה שואבת החוצה 95 אחוז מהחיידקים. עכשיו החיידקים מדוללים, אין מולקולות דמויות הורמון, ואין תאורה. אבל, לדיונון לא אכפת. הוא ישן בתוך החול. במשך היום, החיידקים מכפילים את עצמם, מפרישים את המולקולה, ומתחילים להאיר בלילה - בדיוק בזמן בו הדיונון זקוק לתאורה שלהם.
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.
ראשית, הבנו איך החיידק הזה מאיר. לאחר מכן, השתמשנו בכלים של ביולוגיה מולקולרית כדי להבין את המנגנון. זהו, שוב, תא החיידק. ,גילינו שלויבריו פישרי יש חלבון, שמסומן ע"י המלבן האדום. זהו אנזים שיוצר את מולקולת ההורמון הקטנה - המשולש האדום. כשמספר התאים גדל, וכולם מפרישים את המולקולה אל הסביבה, יהיו בה מולקולות רבות. לחיידקים יש על קרום התא קולטן שמתאים למולקולה כמו מנעול למפתח. הם בדיוק כמו הקולטנים על קרומי התאים שלכם. כשהמולקולה מגיעה לרמה מסויימת, שאומרת משהו על מספר התאים - היא ננעלת בתוך הקולטן ונכנס מידע אל התאים שגורם להם להפעיל את ההתנהגות השיתופית של התאורה.
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.
הדבר מעניין כי בעשור האחרון גילינו שזאת לא סתם אנומליה של החיידק המגוחך הזוהר בחשיכה החי באוקיינוס. לכל החיידקים יש מערכות כאלה. כלומר, כל החיידקים יכולים לשוחח זה עם זה. הם יוצרים מילים כימיות, מזהים אותן, ומפעילים התנהגויות קבוצתיות שמצליחות רק כאשר כל התאים פועלים יחדיו. תופעה זאת נקראת חישת-מניין. הם מצביעים הצבעות כימיות, ההצבעות נספרות וכולם מגיבים לתוצאת ההצבעה.
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.
מה שחשוב לנושא שלנו היום הוא שאנו יודעים שלחיידקים יש מאות התנהגויות שמבוצעות בשיטות השיתופיות האלה. ההתנהגות החשובה ביותר עבורינו היא התקפה אלימה. אם מספר חיידקים נכנסים לגופכם, ומתחילים להפריש רעלים, לא תחושו בכך מכיוון שאתם ענקיים. אנו מבינים עתה שהם נכנסים, מחכים, מתחילים להתרבות, סופרים את עצמם בעזרת המולקולות הקטנות, מזהים מתי מספרם בדיוק מתאים כך שאם כל החיידקים יתקיפו ביחד הם יצליחו להתגבר על המארח הענק שלהם. החיידקים שולטים בפתוגניות בעזרת חישת-מניין. זאת הדרך בה הם פועלים.
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.
בנוסף, בדקנו מהן המולקולות האלה - המשולשים האדומים שהופיעו בשקפים שלי. זוהי המולקולה של הויבריו פישרי. זוהי המילה באמצעותה הוא מדבר. התחלנו לבדוק חיידקים אחרים, וזהו רק מדגם חלקי של המולקולות שמצאנו. אני מקווה שאתם רואים שיש קשר ביניהן. החלק השמאלי של המולקולות זהה בכל המינים של החיידקים, אבל החלק הימני של המולקולות קצת שונה. דבר זה מעניק ייחודיות לשפה של כל מין חיידקים. כל מולקולה מתאימה אך ורק לקולטן של חיידק שותף. אלה הן שיחות פרטיות וחשאיות. שיחות אלה משמשות לתקשורת תוך-מינית. לכל חיידק יש מולקולה מסויימת שמהווה את השפה שלו, ומאפשרת לו לספור את חבריו.
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.
בשלב זה התחלנו להבין שלחיידקים יש התנהגויות חברתיות. בנוסף, הבנו שרוב הזמן חיידקים חיים בצוותא עם מאות ואלפי מינים אחרים של חיידקים. שקף זה מתאר זאת. זהו העור שלכם. זוהי תמונת מיקרוסקופ של העור שלכם. הוא נראה בערך כך בכל מקום בגוף. אני מקווה שאתם מצליחים להבחין במגוון החיידקים שנמצא שם. חשבנו שאם מדובר על תקשורת בין חיידקים ועל ספירת השכנים שלך, לא מספיק לדבר רק עם בני מינך. חייבת להיות דרך לבצע מפקד תושבים גם של שאר החיידקים באוכלוסיה. אז חזרנו לביולוגיה מולקולרית
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.
והתחלנו לחקור חיידקים שונים. וגילינו, שלמעשה החיידקים הם רב-לשוניים. לכולם יש שפה ייחודית פנימית - מולקולה שאומרת "אני". גילינו, שבמקביל קיימת מערכת נוספת שהיא כללית. קיים אנזים נוסף שיוצר אות נוסף ויש לו קולטן משלו. המולקולה הזו היא שפת המסחר של החיידקים. היא בשימוש של כל החיידקים השונים. היא שפת התקשורת הבין-מינית. החיידקים יכולים לספור כמה "אני" וכמה "אתה". הם מכניסים את המידע ומחליטים איזה משימות לבצע לפי תוצאות ההצבעה - מי הרוב ומי המיעוט באוכלוסיה הנתונה.
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.
ושוב, פנינו לכימיה, וגילינו את המולקולה הכללית - האליפסות הוורודות בשקף האחרון. זוהי מולקולה מאוד קטנה בעלת 5 פחמנים. למדנו דבר חשוב - אותו אנזים קיים בכל החיידקים והוא יוצר בדיוק את אותה המולקולה. וכך כולם משתמשים במולקולה הזו עבור תקשורת בין-מינית. זוהי האספרנטו של החיידקים.
(Laughter)
[צחוק]
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?
בשלב זה, כבר הבנו שחיידקים יכולים לתקשר בעזרת שפה כימית זו. והתחלנו לחשוב שאולי קיים גם יישום שימושי לידע זה. סיפרתי לכם שלחיידקים יש התנהגויות חברתיות שונות ומשונות. הם מתקשרים בעזרת המולקולות. הזכרתי שאחד הדברים החשובים שהם עושים הוא ליזום פתוגניות בעזרת חישת-מניין. חשבנו, מה יקרה אם נמנע מהחיידקים לדבר או לשמוע? האם נוכל למצוא סוגים חדשים של אנטיביוטיקה?
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?
אתם ודאי כבר יודעים שהאנטיביוטיקה אוזלת לנו. בימינו, החיידקים פיתחו עמידות רב-תרופתית. וזאת בגלל שכל האנטיביוטיקה שאנו משתמשים בה הורגת חיידקים. היא מפוצצת את קרום החיידק, או מונעת מהחיידק לשכפל את הדנ"א שלו. אנטיביוטיקה מסורתית הורגת חיידקים וכך נותרים המוטנטים העמידים. וכעת, כמובן, קיימת בעיה עולמית של מחלות זיהומיות. חשבנו, מה יקרה אם נצליח לבצע לחיידקים שינוי התנהגותי? אם נמנע מהחיידקים לדבר, או לספור, וכך נמנע מהם לפתוח בהתקפה אלימה?
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.
וזה בדיוק מה שעשינו בעזרת שתי אסטרטגיות. בראשונה, התמקדנו במערכת התקשורת התוך-מינית. יצרנו מולקולות דומות לאמיתיות שראיתם אבל עם הבדל קטן - הן ננעלות בקולטנים ומונעות זיהוי של המולקולות האמיתיות. ע"י התמקדות במערכת האדומה אנו יכולים ליצור מולקולות נוגדות חישת-מניין יחודיות לחיידק או מחלה מסויימים. עשינו דבר זהה במערכת הוורודה. שינינו קצת את המולקולה האוניברסלית וכך יצרנו תרופות שמעכבות את מערכת התקשורת הבין-מינית. אנו מקווים שהן ישמשו כאנטיביוטיקה רחבת טווח שתפעל נגד כל החיידקים.
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.
לסיום אראה לכם את האסטרטגיה. כאן אני משתמשת במולקולה הבין-מינית, אבל הלוגיקה זהה. כאשר החיידק נכנס אל החיה, במקרה הזה - עכבר, הוא לא יוזם מתקפה אלימה באופן מיידי. הוא נכנס, מתרבה ומתחיל להפריש את מולקולות חישת-המנין שלו. הוא מזהה מתי יש מספיק חיידקים, כולם יוזמים התקפה, והחיה מתה. אנחנו הדבקנו את החיה בזיהום ונתנו לה במקביל מולקולות נוגדות חישת-מניין - מולקולות שנראות כמו האמיתיות אבל שונות קצת כמו שניתן לראות בשקופית. גילינו שאם מדביקים את החיה בחיידק גורם מחלה העמיד למגוון תרופות ובאותו הזמן נותנים לה את המולקולה הנוגדת חישת-מניין, החיה שורדת.
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.
אנו חושבים שזהו הדור החדש של אנטיביוטיקה והוא יוכל לעזור לנו להתגבר על בעיית העמידות. ולסיכום, חיידקים יכולים לתקשר זה עם זה, המילים שלהם הן חומרים כימיים. יש להם מילון כימי מורכב ביותר, שאנחנו רק מתחילים לגלות. דבר זה מאפשר לחיידקים להיות רב-תאיים. וברוח של TED - הם משתפים פעולה כדי לחולל שינוי. לחיידקים יש התנהגויות שיתופיות והם יכולים לבצע משימות שלא היו יכולים לבצע אם היו פועלים כיחידים.
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.
אני מקווה שאוכל להמשיך ולטעון שהחיידקים המציאו את הרב-תאיות. החיידקים קיימים מיליארדי שנים. האנשים - רק כמה מאות אלפים. אנו חושבים שהחיידקים קבעו את הכללים של דרך הפעולה של ארגון רב תאי. אנו חושבים שמחקר של חיידקים יתן לנו תובנות לגבי רב-תאיות בגוף האדם. אנו מקווים שאם נוכל להבין את העקרונות והכללים ביצורים הפרימיטיביים האלה, נוכל ליישם אותם גם על מחלות והתנהגויות אנושיות. אני מקווה שלמדתם שחיידקים יכולים להבחין בין העצמי והאחר. בעזרת 2 המולקולות הם יכולים להגיד "אני" ו"אתה". וכמובן שגם אנו עושים זאת, גם בדרך מולקולרית, וגם בסביבתנו החיצונית. אני מטפלת בחלק המולקולרי.
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.
זה בדיוק מה שקורה בגופכם. תאי הלב ותאי הכליה שלכם לא מתערבבים בזכות הכימיה של המולקולות שאומרות לכל קבוצת תאים מי היא ומה תפקידה. אנו חושבים שהחיידקים המציאו זאת, ואתם רק פיתחתם עוד קצת רעש וצלצולים, אך כל הרעיונות נמצאים במערכות הפשוטות האלה
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.
שאנו יכולים לחקור. ובחלק המעשי - יצרנו מולקולות נוגדות חישת-מניין שמפותחות כאמצעי ריפוי חדשים. במקביל, לטובת החיידקים הטובים והמופלאים שחיים על פני האדמה, יצרנו גם מולקולות תומכות חישת-מניין שמשפרות את תיפקודם. יש בתוככם או עליכם יותר מפי 10 חיידקים ששומרים על בריאותכם. אנו מנסים להמריץ את השיחה של החיידקים שחיים בהדדיות איתכם, כדי לשפר את בריאותכם. אם נשפר את השיחות החיידקים יוכלו לבצע את מבוקשנו בצורה טובה יותר.
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.
ולבסוף, ברצוני להציג בפניכם את החבורה שלי מפרינסטון, ניו ג'רסי. כל מה שהזכרתי בהרצאה, התגלה ע"י מישהו מהתמונה הזאת. כאשר אתם לומדים דברים כמו איך עולם הטבע פועל, כאשר אתם קוראים בעיתון או שומעים דברים מגוחכים על עולם הטבע, תזכרו שהם נעשו ע"י ילד. המדע מתבצע ע"י אנשים אלה. כל החבר'ה בתמונה הם בני 20-30, והם המנוע שמניע את תגליות המדע. התמזל מזלי לעבוד איתם.
(Applause)
אני מתבגרת והם נשארים באותו גיל
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.
וזוהי עבודה נפלאה ומענגת. תודה על ההזמנה. נהנתי מאוד להשתתף בועידה הזו. [מחיאות כפיים]
(Applause)
Thanks.
תודה.
(Applause)
[מחיאות כפיים]