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.
Bakterie są najstarszymi organizmami Ziemi. Są tu od miliardów lat i są jednokomórkowymi mikroskopijnymi organizmami. Są jednokomórkowcami ze szczególną właściwością, posiadają tylko jedną cząstkę DNA Mają niewiele genów i informacji genetycznej żeby kodować wszystkie funkcje, które wykonują. Bakterie prowadzą następujący tryb życia: konsumują wartości odżywcze ze środowiska podwajają swój rozmiar, dzielą się na dwie połówki i w ten sposób jedna bakteria staje się dwiema, i tak w kółko Po prostu rosną i dzielą się, rosną i dzielą się -- więc trochę nudny tryb życia Ale ja chciałabym zilustrować waszą niesamowitą interakcję z tymi stworzeniami.
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.
Wiem, że uważacie się za ludzi, a oto jak ja was, mniej więcej, postrzegam. Ten człowiek ma reprezentować przeciętną ludzką istotę, a wszystkie kółka w tym człowieku to wszystkie komórki, które stanowią wasze ciało. Istnieje około tryliona komórek ludzkich, które stanowią każdego z nas, to kim jesteśmy i wszystko co jesteśmy w stanie robić, ale jednocześnie macie 10 trylionów komórek bakteryjnych w sobie lub na sobie w każdej chwili waszego życia. Zatem, dziesięć razy więcej komórek bakteryjnych niż ludzkich komórek w przeciętnym człowieku. No i oczywiście liczy się DNA, więc oto wszystkie A, T, G i C stanowiące wasz kod genetyczny i nadające wszystkim urocze cechy. Posiadacie ok. 30 000 genów. No cóż, okazuje się, że wewnątrz jak i na zewnątrz macie 100 razy więcej genów bakteryjnych, które odgrywają rolę przez całe wasze życie. W najlepszym wypadku jesteście ludźmi w 10 procentach chociaż bardziej prawdopodobny jest 1 procent w zależności od tego, które z wyliczeń wolicie. Wiem, że uważacie się za istoty ludzkie, ale ja myślę o was jak o 90 lub 99 procentowych bakteriach.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Bakterie te nie są biernymi bytami są niezwykle ważne, utrzymują nas przy życiu. Okrywają nasze ciała niewidzialnym pancerzem, który powstrzymuje zagrożenia środowiskowe i sprawia, ze jesteśmy zdrowi. Trawią nasze pożywienie, wytwarzają witaminy, tak naprawdę szkolą wasz system odpornościowy żeby nie dopuszczał złych mikrobów. Zatem wykonują wszystkie te niewiarygodne rzeczy które pomagają nam i są niezbędne żeby utrzymać nas przy życiu ale o tym nikt nie mówi. Za to mówi się dużo o okropnych rzeczach, które robią. A więc, na Ziemi istnieje wiele rodzajów bakterii, które nie zabiegają o to, by zawsze być w was lub na was, ale jeśli już są, to okropnie chorujecie.
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.
A zatem, pytaniem dla mojego laboratorium jest czy wolicie myśleć o wszystkich dobrych rzeczach, które bakterie robią czy o wszystkich złych rzeczach, które bakterie robią. Naszym pytaniem było, jak one w ogóle mogą cokolwiek robić? Przecież są niewiarygodnie małe, musicie mieć mikroskop żeby je zobaczyć. Prowadzą to swoje niby nudne życie rosnąc i dzieląc się i od zawsze uważane są za organizmy asocjalne, żyjące w pojedynkę. I dlatego wydawało nam się, że są zbyt małe żeby mieć jakikolwiek wpływ na środowisko jeśli po prostu działają w pojedynkę. Dlatego chcieliśmy rozpatrzeć czy możliwy byłby inny tryb życia bakterii.
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.
Wskazówką okazała się inna morska bakteria o nazwie Vibrio fischeri. To co widzicie na tym slajdzie to tylko mój laborant trzymający kolbę z ciekłą kulturą bakterii, pięknej, niegroźnej bakterii, która pochodzi z oceanu i nazywa się Vibrio fischeri. Ma ona tą szczególną właściwość, że wytwarza światło, więc wytwarza bioluminescencję, tak jak świetliki, robaczki świętojańskie. Nie ma tu naszej ingerencji. Po prostu wyłączyliśmy światło w pomieszczeniu, zrobiliśmy zdjęcie i oto co zobaczyliśmy.
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.
Właściwie nie interesowało nas to, że bakterie wytwarzały światło, ale to, kiedy je wytwarzały. Zauważyliśmy, że kiedy bakterie były same, czyli, kiedy znajdowały się w rozcieńczonej zawiesinie, nie wytwarzały światła. Ale kiedy rozrosły się do pewnej liczby komórek wszystkie włączały światło jednocześnie. Dręczyło nas pytanie jak bakterie, te prymitywne organizmy, odróżniają sytuacje, w których są same, od tych, w których są w społeczności, a potem wszystkie robią coś razem. Doszliśmy do wniosku, że osiągają to rozmawiając między sobą za pomocą języka chemicznego. Zatem mamy tu komórkę bakteryjną.
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.
Kiedy jest sama, nie wytwarza światła. Zamiast tego wytwarza i wydziela małe molekuły, które możecie potraktować jak hormony to te czerwone trójkąty, i kiedy bakteria jest sama molekuły po prostu odpływają i nie ma światła. Ale kiedy bakteria rośnie i dzieli się i wszystkie uczestniczą w wytwarzaniu molekuł, wówczas ilość tych molekuł poza komórką wzrasta w stosunku do liczby komórek bakterii. I kiedy molekuły osiągną pewną liczbę która mówi bakterii ilu ma „sąsiadów”, bakterie rozpoznają tą molekułę i wszystkie synchronicznie emitują światło. Tak działa bioluminescencja -- bakterie rozmawiają za pomocą tych chemicznych słów.
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.
Powód, dla którego Vibrio fischeri to robi pochodzi z biologii. Kolejna reklama dla zwierząt oceanu, Vibrio Fischeri żyje w tej kałamarnicy Patrzycie na hawajską kałamarnicę Euprymna scolopes od spodu i mam nadzieję, że dostrzegacie te dwa świecące płaty które są domem dla komórek Vibrio fischeri, mieszkaja tam w dużych skupiskach komórek produkując te molekuły i wytwarzają światło. Kałamarnica toleruje tę błazenadę ponieważ potrzebuje tego światła.
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.
Oto jak funkcjonuje ta symbioza, ten mały kalmar żyje tuż u wybrzeży Hawajów, w płytkiej do kolan wodzie. Kalmar prowadzi tryb nocny więc w dzień zakopuje się w piachu i śpi, ale później, w nocy, musi wyjść żeby polować. Przy jasnych nocach duża ilość światła gwiazd i księżyca przenika do głębokości wody w której żyje kalmar, jako że jest to zaledwie parę stóp głębokości. Lecz kalmar rozwinął w sobie przesłonę, którą może otwierać i zamykać ten wyspecjalizowany organ światła z bakteriami. Poza tym, na plecach ma detektory wyczuwające ilość światła gwiazd i księżyca docierającego do jego pleców. A więc otwiera lub zamyka przesłonę tak aby ilość światła ze spodu -- wytwarzanego przez bakterie – idealnie odpowiadała ilości światła docierającego do pleców kałamarnicy tak aby nie rzucała cienia. Tak naprawdę, używając światła bakterii kalmar rozświetla się i broni przed atakami drapieżników, które przez to nie widzą jego cienia, nie mogą namierzyć jego trajektorii i zjeść go. Jest jak niewykrywalny bombowiec oceanu.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Gdyby się nad tym zastanowić, kałamarnica ma jednak okropny problem ponieważ przetrzymuje tą pokaźną, umierającą kolonię bakterii i nie może utrzymać tego stanu. Zatem, każdego ranka o wschodzie słońca kałamarnica idzie spać, zakopuje się w piasku i posiada pompkę zgraną z jego rytmem dobowym, i kiedy wschodzi słońce, wypompowuje jakieś 95 procent bakterii. W ten sposób bakterie są rozproszone, znikają małe molekuły hormonów więc nie wytwarzają światła -- ale oczywiście kałamarnica nie dba o to. Śpi w piasku. I w miarę upływu dnia bakterie dzielą się, uwalniają molekuły, a w nocy świecą dokładnie kiedy kałamarnica potrzebuje tego najbardziej.
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.
Najpierw odkryliśmy jak ta bakteria to robi, ale potem użyliśmy narzędzi biologii molekularnej aby dokładnie poznać ten mechanizm. I okazało się – to znowu moja komórka bakterii -- że Vibrio fischeri ma proteinę -- to ten czerwony prostokąt – to enzym, który wytwarza ten malutki molekuł hormonu – czerwony trójkąt. Później, w miarę rozrastania się komórek, wszystkie uwalniają tą cząseczkę do środowiska więc jest ich tam mnóstwo. Bakterie mają także receptor na powierzchni komórki, który dopasowuje się z molekułami jak klucz z zamkiem. One są zupełnie jak receptory na powierzchni waszych komórek. Kiedy molekuły osiągają pewną ilość -- co świadczy o liczbie komórek -- dopasowują się do receptorów i przekazują komórkom informacje o tym żeby wspólnie zaczęły wytwarzać światło.
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.
Jest to o tyle interesujące, że w ciągu ostatniej dekady odkryliśmy, że nie jest to tylko jakaś anomalia tej śmiesznej, świecącej w ciemności bakterii, która żyje w oceanie, lecz system wszystkich bakterii. Więc teraz już wiemy, że wszystkie bakterie komunikują się. Wytwarzają chemiczne słowa, rozpoznają je i uaktywniają grupowe zachowania, skuteczne tylko gdy wszystkie komórki biorą w nich jednolity udział. Mamy na to osobliwe określenie „quorum sensing” - mechanizm wyczuwania liczebności. Głosują za pomocą chemicznych głosów, które są liczone, a następnie wszyscy reagują zgodnie z wynikiem głosowania.
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.
Co jest istotne dla dzisiejszych rozważań to fakt, iż wiemy, że istnieją setki typów zachowań bakterii, które są realizowane kolektywnie. Ale najważniejszym dla was zapewne jest wirulencja - złośliwość wirusów. To nie jest tak, że para bakterii dostaje się do was i zaczynają wydzielać jakieś toksyny -- jesteście olbrzymi, to nie miałoby wpływu na was. Jesteście ogromni. Wiemy już teraz, że to co robią, to: dostają się do was, czekają, zaczynają rozmnażać się, liczą się za pomocą tych małych molekuł i rozpoznają moment odpowiedniej liczby komórek, która mówi im, że jeśli wszystkie razem rozpoczną atak wirulencji to odniosą sukces w opanowaniu ogromnego żywiciela. Bakterie zawsze kontrolują patogeniczność wyczuwając ich liczebność. Tak to działa.
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.
Później przyjrzeliśmy się także molekułom -- to były czerwone trójkąty na moich poprzednich slajdach. To jest cząsteczka Vibrio fischeri. To jest słowo, którym komunikuje się. Więc potem przyjrzeliśmy się innym bakteriom i to jest tylko szczypta molekuł, które odkryliśmy. Mam nadzieję, że widzicie, że molekuły są powiązane ze sobą. Lewa część molekuł jest identyczna dla wszystkich gatunków bakterii. Ale prawa część molekuł jest nieco inna dla każdego z gatunków. Jej zadaniem jest nadawać niepowtarzalne specyfikacje gatunków tym językom. Każda molekuła pasuje do receptora jej partnera i do żadnego innego. Więc są to prywatne, tajne rozmowy. Rozmowy służące komunikacji wewnątrzgatunkowej. Każda bakteria używa szczególnej molekuły, która jest jej językiem i umożliwia policzenie jej rodzeństwa.
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.
Kiedy dotarliśmy tak daleko zaczęliśmy rozumieć, że bakterie mają swoje zachowania społeczne. Ale naprawdę intrygowało nas to, że większość czasu bakterie nie żyją w pojedynkę ale w niewiarygodnych mieszankach, z setkami tysięcy innych gatunków bakterii. I przedstawia to ten slajd. To jest wasza skóra. Więc to jest tylko zdjęcie – mikrogram waszej skóry. Każdy odcinek waszego ciała wygląda mniej więcej właśnie tak i mam nadzieję, że dostrzegacie tu różnorodność bakterii. Więc zaczęliśmy zastanawiać się czy rzeczywiście chodzi o komunikację bakterii i liczenie swoich sąsiadów, nie wystarczy umieć rozmawiać tylko ze swoim szczepem. Musi istnieć sposób pobierania informacji o liczbie pozostałych bakterii w populacji. Więc wróciliśmy do biologii molekularnej
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.
i zaczęliśmy badać różne bakterie i odkryliśmy ostatnio, że bakterie są faktycznie wielojęzyczne. Wszystkie mają wyjątkowy dla każdego gatunku system -- posiadają molekułę, która mówi „ja”. Co więcej, równolegle do tego systemu mają drugi, który odkryliśmy, również gatunkowy Mają drugi enzym wysyłający grugi sygnał i posiadający własny receptor i ta molekuła to język handlowy bakterii. Jest on używany przez wszelkie bakterie i jest to język międzygatunkowy. Sprowadza się to do tego, że bakterie potrafią policzyć ilu jest „ja” i „ty” w otoczeniu. Gromadzą te informacje w sobie i decydują o zadaniu do wykonania biorąc pod uwagę to, kto jest w większości, a kto w mniejszości z danej populacji.
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.
Wówczas powróciliśmy do chemii i rozszyfrowaliśmy czym jest ta gatunkowa molekuła -- te różowe owale na moim poprzednim slajdzie, oto one. To bardzo mała, pięcio-węglowa cząsteczka. Co istotne, wiemy, że każda bakteria ma dokładnie ten sam enzym i wytwarza dokładnie tą samą cząsteczkę. Wszystkie zatem używają tej molekuły do komunikacji międzygatunkowej. Takie bakteryjne Esperanto.
(Laughter)
(Śmiech)
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?
Gdy dotarliśmy tak daleko zaczęliśmy pojmować, że bakterie rozmawiają ze sobą za pomocą owego chemicznego języka . Ale równocześnie zaczęliśmy zastanawiać się czy można praktycznie wykorzystać tą wiedzę. Wspominałam wam, że bakterie mają różnorakie społeczne zachowania, które przekazują za pomocą molekuł. Oczywiście, wspomniałam również, że jedną z ważnych rzeczy jest to, że inicjują choroby używając mechanizmu wyczuwania liczebności (quorum sensing). Pomyśleliśmy, a gdyby tak „zatkać" bakteriom „usta” i „uszy”? Czyż nie byłyby to nowe antybiotyki?
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?
Na pewno słyszeliście i wiecie już, że kończą się nam antybiotyki. Dzisiejsze bakterie są niewiarygodnie odporne na wszelkie leki a to dlatego, że wszystkie stosowane antybiotyki zabijają bakterie. Przebijają ich błonę albo sprawiają, że bakteria nie jest w stanie pomnażać swojego DNA. Zabijając bakterie tradycyjnymi antybiotykami wyłaniamy nowe odporne mutacje. Stąd też nasz obecny światowy problem z chorobami zakaźnymi. Pomyśleliśmy, a gdyby tak zmodyfikować ich zachowania sprawiając, że bakterie nie potrafiłyby rozmawiać i liczyć, i nie wiedziałyby czy atakować.
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.
I tak właśnie zrobiliśmy, obierając przy tym dwie strategie. W pierwszej zaatakowaliśmy system komunikacji wewnątrzgatunkowej. Więc stworzyliśmy cząsteczki, które trochę przypominają te prawdziwe -- które już widzieliście- ale są nieco inne. A więc, dopasowują się do receptorów i blokują rozpoznawanie tych prawdziwych. Przez atak na czerwony system jesteśmy w stanie stworzyć molekuły blokujące proces wyczuwania liczebności dla danego gatunku lub choroby. To samo zrobiliśmy z systemem różowym. Wzięliśmy tą uniwersalną molekułę, przerobiliśmy trochę tworząc antagonistów systemu komunikacji międzygatunkowej. Mamy nadzieję, że wykorzystamy je w szerokim spektrum antybiotyków przeciwdziałających bakteriom.
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.
Na zakończenie pokażę wam tą strategię. W tej, używam tylko wewnątrzgatunkowej molekuły, ale logika jest taka sama. Wiecie już, że kiedy bakteria dostaje się do zwierzęcia, w tym wypadku, do myszy, nie rozpoczyna wirulencji od razu. Dostaje się do środka, dzieli się, zaczyna wytwarzać molekuły do mechanizmu wyczuwania liczebności (quorum sensing). Rozpoznaje kiedy jest ich wystarczająco dużo żeby rozpocząć atak i zwierze umiera. My jesteśmy w stanie podać te złośliwe infekcje, ale równolegle z molekułami przeciwdziałającymi "quorum sensing" -- więc są to cząsteczki wyglądające trochę jak te prawdziwe a jednak trochę inne, co ilustruje ten slajd. Wiemy teraz, że jeśli podamy zwierzęciu bakterię chorobotwórczą – odporną na wszelkie leki -- i w tym samym czasie podamy nasze molekuły anty „quorum sensing” to faktycznie zwierze będzie żyć.
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.
Wierzymy, że jest to kolejne pokolenie antybiotyków, które pozwoli nam obejść, przynajmniej na początku, ten duży problem odporności. Mam nadzieję, że przekonaliście się, że bakterie potrafią rozmawiać ze sobą, używając substancji chemicznych jako języka, posiadają niewiarygodnie skomplikowany leksykon chemiczny, który dopiero poznajemy. Oczywiście daje to bakteriom możliwość bycia wielocząsteczkowymi. Więc podobnie do przesłania TED, działają razem bo tylko tak można coś zmienić. Chodzi o to, że bakterie mają swoje zachowania zbiorowe i wykonują w ten sposób zadania, których nie ukończyłyby nigdy gdyby działały w pojedynkę.
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.
Mam nadzieję, że udało mi się udowodnić wam, że jest to wynalazek wielocząsteczkowości. Bakterie są na Ziemi od miliardów lat. Ludzie – zaledwie paręset tysięcy. Uważamy, że to bakterie wyznaczyły zasady działania organizacji wielocząsteczkowej. Wierzymy, że przez badanie bakterii, będziemy w stanie lepiej poznać wielocząsteczkowy wymiar ludzkiego ciała. Wiemy, że jeśli poznamy prawa i zasady tych prymitywnych organizmów to istnieje szansa, że będą one miały zastosowanie także przy innych ludzkich chorobach i zachowaniach. Mam nadzieję, że nauczyliście się, że bakterie potrafią odróżniać siebie od innych. Używając tych dwóch molekuł mogą powiedzieć „ja” i „ty”. I znowu, my oczywiście też to robimy, zarówno molekularnie jak i zewnętrznie, ale ja skupiam się na molekularności.
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.
To właśnie dzieje się w waszych ciałach. To nie jest tak, że komórki serca i nerek mieszają się codziennie, a to z powodu wszystkich zachodzących reakcji chemicznych i molekuł, które mówią im która grupa komórek jest która i jakie jest ich zadanie. Raz jeszcze podkreślę, uważamy, że stworzyły to bakterie, a nasze ciała rozwinęły tylko kilka dodatkowych trybików, ale całe meritum tkwi w tych prostych systemach, które możemy badać.
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.
Końcowym wnioskiem jest to by stale powtarzać, że istnieje praktyczna strona i dlatego stworzyliśmy te molekuły anty “quorum sensing”, które są rozwijane jako nowe środki terapeutyczne. Ale żeby zakończyć reklamą dla wszystkich pożytecznych i cudownych bakterii żyjących na Ziemi stworzyliśmy także molekuły pro „quorum sensing”. A więc dobraliśmy się do systemów usprawniających pracę molekuł. Pamiętajcie, że macie na sobie lub w sobie 10 razy więcej komórek bakterii, utrzymujących wasze zdrowie. Staramy się także wzmocnić rozmowy bakterii, które żyją w symbiozie z wami, mając nadzieję, że dzięki temu będziecie zdrowsi, jeśli ich rozmowy będą lepsze, tak żeby bakterie mogły robić to co chcemy żeby robiły lepiej niż w pojedynkę.
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.
Wreszcie, chciałam pokazać wam moją bandę w Princeton w New Jersey. Wszystko o czym wam opowiedziałam zostało odkryte przez kogoś z tego zdjęcia. Mam nadzieję, że kiedy uczycie się, na przykład jak działa świat naturalny -- chcę tylko powiedzieć, że za każdym razem kiedy czytacie gazetę lub słyszycie jak ktoś mówi coś niezwykłego na temat świata natury to stoi za tym dziecko. Nauka jest tworzona przez to pokolenie. Wszyscy ci ludzie są między 20 a 30 rokiem życia i są siłą napędową odkryć naukowych w tym kraju. To naprawdę szczęście pracować z tym pokoleniem.
(Applause)
Ja starzeję się a oni ciągle są w tym samym wieku
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.
i jest to zachwycająco zwariowana robota. Chciałabym podziękować wam za zaproszenie tu. To prawdziwa przyjemność dla mnie, móc przyjechać na tą konferencję. (Oklaski)
(Applause)
Thanks.
Dzięki.
(Applause)
(Oklaski)