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.
A baktériumok a Föld legősibb élő szervezetei. Évmilliók óta itt vannak, ezek az egysejtű mikroszkopikus szervezetek. Szóval ők egyetlen sejt, és a különlegességük, hogy csak egyetlen darab DNS-ük van. Nagyon kevés génjük van, és kevés genetikai információjuk, ami a tulajdonságaikat kódolja. A baktériumok abból élnek, hogy a környezetből tápanyagot vesznek magukhoz, méretük duplájára nőnek, középen kettévágják magukat, és egy sejtből kettő lesz, és így tovább, és így tovább. Csak nőnek és osztódnak, nőnek és osztódnak -- elég unalmas életük van, kivéve, hogy én arra szeretnék kilyukadni, hogy mi elképesztő kapcsolatban állunk ezekkel a lényekkel.
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.
Tudom, ti emberként gondoltok magatokra, én viszont valahogy így. Ez az ember akarja ábrázolni a tipikus emberi lényt, a körök az emberben pedig a sejtek, amikből a testünk felépül. Mintegy trillió emberi sejt, amik azzá tesznek minket, akik vagyunk és amik miatt tehetjük, amit teszünk, ugyanakkor tíztrillió bakteriális sejt van bennünk vagy rajtunk életünk bármely pillanatában. Azaz tíszer annyi baktériumsejt él egy emberen, mint amennyi emberi sejtje van. És persze a DNS az, ami számít, úgyhogy itt van az összes A, T, G és C, amiből a génkészletünk áll, és adja minden bájos vonásunkat. Van kábé 30 000 génünk. És kiderült, hogy százszor annyi baktériumgén van bennünk-rajtunk ami szerepet játszik az életünkben. Legjobb esetben is csak 10%ban vagyunk emberek, de inkább csak egy százalékban, amelyik mértékegység szerint épp jobban tetszik. Tudom, te emberi lényként gondolsz magadra, de én 90 vagy 99 %-ban bakteriálisnak látlak.
(Laughter)
(nevetés)
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.
Ezek a baktériumok nem potyautasok, hanem hihetetlen fontosak - ők tartanak életben minket. Láthatatlan páncéllal fedik testünket, ami kirekeszti a környezeti ártalmakat, hogy egészségesek maradhassunk. Megemésztik az ételeinket, vitaminokat készítenek, sőt, megtanítják az immunrendszerünket, hogy kívül tartsa a rossz mikrobákat. Tehát mindezt a sok csodás dolgot művelik, ami segít rajtunk és életben tart minket, ám ezért nemigen kapnak nagy sajtó visszahangot. Azért viszont sokat sajtózzák őket, hogy mennyi szörnyűséget okoznak. Van ugye mindenféle baktérium a Földön, aminek semmi keresnivalója bennünk vagy rajtunk, és ha mégis, hihetetlenül betegek leszünk tőlük.
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.
Ígyhát laborom számára az a kérdés, hogy mire akarunk gondolni: minden jó vagy minden rossz dologra amit a baktériumok csinálnak? A kérdésünk az volt, hogy hogyan csinálhatnak bármit is egyátalán? Úgy értem, olyan hihetetlen aprók, mikroszkópra van szükség, hogy egyáltalán lássuk őket. Élik az unalmas kis életüket, nőnek és osztódnak, és mindig aszociális, visszahúzódó élőlényként tekintettünk rájuk. Úgy tűnt, túl kicsik ahhoz, hogy hatással lehessenek a környezetre, ha csupán egyénként cselekszenek. Szóval azon akartunk gondolkodni nem lehetne-e más módja annak ahogy a baktériumok élnek.
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.
Ehhez egy másik tengeri baktérium adta az ötletet, amit Vibrio fischerinek hívnak. Amit ezen a dián láttok, az csak valaki a laborból, egy baktériummal teli lombikot tartva, az ártalmatlan, gyönyörű tengeri baktériummal, a Vibrio fischerivel. A különleges tulajdonsága, hogy fényt bocsát ki magából, azaz biolumineszcens, mint a szentjánosbogár. Itt nem csinálunk semmit a sejtekkel, csak lekapcsoltuk a lámpát a szobában, és akkor ezt látjuk.
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.
Ami leginkább megragadott minket, nem az, hogy egyáltalán fényt csináltak, hanem hogy mikor csináltak fényt. Azt vettük észre, hogy amikor a baktériumok egyedül voltak, azaz alacsony sűrűségű oldatban, olyankor nem világítottak. De amint egy bizonyos sejtszámot elértek, minden baktérium egyszerre kapcsolta fel a fényt. A kérdésünk az volt, hogyan tudják a baktériumok, ezek a primitív organizmusok, megkülönböztetni, mikor vannak egyedül, illetve mikor vannak közösségben, és akkor hogyan csinálhatnak valamit együtt? Arra jöttünk rá, hogy tulajdonképpen beszélgetnek egymással, mégpedig vegyi nyelven beszélgetnek. Ez lenne az én bakteriális sejtem.
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.
Ha egyedül van, nem csinál fényt. Viszont apró molekulákat készít és választ ki magából, amikre gondolhatunk hormonként. Ezek azok a piros háromszögek, és amikor a baktérium egyedül van, ezek a molekulák egyszerűen elsordódnak, így nincs fény. De ahogy a baktériumok nőnek és kettőződnek, mind részt vesznek a molekulák készítésében, a molekula pedig, annak a sejtenkívüli tömege megnő a sejtszámhoz képest. És amikor a molekula elér bizonyos tömeget, ez elárulja a baktériumoknak, mennyien vannak szomszédok, felismerik a molekulát, és mindannyian egyszerre bekapcsolják a fényt. Így működik a biolumineszcencia -- vegyi szavakkal kommunikálnak.
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.
Az ok, amiért a Vibrio fischeri ezt csinálja, biológiai. Megint, újabb pont az óceán faunájának, a Vibrio fischeri ebben a tintahalban él. Itt a hawaii rövidfarkú tintahalat láthatjátok. amit a hátára fordítottak, és amit remélem jól látni, ez a két fénylő lebeny amiben a Vibrio fischeri sejtek helyezkednek el ott élnek nagy sejtszámban, ott a molekula, és fényt csinálnak. A tintahal azért hajlandő megtűrni ezeket a gyanús alakokat, mert kell neki az a fény.
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.
A szimbiózisuk úgy működik, hogy a kis tintahal a hawaii partok mentén él, ilyen sekély, térdig érő vízben. A tintahal éjszakai állat, így napközben a homokba ássa magát és alszik, de éjjel elő kell bújnia, hogy vadásszon. Világos éjszakákon, amikor sok csillag- vagy holdfény van, a fény áthatol a sekély vízen, amiben a tintahal él, hiszen csak pár lábnyi mélységről beszélünk. Amit a tintahal kifejlesztett, az egy redőny, amit tetszése szerint nyit vagy zár a baktériumot tartalmazó fényszerv felett. Aztán vannak érzékelők a hátán, amivel tudja mennyi csillagfény, vagy holdvilág éri a hátát. És úgy nyitja-zárja a redőnyt, hogy az alulról kivilágító fény -- amit a baktérium termel -- pont annyi, amennyi fény a tintahal hátát éri, így a tintahal nem vet árnyékot. A baktérium fényét valójában arra használja, hogy ellenvilágítsa magát egy készülékkel, hogy a ragadozók ne láthassák az árnyékát, ne számolhassák ki a helyzetét és ne ehessék meg. Olyan, mint az óceán lopakodó bombázója.
(Laughter)
(nevetés)
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.
De ha belegondolunk, a tintahalnak van egy borzalmas problémája, mert van ez a haldokló, sűrű baktériumkultúrája, amit nem tud fenntartani. Ezért minden reggel, amikor a Nap felkel, a tintahal visszamegy aludni, beássa magát a homokba, és van egy pumpája, ami a napi ritmusához igazodik, és napfelkeltekor a baktériumok uszkve 95%-át kipumpálja. Most a baktériumok sötétek, a kis hormonmolekula eltűnt, úgyhogy nem csinálnak fényt -- a tintahalat ez persze nem érdekli. Alszik a homokban. És ahogy múlik a nap, a baktériumok megkettőződnek, kiválasztják a molekulát, és éjjel a fény felkapcsolódik pont akkor, amikor a tintahal akarja.
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.
Először rájöttünk, hogyan csinálja ezt a baktérium, aztán ráküldtük a molekuláris biológia eszközeit, hogy rájöhessünk, mi is a mechanizmusa. Azt találtuk -- ez ugye megint a baktériumsejtem akar lenni -- hogy a Vibrio fischerinek van egy fehérjéje -- ez a piros doboz -- ami egy enzim, ami a kis hormonmolekulát csinálja -- a piros hármoszöget. Ahogy a sejtek nőnek, és egyre csak árasztják ezt a molekulát a környezetükbe, hogy sok legyen ott a molekula. A baktériumoknak pedig van egy receptoruk is a sejtfelületen, ami mint egy zár a kulcshoz, úgy illik a molekulához. Ugyanilyen receptoraink vannak a sejtjeinken nekünk is. Amikor a molekula elér egy bizonyos tömeget -- ami ugyanakkor a sejtek számáról árulkodik -- rácsatlakozik a receptorra, és információ jut a sejtekbe arról, hogy be kell kapcsolniuk a kollektív viselkedést, ami maga a világítás.
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.
Amiért ez érdekes, hogy az elmúlt évtizedben, azt találtuk, hogy ez nem csupán anomália, ami csak erre a nevetséges, sötétbenvilágítós tengeri bacira jellemző, hanem minden baktériumnak vannak ilyen rendszerei. Tudjuk immár, hogy a baktériumok beszélgetnek egymással. Vegyi szavakat állítanak elő, felismerik azokat, amik aztán csoportviselkedést idéznek elő, ami csak akkor sikeres, ha minden sejt egyszerre vesz benne részt. Hangzatos nevet találtunk erre: határozatképesség-érzékelés. Ezekkel a vegyi szavazatokkal szavaznak, a szavazatokat összeszámolják, és közös választ adnak a szavazatra.
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.
Ami fontos a mai beszédem szempontjából, hogy tudjuk, hogy százával találunk olyan viselkedéseket, amiket a baktériumok kollektíve visznek véghez. De ami nekünk talán a legfontosabb, az a fertőzőképesség. Nem úgy van, hogy néhány baktérium beléd jut, és elkezdenek mérget kiválasztani -- akkorák vagyunk, hogy ennek semmi hatása nem lenne. Hatalmasak. Hanem az van, és erre jöttünk rá, hogy bejutnak, várnak, elkezdenek növekedni, számolgatják magukat ezekkel a kis molekulákkal, és felismerik, mikor vannak elegen ahhoz, hogy ha közösen egyszerre fertőző támadást indítanak, sikerrrel legyőzhetnek egy óriási gazdatestet. A fertőzéseket mindig határozatképesség-érzékeléssel irányítják. Így működik a dolog.
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.
Azt is megnéztük, hogy mik ezek a molekulák -- azaz a diákon lévő piros háromszögek. Ez itt a Vibrio fischeri molekula, ez pedig a szó, amit használ. Aztán elkezdtünk más baktériumokat vizsgálni, és itt van a felfedezett molekulákból egy kisebb csokorra való. Amit remélhetőleg láttok, hogy a molekulák nagyon hasonlóak. A baloldali részük megegyezik minden egyes baktériumfajban. De a jobboldali rész kicsit eltérő minden egyes fajnál. Ez ruházza fel az egyes egyedi faji jellegzetességekkel a nyelveket. Minden molekula kizárólag a saját receptorába illik. Tehát ezek személyes, titkos beszélgetések. Beszélgetések, amik a fajon belüli kommunikációra szolgálnak. Minden baktérium egy bizonyos molekulát használ saját nyelveként, amivel meg tudja számolni saját testvéreit.
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.
Mire idáig jutottunk, úgy gondoltuk, hogy elkezdtük megérteni a baktériumok szociális viselkedését. De ami sokkal inkább foglalkoztatott minket, hogy általában a baktériumok nem egymagukban, hanem hihetetlen keverékben élnek más baktériumfajok százaival, ezreivel együtt. Ezt látni ezen a dián. Ez a bőrünk. Ez csak egy kép, egy mikrorajz a bőrünkről. Bárhol a testünkön többé-kevésbé így néz ki, és láthatjuk, hogy mindenféle baktérium van itt. És azon kezdtünk agyalni, hogyha tényleg a baktériumok kommunikációjáról van szó, ami a szomszédaid számolásáról szól, akkor nem elég a fajodon belül beszélgetni. Kell valami mód arra, hogy népszámlálást tartsanak a populációban lévő többi baktériumról is. Így visszanyúltunk a molekuláris biológiához
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.
és elkezdtünk különböző baktériumokat vizsgálni, és amit most találtuk az az, hogy igaziból a baktériumok többnyelvűek. Van egy fajtaspecifikus rendszerük -- egy molekula, ami azt mondja: "én". Viszont ezzel párhuzamosan van egy másik rendszerük is, amit felfedeztünk, és ami generikus. Tehát van egy másik enzimjük, ami egy másik jelet készít, és aminek saját receptora van, és ez a baktériumok kereskedelmi nyelve. Mindenféle baktérium használja és ez az fajok közötti kommunikáció nyelve. Így a baktériumok meg tudják számolni, hogy mennyi van belőlem, és mennyi belőled. Ezt az információt begyűjtik, és eldöntik, hogy milyen feladatot végezzenek attól függően, hogy ki van kisebbségben, és ki többségben az adott populációban.
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.
Így újra a kémiához fordultunk, és rájöttünk, mi ez a generikus molekula -- a dián a rózsaszín oválisok voltak, itt is van. Ez egy nagyon apró, öt szénből álló molekula. Ami a lényeg, hogy rájöttünk, hogy minden baktérium pontosan ugyanazzal az enzimmel pontosan ugyanazt a molekulát termeli. Azaz mindannyian ezt használják fajközi kommunikációra. Ez a baktériális eszperantó.
(Laughter)
(nevetés)
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?
Mire odáig jutottunk, kezdtük megérteni, hogy a baktériumok egy kémiai nyelven beszélgetnek egymással. De aztán elkezdtünk gondolkodni, hogy talán van valami praktikus, amit csinálhatunk még itt. Elmondtam, hogy a baktériumok szociális viselkedést tanúsítanak, hogy a molekulák segítségével kommunikálnak. És persze azt is elmondtam, hogy az egyik fontos dolog, amit tesznek, hogy határozatképességi érzékeléssel betegséget okoznak. Gondoltuk, miért ne alakíthatnánk a baktériumokat úgy, hogy némák, vagy süketek legyenek? Nem lehetnének ezek új típusú antibiotikumok?
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?
Persze, épp most hallottátok, és tudjátok jól, hogy kifogyóban vannak az antibiotikumok. Jelenleg a baktériumok hihetetlenül gyógyszer-rezisztensek ami a sok antibiotikum miatt van, amikkel megöljük őket. Ezek vagy szétpukkasztják a bakteriális membránt, vagy úgy tesznek vele, hogy az ne tudja megkettőzni a DNS-ét. Hagyományos antibiotikummal irtjuk őket ami az ellenálló mutánsok kiválasztódásának kedvez. Így persze globális problémánkká váltak a fertőző betegségek. Azt gondoltuk, mi lenne, ha a viselkedésüket tudnánk megváltoztatni, úgy alakítani őket, hogy némák és süketek legyenek, és ne tudják, mikor indítsanak fertőzést.
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.
És pontosan ezt tettük, és két különböző stratégiát választottunk. Először is megcéloztuk a fajon belüli kommunikációs rendszert. Olyan molekulákat csináltunk, amik hasonlítanak az igaziakra -- amiket mutattam -- de egy kicsit mégis mások. És így, rácsatlakoznak a receptorokra, az igazi cucc felismerését megakadályozva A piros rendszer megcélzásával fajspecifikus, vagy kórspecifikus anti-határozatképesség-érzékelő molekulákat csináltunk. Ugyanezt csináltuk a rózsaszín rendszerrel is. Fogtuk az általános molekulát, és megcsavartuk picit és így ellenanyagot csináltunk a fajközi kommunikációs rendszernek. Reményeink szerint ezt szélesspektrumú antibiotikumként használhatjuk ami minden baktérium ellen működik.
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.
Zárásképpen megmutatnám a stratégiát. Itt csak a fajok közötti molekulát használom, de a logika tökéletesen megegyezik. Amit tudunk, hogy ha ez a baktérium bekerül az állatba, ez esetben egy egérbe, nem kezd azonnal fertőzni. Bejut, elkezd nőni, és elkezdi kiválasztani a a határozatképesség-érzékelő molekulákat. Felismeri mikor van elég baktérium ahhoz, hogy elindíthassák a támadást, és az állat elpusztul. Ami sikerült, hogy beadtuk ezt a virulens fertőzést, de a határozatképesség-érzékelés elleni molekulákkal együtt -- ezek azok a molekulák, amik olyanok, mint az igazi, csak kicsit mások, ahogyan ezen a dián ábrázoltam. Már tudjuk, hogy ha az állatot patogén baktériummal -- multidrogrezisztens petogén baktériummal -- kezeljük és egyben a határozatképesség-érzékelés elleni molekulával is, akkor az állat túléli.
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.
Azt gondoljuk, hogy ez az antibiotikumok következő generációja, és, legalábbis kezdetben, megoldja a rezisztencia hatalmas problémáját. Szeretném, ha azt gondolnátok, hogy a baktériumok képesek beszélgetni, vegyi anyagokat használnak szavakként, hihetetlenül bonyolult kémiai szótárral rendelkeznek, amit csak most kezdünk megismerni. Ez persze lehetővé teszi a baktériumok számára, hogy többsejtűek legyenek. Tehát a TED szellemében együttműködnek, mert ez az, ami számít. Az van, hogy a baktréiumok kollektíven viselkednek, és olyan dolgokra visznek véghez, amiket soha nem tudnának elvégezni ha csupán egyedként cselekednének.
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.
Remélem arról is meggyőzhetlek titeket, hogy ez a többsejtűség találmánya. A baktériumok évmilliók óta itt vannak a Földön. Az emberek -- pár százezer éve. Azt gondoljuk, hogy a baktériumok hozták a többsejtű szervezetek működésének szabályait. A baktériumok tanulmányozásával többet tudhatunk meg az emberi test többsejtűségéről. Ha rájövünk az alapelvekre és a szabályokra, ha ezekben a primitív organizmusokban megismerjük őket, ezek remélhetőleg alkalmazhatóak lesznek más emberi betegségek és viselkedésformák esetén is. Remélem megtudtátok, hogy a baktériumok meg tudják egymást különböztetni. A két molekulával mondhatják, hogy "én" és hogy "te". Persze ez megint az, amit mi is teszünk, mind molekulárisan, mind láthatóan, de én a molekuláris részére gondolok.
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.
Pontosan ez történik a testünkben. Nem úgy van, hogy a szív- és a vesesejtjeink nap mint nap összekeverednek, ami azért van, mert folyamatosan működik a kémia, a molekulák, amik megmondják, melyik sejtcsoport micsoda, és mi volna a feladata. Ismétlem, úgy gondoljuk, hogy ezt a baktériumok találták ki, és mi csak egy picivel több csengőt és sípot fejlesztettünk ki, de minden ötlet tanulmányozható ezekben az egyszerű rendszerekben.
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.
Végső soron, hogy újra nyomatékosítsam, van praktikus része, hogy csináltunk határozatképesség-érzékelés elleni molekulákat, amik újfajta gyógymódként kerülnek kifejlesztésre. Ugyanakkor, hogy a jó és csodás baktériumokkal fejezzük be, amik a Földön élnek, csináltunk határozatképesség-érzékelést erősítő molekulákat is. Megcéloztuk a rendszereket úgy, hogy a molekulák jobban működnak. Emlékezzünk arra, hogy 10szer annyi bakteriális sejtünk van amik egészségünket őrzik. Azzal is próbálkozunk, hogy felerősítjük azt a beszélgetést, amit a velün kegyüttműködő baktériumok között folyik, abban a reményben, hogy így egészségesebbek leszünk. javítjuk ezeket a beszélgetéseket, így a baktériumok megtehetik mindazt, amit szeretnénk csak épp jobban, mint maguktól tennék.
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.
Végül pedig meg akartam mutatni a csapatomat a Princetonon, New Jersey-ben. Mindent, amit itt elmondtam, valaki ezen a képen fedezett fel. Ha tanultok valamit, mondjuk a természet működéséről -- Csak annyit akarok mondani, hogy akármikor olvastok valamit az újságban vagy hallotok valakit valami nevetségeset mondani a természetről azt egy gyerek csinálta. A tudományt ez a korcsoport műveli. Mindannyian 20 és 30 év között vannak, és ők a motor az országunk tudományos felfedezései mögött. Igazán szerencsés korcsoport ez a közös munkára.
(Applause)
Én egyre öregebb leszek, ők meg mindig ugyanolyan fiatalok,
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.
és ez egy igazán pompás munka. Köszönöm, hogy meghívást kaptam ide. Nagy gyönyörűséget okoz, hogy itt lehetek ezen a konferencián. (taps)
(Applause)
Thanks.
Köszönöm.
(Applause)
(taps)