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.
Bakteri adalah organisme hidup tertua di Bumi. Mereka sudah ada selama milyaran tahun, dan mereka merupakan organisme mikroskopis bersel tunggal. Jadi mereka adalah satu sel dan mereka memiliki sifat spesial hanya memiliki satu potong DNA. Mereka memiliki sangat sedikit gen, dan informasi genetik untuk menyandikan semua sifat-sifat yang mereka miliki. Dan cara bakteri hidup adalah dengan mengkonsumsi nutrien dari lingkungannya, mereka tumbuh hingga dua kali ukurannya, mereka membagi dirinya di tengah-tengah dan satu sel menjadi dua, dan seterusnya, dan seterusnya. Mereka hanya tumbuh dan membelah, dan tumbuh dan membelah -- jadi hidupnya cukup membosankan, kecuali saya ingin berargumen bahwa Anda memiliki interaksi yang mengagumkan dengan makhluk-makhluk ini.
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.
Saya tahu Anda semua berpikir tentang diri Anda sendiri sebagai manusia, dan ini adalah bagaimana saya berpikir tentang Anda. Orang ini seharusnya dapat mewakili seorang manusia normal biasa, dan semua lingkaran di dalam orang itu adalah sel-sel penyusun tubuh Anda. Ada sekitar satu bilyun sel manusia yang menyusun tubuh kita siapa diri kita dan mampu melakukan semua hal yang kita lakukan, tapi Anda memiliki 10 bilyun sel bakteri di dalam atau pada tubuh Anda kapanpun dalam hidup Anda. Jadi, 10 kali lebih banyak sel bakteri daripada sel manusia di tubuh manusia. Dan tentunya DNA-lah yang diperhitungkan, jadi inilah semua A, T, G, dan C yang menyusun kode genetik Anda, dan memberi Anda semua sifat yang menarik. Anda memiliki sekitar 30,000 gen. Ternyata Anda memiliki 100 kali lebih banyak gen bakteri yang berperan di dalam atau di permukaan tubuh Anda selama hidup Anda. Paling tinggi, Anda adalah 10 persen manusia, tapi lebih mungkin hanya sekitar satu persen manusia, tergantung mana dari pengukuran ini yang Anda suka. Saya tahu Anda semua menganggap diri sendiri sebagai manusia, tapi saya menganggap Anda adalah 90 atau 99 persen bakteri.
(Laughter)
(Tawa)
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.
Bakteri-bakteri ini bukan penumpang yang pasif, mereka sangat penting, mereka menjaga kita tetap hidup. Mereka menyelimuti kita dengan pelindung yang tidak terlihat yang menjaga kita dari gangguan lingkungan sehingga kita tetap sehat. Mereka mencerna makanan kita, mereka membuat vitamin kita, mereka juga melatih sistem kekebalan tubuh Anda untuk menjaga mikroba jahat tetap di luar. Jadi mereka melakukan semua hal menakjubkan ini yang menjaga kita dan penting untuk menjaga kita tetap hidup, dan mereka tidak pernah mendapatkan publikasi untuk itu. Tapi mereka mendapat banyak publikasi karena mereka banyak melakukan hal yang mengerikan juga. Jadi, ada berbagai macam bakteri di Bumi yang tidak punya kepentingan untuk berada di dalam atau pada tubuh Anda kapanpun, dan kalau mereka ada, mereka akan membuat Anda sangat sakit.
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.
Jadi, pertanyaan untuk lab saya adalah apakah Anda mau memikirkan semua tentang hal baik yang bakteri lakukan, atau semua hal buruk yang bakteri lakukan. Pertanyaan yang kita punya adalah bagaimana pula mereka dapat melakukan sesuatu? Maksud saya, mereka sangatlah kecil, Anda harus menggunakan mikroskop untuk melihatnya. Mereka hidupnya cukup membosankan, di mana mereka hanya tumbuh dan membelah, dan mereka selalu dianggap sebagai organisme asosial penyendiri Jadi sepertinya bagi kita mereka terlalu kecil untuk mempunyai dampak ke lingkungan kalau mereka hanya bertindak sendiri-sendiri. Jadi kami mau berpikir apakah tidak ada cara lain bakteri hidup.
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.
Petunjuk soal ini datang dari bakteri laut lain, dan dia adalah bakteri yang disebut Vibrio fischeri. Yang Anda lihat di slide ini hanya seseorang dari lab saya yang memegang labu berisi biakan cair bakteri, sebuah bakteri tidak berbahaya yang indah yang datang dari lautan, bernama Vibrio fischeri. Bakteri ini memiliki sifat khusus yaitu dia dapat membuat cahaya, jadi dia membuat bioluminesens, seperti kunang-kunang membuat cahaya. Kami tidak melakukan apa-apa terhadap selnya di sini. Kami hanya mengambil gambarnya setelah mematikan lampu di ruangan tersebut, dan inilah yang kami lihat.
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.
Yang sebenarnya menarik bagi kami bukan kenyataan bahwa bakterinya membuat cahaya, tapi kapan bakterinya membuat cahaya. Yang kami perhatikan adalah ketika bakterinya sendiri, jadi ketika mereka berada dalam jumlah kecil di suspensinya, mereka tidak membuat cahaya. Tetapi ketika mereka tumbuh hingga mencapai jumlah tertentu semua bakterinya memancarkan cahaya secara bersamaan. Pertanyaan yang kami miliki adalah bagaimana caranya bakteri, organisme yang primitif, bisa tahu perbedaan ketika mereka sendiri, dan ketika mereka ada di sebuah komunitas, dan kemudian melakukan sesuatu bersama-sama. Yang telah kami ketahui adalah cara mereka melakukannya adalah dengan saling berbicara, dan mereka berbicara dengan sebuah bahasa kimia. Ini sekarang adalah sel bakteri saya.
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.
Ketika dia sendirian, dia tidak membuat cahaya. Tetapi, yang dia lakukan adalah membuat dan mensekresikan molekul kecil yang bisa Anda anggap seperti hormon, dan ini adalah segitiga merahnya, dan ketika bakterinya sendiri molekulnya hanya melayang-layang dalam air sehingga tidak ada cahaya. Tetapi ketika bakterinya tumbuh dan berlipat ganda dan mereka semua berpartisipasi dalam pembuatan molekul ini, molekulnya -- jumlah ekstraseluler molekulnya naik proporsinya dibandingkan jumlah selnya. Dan ketika molekulnya mencapai jumlah tertentu itu akan memberi tahu bakteri berapa banyak tetangga yang ada, mereka mengenali molekul tersebut dan semua bakteri membuat cahaya secara bersamaan. Itulah caranya bioluminesens bekerja -- mereka berbicara dengan kata-kata kimia ini.
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.
Alasan Vibrio fischeri melakukan itu datang dari biologinya. Lagi, sebuah promosi lain untuk hewan-hewan di lautan, Vibrio fischeri tinggal di dalam cumi-cumi ini. Yang anda lihat adalah cumi-cumi Hawaiian Bobtail, dan dia sudah ditengkurapkan, dan yang saya harap Anda lihat adalah dua bulatan bercahaya ini dan inilah yang mengandung sel Vibrio fischeri, mereka tinggal di dalamnya, dalam jumlah banyak molekulnya ada di sana, dan mereka membuat cahaya. Alasan si cumi-cumi mau terlibat dengan kerepotan ini adalah karena dia menginginkan cahayanya.
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.
Cara simbiosis ini bekerja adalah karena si cumi-cumi ini hidup di daerah lepas pantai Hawaii, di sekitar perairan yang dalamnya selutut. Cumi-cumi tersebut nokturnal, jadi ketika siang hari dia mengubur dirinya di dalam pasir dan tidur, tapi kemudian ketika malam dia harus keluar untuk berburu. Di malam yang terang ketika banyak cahaya bintang dan bulan cahaya tersebut bisa menembus kedalaman air tempat cumi-cuminya hidup, karena dia hidup memang di kedalaman beberapa kaki tersebut. Yang cumi-cumi itu miliki adalah semacam pengepas kamera yang bisa membuka dan menutupi organ cahaya khusus yang menampung bakteri ini. Lalu dia juga memiliki pemindai di punggungnya sehingga dia bisa mengetahui berapa banyak cahaya bintang atau bulan yang mengenai punggungnya. Dan dia membuka dan menutup pengepas tersebut sehingga jumlah cahaya yang keluar di bawahnya -- yang dibuat oleh bakteri -- sama persis dengan cahaya yang mengenai punggung cumi-cuminya, jadi cumi-cuminya tidak memiliki bayangan. Dia benar-benar menggunakan cahaya dari bakterinya untuk mencahayakan balik dirinya melalui semacam alat anti predasi sehingga pemangsa-pemangsa tidak bisa melihat bayangannya, memperhitungkan alur geraknya, dan memakannya. Ini seperti pengebom siluman dari lautan.
(Laughter)
(Tawa)
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.
Tapi lalu kalau Anda pikirkan, cumi-cuminya punya masalah yang parah karena dia memiliki biakan bakteri yang banyak dan akan mati ini dan dia tidak bisa mempertahankan kondisi itu. Maka yang terjadi setiap pagi ketika matahari terbit cumi-cuminya kembali tidur, dia mengubur dirinya di pasir, dan dia memiliki pompa yang berhubungan dengan irama circadia-nya, dan ketika matahari terbit pompanya mengeluarkan sekitar 95 persen bakteri. Sekarang bakterinya kembali jarang, molekul hormon kecil tadi hilang, jadi mereka tidak membuat cahaya -- tapi tentu cumi-cuminya tidak peduli. Dia sedang tidur di dalam pasir. Dan seiring berjalannya hari bakterinya berlipat ganda, mereka melepaskan molekulnya, dan cahaya terpancar pada malam hari, persis saat cumi-cuminya menginginkannya.
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.
Pertama kami mencari tahu bagaimana bakteri ini melakukan hal tersebut, tapi lalu kami menggunakan perangkat-perangkat biologi molekuler pada hal ini untuk mencari tahu bagaimana mekanismenya. Dan yang kami temukan -- jadi ini adalah, lagi, sel bakteri saya -- adalah Vibrio fischeri memiliki sebuah protein -- itulah kotak merahnya -- itu adalah sebuah enzim yang membuat molekul hormon kecil itu -- segitiga merah. Dan seiring dengan pertumbuhan sel-selnya, mereka semua melepaskan molekul tersebut ke lingkungan, jadi ada banyak molekul di situ. Dan bakterinya juga memiliki reseptor di permukaan selnya yang pas seperti gembok dan kunci dengan molekul tersebut. Ini sama dengan reseptor yang ada di permukaan sel Anda. Ketika molekulnya meningkat hingga jumlah tertentu -- yang memberi tahu sesuatu tentang jumlah selnya -- dia akan berikatan dengan reseptor itu dan informasinya akan diterima sel yang memberi tahu sel tersebut untuk memulai perilaku bersama mereka yaitu pembuatan cahaya.
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.
Kenapa ini menarik adalah karena dalam dekade terakhir kami telah menemukan bahwa ini bukanlah sekedar anomali seputar bakteri menyala-dalam-gelap yang konyol dan hidup di lautan -- semua bakteri memiliki sistem seperti ini. Jadi sekarang kami mengerti bahwa semua bakteri dapat berbicara satu sama lain. Mereka membuat kata-kata kimia, mereka mengenali kata-kata tersebut, dan mereka mengaktifkan sifat-sifat kelompok yang hanya akan berhasil ketika semua selnya berpartisipasi bersamaan. Kami memiliki nama yang nyentrik untuk ini, kami menyebutnya quorum sensing. Mereka mengadakan voting dengan suara kimia ini, suaranya dihitung, lalu semuanya menanggapi hasilnya.
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.
Yang penting untuk pembicaraan hari ini adalah bahwa kami tahu bahwa ada ratusan perilaku yang dilakukan bakteri secara berkelompok seperti ini. Tetapi satu yang mungkin paling penting bagi Anda adalah virulensi. Yang terjadi sebenarnya bukan beberapa bakteri yang memasuki anda lalu mereka langsung mulai mensekresikan beberapa toksin -- Anda sangat besar, itu tidak akan memberikan efek apapun kepada anda. Anda besar sekali. Yang mereka lakukan, kami mengerti sekarang, mereka masuk ke dalam anda, mereka menunggu, mereka mulai tumbuh, mereka menghitung jumlah mereka sendiri dengan molekul-molekul kecil ini, dan mereka akan tahu ketika mereka memiliki jumlah sel yang tepat bahwa kalau semua bakteri meluncurkan serangan virulensinya bersamaan, mereka akan berhasil mengatasi inang yang besar ini. Bakteri selalu mengendalikan patogenitas dengan quorum sensing. Itulah cara kerjanya.
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.
Kami juga kemudian melihat apa sebenarnya molekul-molekul ini -- ini adalah segitiga-segitiga merah pada slide saya sebelumnya. Ini adalah molekul Vibrio ficheri. Ini adalah kata yang digunakannya untuk berbicara. Jadi, kami kemudian mulai melihat bakteri lain, dan ini hanya sebagian dari molekul yang kami temukan. Yang saya harapkan Anda dapat lihat adalah bahwa molekul-molekulnya saling berhubungan. Bagian kiri molekulnya identik di semua spesies bakteri. Tapi bagian kanan molekulnya sedikit berbeda di setiap spesies. Yang dilakukan bagian itu adalah memberikan spesifikasi bahasa untuk spesies tertentu. Setiap molekul cocok dengan pasangan reseptornya dan tidak ada lainnya. Jadi ini adalah percakapan yang pribadi dan rahasia. Percakapan ini adalah untuk komunikasi dalam satu spesies. Setiap bakteri menggunakan satu molekul tertentu yang merupakan bahasanya, yang membuatnya dapat menghitung kerabatnya.
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.
Setelah kami mendapatkan informasi sebanyak itu, kami pikir kami mulai mengerti bahwa bakteri memiliki perilaku sosial seperti ini. Tapi yang sebenarnya kami pikirkan adalah untuk kebanyakan waktu bakteri tidak hidup sendirian, mereka hidup di campuran yang luar biasa, dengan ratusan atau ribuan spesies bakteri lain. Dan itu digambarkan di slide ini. Ini adalah kulit anda. Jadi ini hanyalah sebuah gambar -- mikrograf kulit anda. Di bagian manapun tubuh anda, kelihatannya kurang lebih seperti ini, dan yang saya harapkan Anda dapat lihat adalah terdapat segala jenis bakteri di sini. Jadi kemudian kami berpikir kalau ini benar-benar mengenai komunikasi di bakteri, dan tentang menghitung tetangga anda, tidak cukup kalau hanya bisa berbicara dengan spesies Anda saja. Seharusnya ada cara untuk melakukan sensus terhadap bakteri lainnya di dalam populasi tersebut. Jadi kami kembali ke biologi molekuler
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.
dan mulai mempelajari bakteri yang bebeda, dan yang sudah kami temukan sekarang adalah sebenarnya, bakteri itu multilingual. Mereka semua memiliki sistem yang spesifik untuk spesiesnya -- mereka memiliki molekul yang mengatakan "saya." Tapi kemudian, berjalan bersamaan dengan itu adalah sebuah sistem kedua yang telah kami temukan, yang umum. Jadi mereka memiliki enzim kedua yang membuat sinyal kedua dan itu memiliki reseptornya sendiri, dan molekul ini adalah bahasa umum bakteri. Ini digunakan oleh semua bakteri yang berbeda dan ini merupakan bahasa komunikasi antarspesies. Yang terjadi adalah bakteri mampu menghitung berapa banyak saya dan berapa banyak Anda. Mereka mengambil informasi itu, dan mereka menentukan tugas-tugas apa yang akan dijalankan tergantung pada siapa yang menjadi minoritas dan siapa yang menjadi mayoritas di populasi manapun.
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.
Lalu, kembali kami berpaling ke ilmu kimia, dan kami menemukan bahwa molekul yang umum ini adalah -- itu adalah oval merah muda di slide terakhir saya, ini dia. Dia adalah molekul berkarbon lima yang sangat kecil. Yang penting adalah kami mempelajari bahwa semua bakteri memiliki enzim yang persis sama dan membuat molekul yang persis sama. Jadi mereka semua menggunakan molekul ini untuk komunikasi antarspesies. Ini adalah Esperanto-nya bakteri.
(Laughter)
(Tawa)
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?
Setelah kami mencapai sejauh itu, kami mulai belajar bahwa bakteri dapat berbicara satu sama lain dengan bahasa kimia ini. Tapi yang kami lalu pikirkan adalah mungkin ada sesuatu yang praktis yang bisa kami lakukan di sini juga. Saya sudah memberi tahu Anda bahwa bakteri memiliki semua perilaku sosial ini, mereka berkomunikasi dengan molekul-molekul ini. Tentunya, saya juga sudah memberi tahu Anda bahwa salah satu hal penting yang mereka lakukan adalah memulai patogenitas menggunakan quorum sensing. Kami berpikir, bagaimana kalau kami mengubah bakteri ini sehingga mereka tidak dapat berbicara atau mereka tidak dapat mendengar? Bukankah ini bisa menjadi antibiotik jenis baru?
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?
Tentunya, Anda baru mendengar dan Anda sudah tahu bahwa kita sekarang mulai kekurangan antibiotik. Bakteri sangat resisten terhadap berbagai macam obat sekarang, dan itu karena semua antibiotik yang biasa kita gunakan membunuh bakteri. Mereka entah menghancurkan membran bakteri, mereka membuat bakterinya tidak dapat menggandakan DNA-nya. Kita membunuh bakteri dengan antibiotik tradisional dan itu menyeleksi mutan-mutan yang resisten. Dan sekarang tentunya kita memiliki masalah global ini seputar penyakit menular. Kami berpikir, bagaimana kalau kami dapat melakukan semacam perubahan perilaku, dengan membuat bakteri ini tidak dapat berbicara, tidak dapat berhitung, dan mereka tidak tahu bagaimana meluncurkan virulensi.
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.
Jadi itulah yang persisnya telah kami lakukan, dan kami semacam memiliki dua strategi. Pertama adalah kami sudah menargetkan sistem komunikasi dalam satu spesiesnya. Jadi kami membuat molekul-molekul yang tampak seperti molekul aslinya -- yang Anda lihat -- tapi mereka sedikit berbeda. Jadi, mereka mengunci ke reseptor-reseptor tersebut, dan mereka menghambat pengenalan molekul sebenarnya. Dengan menargetkan sistem merahnya, yang dapat kami lakukan adalah membuat molekul anti quorum sensing yang spesifik untuk spesies atau penyakit tertentu. Kami juga sudah melakukan hal yang sama dengan sistem merah mudanya. Kami mengambil molekul universal tersebut dan mengubahnya sedikit jadi kami telah membuat antagonis dari sistem komunikasi antarspesies. Harapannya adalah ini akan digunakan untuk antibiotik spektrum luas yang bekerja melawan semua bakteri.
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.
Akhirnya, saya akan menunjukkan pada anda strateginya. Di sini saya hanya menggunakan molekul antarspesiesnya, tapi logikanya sama persis. Yang anda tahu adalah ketika bakterinya masuk ke dalam hewannya, dalam kasus ini, seekor mencit, dia tidak serta merta memulai virulensinya. Dia masuk, mulai tumbuh, dan mulai mensekresikan molekul quorum sensing-nya. Dia menyadari ketika sudah ada cukup bakteri sehingga sekarang mereka akan meluncurkan serangannya, dan hewannya mati. Yang sudah kami bisa lakukan adalah memberikan infeksi virulen ini, tapi kami memberikan mereka bersamaan dengan molekul anti quorum sensing kami -- jadi ini adalah molekul yang kelihatannya seperti aslinya, tapi mereka sedikit berbeda seperti yang sudah saya gambarkan di slide ini. Yang kami tahu sekarang adalah kalau kami memberi hewannya sebuah bakteri patogen -- sebuah bakteri patogen yang resisten berbagai macam obat -- dalam waktu yang sama saat kami memberikan molekul anti quorum sensing kami, hewannya hidup.
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.
Kami pikir ini adalah generasi antibiotik berikutnya dan ini akan membantu kita mengatasi, paling tidak awalnya, masalah resistensi yang besar ini. Yang saya harap Anda pikir, adalah bakteri dapat berbicara satu sama lain, mereka menggunakan senyawa kimia sebagai kata-katanya, mereka memiliki kosa kata kimia yang rumit, yang kini baru mulai kami pelajari. Tentunya apa yang bisa dilakukan oleh bakteri dengan itu adalah menjadi multiseluler. Jadi dalam semangat TED mereka melakukan sesuatu bersama-sama karena itu akan membuat perbedaan. Yang terjadi adalah bakteri memiliki perilaku bersama ini, dan mereka bisa melakukan tugas-tugas yang tidak akan bisa mereka selesaikan kalau mereka hanya bertindak sebagai individu.
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.
Yang saya harap dapat saya yakinkan lagi kepada Anda adalah inilah penemuan multiseluleritas. Bakteri sudah ada di Bumi selama trilyunan tahun. Manusia -- beberapa ratus ribu. Kami pikir bakteri yang membuat aturannya tentang bagaimana organisasi multiseluler bekerja. Kami pikir, dengan mempelajari bakteri, kami akan bisa mendapatkan pencerahan tentang multiseluleritas di tubuh manusia. Kami tahu bahwa prinsip dan aturannya, kalau kami dapat menjelaskannya di organisme primitif seperti ini, harapannya adalah mereka bisa diaplikasikan ke penyakit manusia yang lain dan juga perilaku manusia. Saya harap bahwa apa yang sudah Anda pelajari adalah bakteri dapat membedakan dirinya sendiri dari yang lain. Dengan menggunakan dua molekul ini mereka dapat berkata "saya" dan mereka dapat berkata "anda." Tentunya itulah yang kita lakukan, baik dari segi molekuler, maupun dari segi yang tampak, tapi saya berpikir mengenai sisi molekulernya.
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.
Ini persis dengan apa yang terjadi di tubuh Anda. Tentunya, sel jantung dan sel ginjal Anda tidak bercampur aduk setiap hari, dan itu karena ada semua reaksi kimia ini yang terjadi, molekul-molekul yang dapat mengatakan siapa kelompok sel-sel ini, dan apa tugas mereka seharusnya. Lagi, kami berpikir bahwa bakteri yang menemukan itu, dan Anda hanya mengembangkan sedikit pernak-pernik, tapi semua idenya ada di sistem sederhana ini yang dapat kita pelajari.
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.
Hal yang terakhir, lagi, hanya untuk menekankan bahwa ada sisi praktisnya, kami telah membuat molekul anti quorum sensing ini yang sedang dikembangkan sebagai obat jenis baru. Tapi kemudian, untuk mengakhiri dengan promosi untuk bakteri yang baik dan menakjubkan yang hidup di Bumi, kami juga membuat molekul pro quorum sensing. Jadi, kami menargetkan sistem-sistem itu untuk membuat molekulnya bekerja lebih baik. Ingat bahwa Anda memiliki 10 kali atau bahkan lebih banyak sel bakteri di dalam Anda atau pada Anda, menjaga anda sehat. Yang juga kami coba lakukan adalah memperkuat percakapan antara bakteri yang hidup membantu Anda, dengan harapan membuat Anda lebih sehat, membuat percakapan-percakapan tersebut lebih baik, sehingga bakteri dapat melakukan hal-hal yang kita ingin mereka lakukan lebih baik dibanding kalau mereka melakukannya sendiri.
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.
Akhirnya, saya ingin menunjukkan kepada Anda ini adalah geng saya di Princeton, New Jersey. Semua yang tadi saya beri tahukan kepada Anda ditemukan oleh seseorang di gambar itu. Saya harap ketika Anda mempelajari berbagai hal, seperti tentang bagaimana alam bekerja -- Saya hanya ingin mengatakan bahwa kapanpun Anda membaca sesuatu di koran atau Anda mendengar pembicaraan tertentu tentang sesuatu yang konyol di alam itu dilakukan oleh seorang anak. Sains dilakukan oleh demografi tersebut. Semua yang berumur antara 20 dan 30 tahun, dan mereka adalah mesin pendorong penemuan ilmiah di negara ini. Itu merupakan demografi sangat menguntungkan yang dapat diajak bekerja.
(Applause)
Saya terus bertambah tua dan mereka selalu berumur sama,
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.
dan ini semua merupakan pekerjaan gila yang menyenangkan. Saya ingin berterima kasih kepada Anda karena telah mengundang saya ke sini. Merupakan sebuah kejutan besar bagi saya untuk datang ke konferensi ini. (Tepuk Tangan)
(Applause)
Thanks.
Terima kasih.
(Applause)
(Tepuk Tangan)