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.
Bakterijos yra seniausi gyvi organizmai Žemėje. Jos čia yra jau milijardus metų, ir kas jos yra - tai vienaląsčiai mikroskopiniai organizmai. Taigi, jos yra vienaląstės ir turi tokią savybę: jos turi vieną DNR darinį. Jos turi mažai genų ir genetinės informacijos, kurioje užkoduoti visi jų vykdomi procesai. Ir bakterija gyvena vartodama aplinkoje esančias maistines medžiagas, jos užauga dvigubai didesnės, persiskiria per vidurį ir viena ląstelė tampa dviem, ir taip toliau. Jos tiesiog auga ir dalijasi, auga ir dalijasi - gan nuobodus gyvenimas, tik aš teigčiau, kad mes nepaprastai sąveikaujame su šiais padarais.
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.
Aš žinau, kad jūs galvojate apie save kaip apie žmones, o štai kaip aš galvoju apie jus: šis vyras vaizduoja žmogiškąją būtybę, o visi apskritimai tame žmoguje yra ląstelės, kurios sudaro jūsų kūną. Maždaug trilijonas žmogiškų ląstelių padaro kiekvieną iš mūsų tuo, kuo esame, ir leidžia daryti dalykus, kuriuos darome, bet 10 trilijonų bakterijų ląstelių yra jumyse ar ant jūsų bet kuriuo jūsų gyvenimo momentu. Taigi, 10 kartų daugiau bakterijų ląstelių, negu žmogiškųjų ląstelių ant žmogaus organizmo. Ir, žinoma, mums svarbu DNR. Taigi štai visi A, T, G ir C, kurie sudaro jūsų genetinį kodą ir suteikia jums visas jūsų kerinčias savybes. Jūs turite maždaug 30 000 genų. Pasirodo, turite 100 kartų daugiau bakterinių genų, kurie vaidina tam tikrą vaidmenį ant jūsų ar jumyse visą jūsų gyvenimą. Geriausiu atveju esate 10 procentų žmogus, bet labiau tikėtina, kad vienu procentu žmogus, priklausomai nuo to, kurie iš šių skaičių jums patinka. Žinau, kad galvojate apie save kaip apie žmones, bet aš galvoju apie jus kaip apie 90 ar 99 procentus bakterijų.
(Laughter)
(Juokiasi)
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.
Šios bakterijos nėra pasyvūs pakeleiviai, jos neįtikėtinai svarbios, jos palaiko mus gyvus. Jos padengia mūsų kūną nematomais šarvais, kurie apsaugo nuo neigiamo aplinkos poveikio, kad būtume sveiki. Jos virškina mūsų maistą, gamina mums vitaminus, tiesą sakant, jos moko jūsų imuninę sistemą neįsileisti blogų mikrobų. Taigi jos daro visus šiuos nuostabius dalykus, kurie padeda mums ir yra gyvybiškai svarbūs, kad įšgyventume ir niekas to neskelbia apie jas. Bet apie jas daug rašo, nes jos daro daug baisių dalykų taip pat. Taigi, Žemėje yra daugybė bakterijų rūšių, kurios neturi jokio reikalo būti jumyse ar ant jūsų bet kuriuo metu, o jeigu yra, tai jus stipriai susargdina.
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.
Ir štai klausimas mano laboratorijai (ar galvojant apie visus gerus dalykus, kuriuos bakterijos daro, ar apie visus blogus dalykus), mūsų klausimas buvo: kaip jos apskritai gali ką nors padaryti? Aš noriu pasakyti, kad jos neįtikėtinai mažos, turi turėti mikroskopą, kad vieną tokią pamatytum. Jos gyvena nuobodų gyvenimą, kurio metu auga ir dalijasi ir jos visada laikytos asocialiais atsiskyrėliškais organizmais. Taigi mums pasirodė, kad jos tiesiog per mažos, kad kaip nors veiktų aplinką, jeigu jos paprasčiausiai veikia kaip individai. Taigi mes pagalvojome, kad galbūt bakterijos gyvena kitaip.
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.
Užuominą į tai mes gavome iš vienos jūrinės bakterijos, ji vadinama Vibrio fischeri. Šioje skaidrėje jūs matote žmogų iš mano laboratorijos, laikantį mėgintuvėlį skysčio su bakterijomis, nekenksmingomis gražiomis bakterijomis, gyvenančiomis vandenyne, vadinamomis Vibrio fisheri. Šios bakterijos turi ypatingą savybę: jos skleidžia šviesą, jos skleidžia bioliuminescencinę šviesą kaip ir jonvabaliai. Čia mes nieko nedarome ląstelėms. Mes tiesiog nufotografavome išjungę šviesą kambaryje, ir štai, ką mes matome.
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.
Kas mus iš tikrųjų domino, tai ne tai, kad bakterijos skleidė šviesą, bet tai, kada bakterijos skleidė šviesą. Mes pastebėjome: kai bakterijos buvo vienos, kai jos buvo atskiestoje suspensijoje, jos šviesos neskleidė. Bet kai jų padaugėjo iki konkretaus skaičiaus, visos bakterijos užsižiebė tuo pačiu metu. Mums kilo klausimas, kaip bakterijos, šie primityvūs organizmai, atskiria kartus, kai jos vienos, nuo kartų, kai jos yra bendruomenėje, ir tada visos kartu ką nors padaro. Mes išsiaiškinome, kad jos taip elgiasi, nes jos kalba viena su kita, ir jos kalba chemine kalba. Tarkime, kad tai yra mano bakterinė ląstelė.
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.
Kai ji viena, ji šviesos neskleidžia. Bet ką ji daro - ji gamina ir išskiria mažas molekules, apie kurias galite galvoti kaip apie hormonus, jos yra maži raudoni trikampiai, ir kai bakterija yra viena, molekulės tiesiog nuplaukia ir todėl šviesa neįsižiebia. Bet kai bakterijos auga ir dvigubėja, ir jos visos dalyvauja gamindamos šias molekules, ląstelių išskiriamų molekulių kiekis padidėja proporcingai ląstelių skaičiui. Ir kai molekulių padaugėja iki konkretaus kiekio, kuris nusako, kiek yra kaimynių, jos atpažįsta tą molekulę ir visos bakterijos sinchroniškai įsižiebia. Štai kaip veikia bioliuminescencija: bakterijos kalba šiais cheminiais žodžiais.
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.
Priežastis, dėl kurios Vibrio fisheri taip elgiasi, yra biologinės kilmės. Štai dar vienas pagiriamasis žodis gyvūnams vandenyne, Vibrio fisheri gyvena šiame kalmare. Jūs žiūrite į Havajietiškąjį trumpauodegį kalmarą, apverstą ant nugaros, ir aš tikiuosi, kad jūs matote šias dvi švytinčias skiltis - jose glaudžiasi Vibrio fisheri ląstelės. Ten gyvena dideli skaičiai ląstelių, ten yra tų molekulių ir ląstelės skleidžia šviesą. Kalmaras sutinka taikstytis su šiais įsibrovėliais, nes jis nori tos šviesos.
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.
Ši simbiozė veikia tokiu principu: šis mažas kalmaras gyvena Havajų pakrantėse, sekliuose vandenyse, gilumo sulig keliais. Kalmaras yra naktinis, tad dienos metu jis užsikasa smėlyje ir miega, bet naktį jis turi išlįsti medžioti. Giedromis naktimis, kai ryškiai šviečia žvaigždės ar mėnulis, ta šviesa gali prasiskverbti pro vandens sluoksnį, kuriame gyvena kalmaras, kadangi tai tik kelios pėdos vandens. Kalmaras turi išvystytą "diafragmą", kuri gali atsiverti ir užsiverti, atskleisdama ar paslėpdama šį specializuotą šviesos organą, gabenantį bakterijas. Taip pat jis turi detektorius ant nugaros, taigi gali jausti, kiek žvaigždžių ar mėnulio šviesos pasiekia jo nugarą. Jis atveria ir užveria diafragmą, todėl šviesos kiekis, sklindantis iš apačios, kurį skleidžia bakterijos, tiksliai sutampa su šviesos kiekiu, patenkančiu ant kalmaro nugaros, taigi kalmaras nemeta šešėlio. Jis naudoja bakterijų šviesą apsišviesti antigrobuonišku prietaisu, kad grobuonys nematytų jo šešėlio, nenustatytų jo judėjimo trajektorijos ir nesuėstų. Tai lyg pasislėpęs vandenyno bombonešis.
(Laughter)
(Juokiasi)
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.
Bet jei pamąstysite, kalmaras turi baisią problemą, nes jis turi mirštančią stambią bakterijų kultūrą, ir jos negali išsaugoti. Tad štai kas nutinka kiekvieną rytą, kai pakyla saulė: kalmaras grįžta miegoti, užsikasa smėlyje. Jis turi pompą, kuri veikia pagal jo paros ritmą, ir kai saulė pakyla, ši išpumpuoja apie 95 procentus bakterijų. Dabar bakterijos yra išretintos, tos mažos hormonų molekulės nebėra, tad bakterijos nešviečia, bet, žinoma, kalmarui tai nerūpi. Jis miega smėlyje. Dienai bėgant bakterijos dauginasi, jos išleidžia molekules ir šviesa įžiebiama naktį, tiksliai tada, kada kalmaras to nori.
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.
Pirmiausiai mes išsiaiškinome, kaip tai bakterijos daro, bet tada mes pasitelkėme molekulinės biologijos įrankius, kad tiksliai išsiaiškintume, koks tai mechanizmas. Ir mes sužinojome (tarkim, kad tai vėlgi mano bakterinė ląstelė), kad Vibrio fisheri turi proteiną (raudona dėžutė) - tai fermentas, kuris gamina tas mažas hormonų molekules (raudoni trikampėliai). Kai ląstelės auga, jos visos išskiria tas molekules į aplinką, tad ten yra daug molekulių. Bakterijos taip pat turi receptorius ląstelių paviršiuje, kurie sutampa kaip spyna ir raktas su tomis molekulėmis. Šie yra tokie pat kaip receptoriai ant jūsų ląstelių paviršių. Ir kai molekulė padidėja iki tam tikro kiekio, kuris kažką nusako apie ląstelių skaičių, ji įsikabina į tą receptorių ir ląstelei perduodama informacija, kuri pasako ląstelei pradėti kolektyviai veikti - skleisti šviesą.
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.
Mums tai įdomu todėl, kad per pastarąjį dešimtmetį mes išsiaiškinome, kad tai nėra kokia nors šios absurdiškos šviečiančios vandenyno bakterijos anomalija - visos bakterijos turi tokias sistemas. Taigi dabar suprantame, kad visos bakterijos gali kalbėtis tarpusavyje. Jos gamina cheminius žodžius, jos atpažįsta tuos žodžius ir tada pradeda veikti kaip grupė, kas būna sėkminga tik tada, kai jos visos dalyvauja drauge. Mes turime tam įmantrų pavadinimą, vadiname tai kvorumo jutimu. Jos balsuoja šiais cheminiais balsais, balsai suskaičiuojami ir tada visi atsako į balsavimą.
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.
Šiandienos pranešimui svarbu tai, kad mes žinome, jog yra šimtai elgsenų, kurias bakterijos vykdo šitaip visos drauge. Bet tikriausiai jums pati svarbiausia - infekcijos. Nėra taip, kad į jus patenka keletas bakterijų ir tada pradeda išskirti kokius nors toksinus - jūs esate didžiuliai, tai neturėtų jums jokio poveikio. Jūs milžiniški. Mes dabar suprantame, ką jos daro: jos patenka į jus, laukia, pradeda augti, skaičiuoja viena kitą šiomis mažomis molekulėmis ir supranta, kada yra reikalingas ląstelių skaičius, kai, visoms bakterijoms užkrečiamai atakuojant kartu, joms pasiseks nugalėti didžiulį šeimininką. Bakterijos visada kontroliuoja užkrečiamumą kvorumo jutimu. Štai kaip tai veikia.
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.
Tada mes pabandėme pažiūrėti, kas yra tos molekulės - šios buvo raudoni trikampėliai mano ankstesnėse skaidrėse. Tai yra Vibrio fisheri molekulė. Tai yra žodis, kuriuo ji kalba. Taigi mes pradėjome žiūrėti į kitas bakterijas, tai tik maža dalelė molekulių, kurias mes atradome. Tikiuosi, matote, kad molekulės yra susijusios. Kairioji molekulių dalis yra identiška visoms bakterijų rūšims. Bet dešinioji molekulės dalis šiek tiek skiriasi kiekvienai rūšiai. Tai suteikia skirtumus šių rūšių kalboms. Kiekviena molekulė atitinka receptorių - partnerį ir jokio kito. Tai yra privatūs, slapti pašnekesiai. Šie pašnekesiai skirti rūšies vidinei komunikacijai. Kiekviena bakterija naudoja konkrečią molekulę, kuri yra jos kalba, kuri suteikia galimybę suskaičiuoti giminaičius.
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.
Kai jau nusigavome taip toli, pagalvojome, kad pradedame suprasti, jog bakterijos veikia kolektyviai. Bet iš tikrųjų mes mąstėme apie tai, kad didžiąją laiko dalį bakterijos negyvena atsiskyrusios, o gyvena neįtikėtinais mišiniais su šimtais ar tūstančiais kitų bakterijų rūšių. Ir tai pavaizduota šioje skaidrėje. Tai yra jūsų oda. Tai tik nuotrauka - jūsų odos mikronuotrauka. Jūsų kūno paviršius visur atrodo panašiai, tikiuosi, matote, kad ten yra įvairių bakterijų. Tada mes pradėjome galvoti, ar tai tikrai skirta bakterijų komunikacijai ir kaimynų skaičiavimui. Negana gebėti susišnekėti su savo rūšimi. Turi būti būdas suskaičiuoti likusias bakterijas populiacijoje. Taigi grįžome prie molekulinės biologijos
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.
ir pradėjome studijuoti skirtingas bakterijas, ir tada išsiaiškinome, kad tikrai bakterijos yra daugiakalbės. Jos visos turi savo rūšies sistemą - jos gamina molekulę, kuri sako "aš". Bet taip pat yra ir antra sistema, kuri, mes sužinojome, yra bendra. Taigi jos turi antrą fermentą, kuris gamina antrą signalą, o jis atitinka receptorius, ir ši molekulė yra bakterijų visuotinė kalba. Ji naudojama visų skirtingų bakterijų ir yra skirta tarprūšinei komunikacijai. Bakterijos gali susiskaičiuoti, kiek yra "mūsų" ir kiek yra "jūsų". Jos priima šią informaciją ir nusprendžia, ką toliau daryti, priklausomai nuo to, kas yra mažuma ir kas - dauguma duotoje populiacijoje.
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.
Tada vėl gręžiamės į chemiją. Mes išsiaiškinome, kad ta bendrinė molekulė (ji buvo rožinis ovalas mano paskutinėje skaidrėje) yra štai kas: labai maža molekulė, sudaryta iš penkių anglies atomų. Svarbus dalykas, kurį sužinojome, yra tai, kad visos bakterijos turi tiksliai tokį patį fermentą ir gamina tiksliai tokias pat molekules. Taigi jos visos naudoja šią molekulę tarpkultūrinei komunikacijai. Tai bakterinė esperanto kalba.
(Laughter)
(Juokas)
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?
Pažengę taip toli, pradėjome suprasti, kad bakterijos gali susikalbėti šia chemine kalba. Bet pradėjome galvoti, kad galbūt yra kažkas praktiško, ką mes galime padaryti. Aš sakiau, kad bakterijos gali elgtis įvairiai socialiai, jos bendrauja tomis molekulėmis. Žinoma, taip pat sakiau, kad vienas iš svarbių dalykų, kuriuos jos daro, yra patogeninių ligų pradžia, naudojant kvorumo jutimą. Mes pagalvojome: kas jeigu priverstume šias bakterijas nekalbėti ar negirdėti? Ar tai negalėtų būti naujos rūšies antibiotikai?
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?
Žinoma, jūs ką tik išgirdote ir jau žinote, kad mums baigiasi antibiotikai. Bakterijos šiuo metu yra neįtikėtinai atsparios įvairiems vaistams ir tai yra todėl, kad visi antibiotikai, naudojami žudyti bakterijoms, arba suardo bakterijos membraną arba paveikia bakteriją taip, kad ji nebegali dubliuoti savo DNR. Mes žudome bakterijas tradiciniais antibiotikais, kurie atrenka atsparius mutantus. Taigi dabar, žinoma, mes susiduriame su globalia problema infekcinių ligų sferoje. Mes pagalvojome: kas būtų, jei galėtume pakeisti jų elgesį, padaryti, kad šitos bakterijos negalėtų kalbėtis, skaičiuoti, nežinotų kada pradėti kenkti.
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.
Būtent taip ir padarėme. Mes tarsi ėmėmės dviejų strategijų. Pirmąja mes nusitaikėme į rūšies vidaus komunikacinę sistemą. Mes pagaminome molekules, kurios atrodo kaip tikrosios molekulės, kurias jūs matėte, bet šiek tiek skiriasi. Taigi jos įstringa tuose receptoriuose ir "užkemša" tikrųjų molekulių atpažinimo sistemą. Veikdami raudonąją sistemą mes galime pagaminti antikvorumo jutimo molekules, pritaikytas specifinei rūšiai ar ligai. Mes taip pat pasielgėme su rožine sistema. Mes paėmėme tą universalią molekulę, ją šiek tiek pakeitėme ir pagaminome tarprūšinės komunikacijos sistemos priešininkus. Viliamasi, kad šie bus naudojami plataus spektro antibiotikams, kurie veikia prieš visas bakterijas.
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.
Baigdama, pristatysiu jums strategiją. Šioje aš tiesiog naudoju tarprūšinę molekulę, bet logika yra lygiai tokia pati. Jūs žinote, kad kai ši bakterija patenka į gyvūną, šiuo atveju - į pelę, ji nepradeda skleisti užkrato iš karto. Ji įsiskverbia, pradeda augti, išskirti kvorumo jutimo molekules. Ji atpažįsta, kai yra pakankamai bakterijų, kurios dabar pradeda atakuoti ir gyvūnas miršta. Mes sugebėjome padaryti tai: infekuojame, bet kartu leidžiame ir antikvorumines jutimo molekules - tai yra molekulės, kurios labai panašios į tikrąsias, bet šiek tiek skiriasi, jas aš ir pavaizdavau šioje skaidrėje. Mes dabar jau žinome, kad jei užkrečiame gyvūną patogenine bakterija, kuri yra atspari įvairiems vaistams, tuo pat metu duodami antikvorumines jutimo molekules, gyvūnas iš tiesų išgyvena.
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.
Mes manome, kad tai yra nauja antibiotikų karta ir ji padės apeiti, bent jau pradžioje, didžiąją atsparumo problemą. Tikiuosi, jūs suprantate tai, kad bakterijos gali susišnekėti, jos naudoja cheminius junginius vietoj žodžių, jos turi neįtikėtinai sudėtingą cheminį žodyną, kurio tik dabar pradedame mokytis. Žinoma, tai suteikia galimybę bakterijoms būti daugialąstėmis. Taigi TED'o dvasia, jos veikia kartu, ir taip jos keičia aplinką. Taigi kad bakterijos gali veikti kolektyviai ir įveikti tokias užduotis, kokių jos niekada neįvykdytų, jei elgtųsi kaip individai.
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.
Tad manau, jog galėčiau teigti, kad tai nėra daugialąsčių būtybių išradimas. Bakterijos yra žemėje milijardus metų. Žmonės - keletą šimtų tūkstančių. Mes manome, kad bakterijos sukūrė taisykles daugialąsčių organizmų veiklai. Mes manome, kad studijuodami bakterijas, mes sugebėsime perprasti žmogaus kūno daugialąstiškumą. Mes žinome, kad principai ir taisyklės, jei sugebėsime juos suprasti šiuose primityviuose organizmuose, gali būti pritaikyti kitoms žmogiškoms ligoms ir taip pat žmogaus elgsenai. Tikiuosi, kad jūs sužinojote, jog bakterijos gali skirti save nuo kitų. Naudodamos šias dvi molekules jos gali pasakyti "aš" ir "jūs". Ir vėl, žinoma, tai mes darome tiek molekuliniu, kiek ir išoriniu būdu, bet aš galvoju apie molekulinius dalykus.
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.
Tai yra būtent tai, kas vyksta mūsų kūne. Nėra taip, kad jūsų širdies ar inkstų ląstelės kasdien susimaišo ir tai yra dėl visų šių vykstančių cheminių reakcijų, šitų molekulių, kurios pasako, kas yra šios konkrečios ląstelių grupės ir kokios yra jų užduotys. Vėlgi, mes manome, kad tai išrado bakterijos, o jūs tiesiog išvystėte dar keletą papildomų įmantrybių, bet visos idėjos yra šiose paprastose sistemose, kurias mes galime tirti.
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.
Galiausiai lieka vėl pakartoti, jog yra praktinė dalis ir kad mes pagaminome šias anti-kvoruminio jutimo molekules, kurios vystomos kaip nauja terapijos rūšis. Bet pabaigai, baigiant pagyrimu visoms geroms ir įstabioms bakterijos, kurios gyvena Žemėje, mes taip pat pagaminom skatinančias kvoruminį jutimą molekules. Taigi išskyrėme šias sistemas, kad paskatintume molekules veikti geriau. Prisiminkite, kad turite 10 kartų ar dar daugiau bakterinių ląstelių jumyse ar ant jūsų, padedančių išlikti sveikiems. Mes taip pat stengiamės paskatinti pokalbį tarp tų bakterijų, kurios gyvena su jumis sąjungoje, vildamiesi padaryti jus dar sveikesnius, paversdami tuos pašnekesius efektyvesniais, kad bakterijos darytų tai, ko mes iš jų norime, geriau, nei veikdamos po vieną.
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.
Galiausiai, norėjau jums parodyti savo gaują Prinstone, Niu Džersyje. Viskas, apie ką jums pasakojau, buvo atrasta kieno nors toje nuotraukoje. Tikiuosi, kad kai sužinosite, pavyzdžiui, kaip veikia gamtos pasaulis... Tiesiog, kai tik perskaitysite ką nors laikraštyje ar išgirsite pranešmą apie kažką neįtikėtino gamtos pasaulyje, žinokit, tai atrasta vaiko. Moksliniai atradimai vykdomi šios demografijos. Visiems šiems žmonėms yra tarp 20 ir 30 metų ir jie yra šios šalies (JAV) mokslinių atradimų varomasis variklis. Man labai pasisekė dirbti su tokio amžiaus žmonėmis.
(Applause)
Aš tampu senesnė ir senesnė, o jie visada tokio paties amžiaus,
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.
ir tai yra beprotiškai malonus darbas. Noriu padėkoti, kad mane pakvietėte. Man labai malonu dalyvauti šioje konferencijoje. (Plojimai)
(Applause)
Thanks.
Ačiū.
(Applause)
(Plojimai)