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.
แบคทีเรียคือสิ่งมีชีวิตเก่าแก่ ที่สุดบนโลกใบนี้ พวกมันอาศัยอยู่ที่นี่มาเป็นพันล้านปี และพวกมันก็เป็นแค่สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวตัวเล็กๆ มันจึงมีแค่เซลล์เดียว และมีคุณสมบัติพิเศษ คือมันมี DNA แค่ชิ้นเดียว พวกมันมียีนส์และข้อมูลพันธุกรรมไม่กี่ชิ้น ที่ถอดออกมาเป็นลักษณะ ที่มันแสดงออกมาอยู่ และวีธีดำรงชีวิตของแบคทีเรีย คือพวกมันได้รับสารอาหารจากสิ่งรอบตัว พวกมันโตขึ้นเป็นสองเท่า พวกมันแบ่งครึ่งตัวเอง แล้วหนึ่งเซลล์ก็กลายเป็นสอง เป็นแบบนี้ไปเรื่อยๆ พวกมันแค่โตขึ้นแล้วก็แบ่งตัว โตแล้วก็แบ่งตัว อาจดูเป็นชีวิตที่น่าเบื่อ เว้นแต่ว่า สิ่งที่ฉันกำลังจะอภิปรายนี้ คือคุณมีปฏิสัมพันธ์ที่น่าทึ่ง กับสิ่งมีชีวิตนี้
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.
ฉันรู้ว่าพวกคุณคิดว่าตัวเองเป็นมนุษย์ และนี่ก็เป็นสิ่งที่ฉันนึกถึงคุณ ผู้ชายคนนี้ถูกยกให้เป็นตัวแทน ของมนุษย์โดยทั่วไป และทุกวงกลมในตัวผู้ชายคนนี้ คือเซลล์ทุกชิ้นที่ประกอบขึ้นมาเป็นกายคุณ ในตัวเราแต่ละคนมีเซลล์อยู่เป็นล้านล้านชิ้น ทำให้เราเป็นเรา ให้เราทำในสิ่งที่เราทำ แต่คุณมีแบคทีเรียสิบล้านล้านเซลล์ อยู่ในตัวหรือบนตัวคุณในทุกจังหวะชีวิต ดังนั้น แบคทีเรียมีอยู่ในมนุษย์ สิบเท่ามากกว่าเซลล์มนุษย์เองเสียอีก และแน่นอนว่า DNA เป็นตัวการสำคัญ ทั้งหมดนี้คือ A T G และ C ที่รวมกันขึ้นมาเป็นรหัสพันธุกรรม และทำให้คุณมีเสน่ห์แบบนี้ คุณมีประมาณ 30,000 ยีนส์ กลายเป็นว่า คุณมียีนส์ มากกว่าร้อยเท่าของแบคทีเรีย ยีนส์ซึ่งมีบทบาทในตัวคุณตลอดทั้งชีวิต เป็นไปได้มากสุดคือ คุณมีความเป็นมนุษย์ 10 เปอร์เซ็นต์ แต่เป็นไปได้มากกว่าที่หนึ่งเปอร์เซ็นต์ ขึ้นอยู่กับมาตรวัดที่คุณชอบ ฉันรู้ว่าคุณคิดว่าตัวเองเป็นมนุษย์ แต่ฉันคิดว่าคุณคือแบคทีเรีย สัก 90 หรือ 99 เปอร์เซ็นต์
(Laughter)
(เสียงหัวเราะ)
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.
แบคทีเรียเหล่านี้ ไม่ใช่พาหะเฉื่อยๆ พวกมันคือสิ่งสำคัญมาก ที่ทำให้เรายังอยู่ พวกมันปกป้องเรา เหมือนเป็นเกราะที่มองไม่เห็น ปกป้องเราจากสิ่งคุกคามตามธรรมชาติ ทำให้เราสุขภาพดี พวกมันย่อยอาหารเรา พวกมันสร้างวิตามินให้ มันยังช่วยสอนระบบภูมิกันของคุณ ให้คอยไล่จุลินทรีย์ร้ายออกไป ดังนั้น พวกมันทำสิ่งที่น่าทึ่งแบบนี้ ที่ช่วยเรา และเป็นสิ่งสำคัญ ที่ทำให้เราอยู่รอด และพวกมันไม่เคยได้ออกสื่อ จากเรื่องนี้เลย แต่พวกมันได้ออกสื่อมากมายเพราะว่า พวกมันมีโทษมากมายเหมือนกัน มีแบคทีเรียมากมายบนโลกนี้ ที่ไม่มีความจำเป็นจะต้องเข้ามาอยู่ ข้างในหรือบนตัวคุณเลย แต่ถ้าพวกมันเข้ามา คุณจะป่วยหนัก
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.
ดังนั้น คำถามในห้องทดลองของฉันคือ คุณอยากจะคิดถึงสิ่งดีๆ ที่แบคทีเรียทำ หรือสิ่งแย่ๆที่พวกมันทำ คำถามเราคือทำไมพวกมันทำทั้งหมดนี้ได้? ที่ฉันจะพูดคือ พวกมันตัวเล็กมากๆ จนที่คุณต้องใช้กล้องจุลทรรศน์ส่อง พวกมันมีชีวิตดูน่าเบื่อ แค่โตขึ้นแล้วก็แบ่งตัว และพวกมันถูกมองว่าเป็นสัตว์ไม่มีสังคม และสำหรับเรา มันตัวเล็กมากเกินที่จะ มีผลอะไรกับ สิ่งแวดล้อมได้ ถ้ามันทำตัวเป็นปัจเจก และเราเลยอยากคิด ถ้ามันไม่มี ความแตกต่างในวิถีชีวิตแบคทีเรียได้
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.
เงื่อนงำในเรื่องนี้ มาจาก แบคทีเรียชนิดหนึ่งในทะเล มันมีชื่อว่า Vibrio fischeri สิ่งที่คุณกำลังดูบนสไลด์นี้คือ คนจากห้องทดลองของฉัน กำลังถือขวดที่เพาะเลี้ยงแบคทีเรีย แบคทีเรียแสนสวยไร้พิษภัยจากมหาสมุทร มันชื่อว่า Vibrio fischeri แบคทีเรียตัวนี้มีคุณสมบัติพิเศษคือ มันสร้างแสงได้ มันสร้างสารเรืองแสงชีวภาพ คล้ายหิ่งห้อยที่สร้างแสงเองได้ เราไม่ได้ทำอะไรกับเซลล์นี่เลย เราแค่ถ่ายรูปโดยปิดไฟในห้อง และนี่คือสิ่งที่เราเห็น
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.
สิ่งที่ดึงดูดเราจริงๆ ไม่ใช่แบคทีเรียที่สร้างแสง แต่ว่าเมื่อไรต่างหากที่มันสร้างแสง ที่เราสังเกตได้คือ เมื่อแบคทีเรียอยู่ลำพัง เมื่อกลุ่มของพวกมันถูกเจือจาง มันจะไม่สร้างแสง แต่เมื่อมันโตขึ้นจนถึงจำนวนหนึ่ง แบคทีเรียทุกตัวจะเปล่งแสงออกมาพร้อมกัน คำถามที่เรามีคือ แบคทีเรีย สิ่งมีชีวิตโบราณนี้ บอกความแตกต่างได้ไงว่า เวลานั้นมันอยู่ลำพัง หรือเวลานั้นมันอยู่กันเป็นหมู่ แล้วก็ทำอะไรบางอย่างด้วยกัน ที่เราสังเกตได้จากวิธีที่พวกมันทำก็คือ พวกมันมีการคุยกันและกัน และมันคุยกันด้วยภาษาทางเคมี สมมติว่านี่คือเซลล์แบคทีเรียของฉันนะคะ
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.
เมื่อมันอยู่ลำพัง มันไม่สร้างแสงใดๆ แต่สิ่งที่มันทำคือสร้าง และหลั่งโมเลกุลเล็กๆออกมา ซึ่งคุณอาจเทียบได้กับฮอร์โมนส์ และสารนี้คือสามเหลี่ยมสีแดง และเมื่อแบคทีเรียอยู่ตัวเดียว โมเลกุลนี้ก็จะลอยออกไป และไม่มีแสงใดๆ เกิดขึ้น แต่เมื่อแบคทีเรียโตขึ้นและแบ่งตัวเพิ่ม และพวกมันทุกตัวต่างสร้างโมเลกุลนี้ โมเลกุล ที่อยู่นอกเซลล์ปริมาณมาก เพิ่มขึ้นเป็นสัดส่วนตามจำนวนเซลล์ และเมื่อจำนวนโมเลกุลเพิ่มถึงจุดหนึ่ง ที่บอกได้ว่าแบคทีเรียมีเพื่อนบ้านเท่าไร พวกมันรับรู้โมเลกุลเหล่านั้น แล้วพวกมันทุกตัวก็สร้างแสงขึ้นมาพร้อมกัน นี่คือวิธีการของสารเรืองแสงชีวภาพ พวกมันคุยกันด้วยภาษาของสารเคมี
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.
สาเหตุที่ Vibrio fischeri ทำแบบนี้ อยู่ในวิชาชีววิทยา อีกครั้ง กับคำอธิบายเรื่อง สัตว์ที่อาศัยในมหาสมุทร Vibrio fischeri อาศัยอยู่ในหมึกค่ะ ที่คุณกำลังเห็นนี้คือหมึกบ๊อบเทลฮาวาย มันถูกจับวางหงาย ฉันหวังว่าคุณจะมองเห็นกระเปาะ ที่กำลังส่องแสงอยู่ นี่คือบ้านของเซลล์ของ Vibrio fischeri พวกมันอาศัยอยู่ในนี้เป็นจำนวนมาก จนโมเลกุลเยอะตาม และพวกมันสร้างแสง เหตุผลที่หมึกนี้ยินยอมให้ พวกเจ้าเล่ห์เหล่านี้มาอยู่ เพราะว่ามันต้องการแสงสว่าง
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.
วิถีการพึ่งพากันและกันแบบนี้ เกิดจากหมึกน้อยตัวนี้อาศัยอยู่ ไม่ไกลจากชายฝั่งของฮาวาย อยู่แค่ในเขตน้ำตื้นแค่เข่า หมึกชนิดนี้หากินกลางคืน ดังนั้นระหว่างวัน มันจะฝังตัวอยู่ใต้ทรายและหลับ พอถึงเวลากลางคืน มันต้องออกมาหาอาหาร ในคืนที่แสงดาวหรือแสงจันทร์สว่างมากๆ จนผ่านความลึกของน้ำไปได้ ซึ่งหมึกอาศัยอยู่ เนื่องจากมันลึกแค่ไม่กี่ฟุต สิ่งที่หมึกสร้างขึ้นมาก็คือ ชัตเตอร์ ซึ่งสามารถเปิดปิดอวัยวะพิเศษส่องแสงอันนี้ ที่ๆ แบคทีเรียอาศัยอยู่ และมันก็มีตัววัดแสงอยู่บนหลัง ทำให้มันรับรู้ได้ว่ามีแสงดาวหรือแสงจันทร์ ส่องมาที่หลังของมันเยอะแค่ไหน แล้วมันก็เปิด-ปิดชัตเตอร์ เพื่อให้แสงที่ส่องอยู่ใต้น้ำนี้ ซึ่งแบคทีเรียเป็นคนสร้าง พอเหมาะพอดีกับแสงที่มากระทบหลังของมัน ดังนั้น หมึกจะไม่สร้างเงา มันใช้แสงจากแบคทีเรีย ส่องแสงย้อนกลับเพื่อหนีจากการล่า ดังนั้น ผู้ล่าจะไม่สามารถเห็นเงาของมัน ไม่สามารถคำนวณวิถีทางของหมึก และกินมันได้ นี่ฟังดูราวกับ มือวางระเบิดล่องหนใต้มหาสมุทร
(Laughter)
(เสียงหัวเราะ)
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.
แต่ถ้าคุณคิดต่อไป หมึกนี้มีปัญหาหนักอยู่อย่างหนึ่ง เพราะมันมีแบคทีเรียจำนวนมากที่ใกล้ตาย และมันไม่สามารถรักษาไว้ได้ ดังนั้น สิ่งที่เกิดขึ้นทุกเช้าก็คือ หมึกกลับไปนอน ฝังตัวอยู่ใต้ทราย มันมีตัวสูบที่ทำงานตาม จังหวะนาฬิกาชีวภาพของมัน และเมื่อพระอาทิตย์ขึ้น มันจะสูบ แบคทีเรียสัก 95 เปอร์เซ็นต์ออกไป เมื่อแบคทีเรียเริ่มเจือจาง โมเลกุลฮอร์โมนก็ไปแล้ว มันก็จะไม่สร้างแสง แต่แน่นอน หมึกไม่ได้สนใจตรงนี้ เพราะมันกำลังหลับอยู่ใต้ทราย พอกลางวันผ่านไป แบคทีเรียเริ่มขยายจำนวน พวกมันเริ่มปล่อยโมเลกุล แล้วแสงก็จะมา ในเวลากลางคืน เวลาที่หมึกต้องการใช้งาน
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.
อย่างแรก เราค้นว่าแบคทีเรียทำสิ่งนี้ยังไง เราเอาอุปกรณ์ด้านอณูชีววิทยามาใช้ เพื่อค้นหาว่ากลไกจริงมันเป็นอย่างไร สิ่งที่เราเจอ สมมติอีกครั้งนะคะ ว่านี่คือเซลล์แบคทีเรียของฉัน ก็คือ Vibrio fischeri มีโปรตีน นั่นคือกล่องแดง มันคือเอนไซม์ ที่สร้างฮอร์โมนเล็กๆ หรือสามเหลี่ยมสีแดง จากนั้นเมื่อเซลล์ขยายจำนวน พวกมันปล่อยโมเลกุลออกมา สู่แวดล้อม ดังนั้นก็จะมีโมเลกุลมากมาย และแบคทีเรียก็มีตัวรับอยู่บนผิวเซลล์ ซึ่งสวมได้พอดีกับโมเลกุลเหมือนกับกุญแจ แบบเดียวกันกับตัวรับที่อยู่บนเซลล์ของคุณ เมื่อโมเลกุลมีปริมาณมากถึงจำนวนหนึ่ง ซึ่งบ่งบอกถึงจำนวนของเซลล์ มันจะลงไปเกาะที่ตัวรับ แล้วข้อมูลก็จะเข้าไปสู่เซลล์ บอกให้เซลล์เริ่มต้นทำ พฤติกรรมร่วมกันคือการสร้างแสง
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.
ที่มันน่าสนใจก็เพราะว่าในทศวรรษที่ผ่านมา เราได้พบว่าพวกมันไม่ใช่แค่แบคทีเรียประหลาด ที่สร้างแสงสว่างอยู่ในมหาสมุทร แบคทีเรียทุกตัวมีระบบนี้อยู่ ตอนนี้เราเข้าใจแล้วว่าแบคทีเรีย สามารถพูดคุยกับตัวอื่นๆได้ พวกมันสร้างคำพูดแบบเคมี พวกมันเข้าใจคำพูดเหล่านี้ แล้วก็กระตุ้นพฤติกรรมหมู่ ซึ่งจะสำเร็จได้เมื่อทุกเซลล์ ร่วมใจกันเป็นหนึ่งเดียว เรามีชื่อเรียกหรูให้มันด้วยค่ะ เราเรียกมันว่าระบบ Quorum sensing พวกมันลงคะแนนโหวตกันด้วยระบบเคมีนี้ หลังจากนับผลโหวตเสร็จ ทุกคนก็ตอบสนองต่อผลโหวต
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.
สิ่งที่สำคัญสำหรับ talk วันนี้คือ เรารู้ว่ามีพฤติกรรมอยู่เป็นร้อยๆ ที่แบคทีเรียทำออกมาในแบบแฟชั่นของกลุ่ม แต่สิ่งที่น่าจะสำคัญกับคุณที่สุด คือ ความเป็นพิษ มันไม่ใช่ว่าแบคทีเรีย สองสามตัวเข้าไปในตัวคุณ แล้วพวกมันก็หลั่งสารพิษบางอย่างออกมา คุณตัวมโหฬาร สิ่งนี้ไม่ได้ผลกับคุณหรอก คุณตัวใหญ่มาก สิ่งที่พวกมันทำ ตอนนี้เรารู้แล้วว่า พวกมันเข้าไปในตัวคุณ รอคอย เริ่มเติบโต พวกมันนับจำนวนกันเองด้วยโมเลกุลเหล่านี้ และพอพวกมันรู้ว่าถึงจำนวนที่มากพอ มากพอที่เมื่อทุกตัวสร้างพิษ ขึ้นมาโจมตีด้วยกัน พวกมันจะสามารถเอาชนะ ผู้ที่ถูกอาศัยตัวยักษ์ได้ แบคทีเรียควบคุมการก่อโรค ด้วยระบบ quorum sensing เสมอ นี่แหละคือวิธีของมัน
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.
เรายังลองมองลงไปที่โมเลกุลเหล่านี้ด้วย นี่คือสามเหลี่ยมสีแดง ที่อยู่ในสไลด์ก่อนหน้า นี่คือโมเลกุลของ Vibrio fischeri นี่คือคำพูดที่มันพูดกัน ดังนั้น เราจึงไปดูแบคทีเรียอื่นๆต่อ และนี่คือความรู้แบบผิวเผิน ของโมเลกุลที่เราพบ สิ่งที่ฉันหวังว่าคุณจะเห็น ก็คือโมเลกุลทั้งหลายมีความเกี่ยวข้องกัน ฝั่งซ้ายมือของโมเลกุลจะเหมือนกัน ในแบคทีเรียทุกสายพันธุ์ แต่ฝั่งขวามือของโมเลกุลจะ แตกต่างกันเล็กน้อยในแต่ละสายพันธุ์ หน้าที่ของมันก็คือ เพื่อสร้าง ความจำเพาะของสายพันธุ์ที่สวยงามนี้ ไว้ในภาษาเหล่านี้ แต่ละโมเลกุล เข้ากันพอดีตัวรับที่คู่กัน ไม่มีตัวอื่น ดังนั้นมันเป็นการสนทนาลับและส่วนตัว บทสนทนาเหล่านี้ใช้สำหรับ สื่อสารกันในสายพันธุ์ แบคทีเรียแต่ละตัวใช้โมเลกุลเฉพาะ ซึ่งก็คือภาษาของมัน ที่ช่วยให้มันนับจำนวนพี่น้องมันเองได้
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.
เมื่อเรามาถึงจุดนี้ เราคิดว่า เราเริ่มเข้าใจว่าแบคทีเรียมี พฤติกรรมทางสังคมแบบนี้อยู่ แต่เราสิ่งที่เราคิดจริงๆ ก็คือ เกือบตลอดเวลา แบคทีเรียไม่ได้อยู่ด้วยตัวมันเอง มันอยู่รวมๆกันแบบไม่น่าเชื่อ มีเป็นร้อยเป็นพันสายพันธุ์ด้วยกัน สไลด์นี้แสดงให้เห็นที่พูดไปค่ะ นี่คือผิวหนังของคุณ นี่เป็นแค่รูป รูปขยายของผิวหนังคุณ ที่ไหนของร่างกายก็ตาม ก็จะเป็นลักษณะนี้ และที่หวังว่าคุณจะเห็นคือ มีแบคทีเรียทุกชนิดอยู่ในนั้น เราจึงเริ่มคิดว่า มันเป็นเรื่อง การสื่อสารของแบคทีเรียจริงๆ และเกี่ยวกับการนับจำนวนเพื่อนบ้าน มันไม่น่าจะพอที่จะคุยกันแค่ในสายพันธุ์ มันน่าจะมีวิธีที่ทำประชามติ ของประชากรแบคทีเรียที่เหลืออยู่ด้วย เราจึงกลับไปที่เรื่องอณูชีววิทยา
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.
และเริ่มศึกษาแบคทีเรียต่างๆ และตอนนี้เราพบว่า ความจริงแล้ว แบคทีเรียเป็นพวกพหุภาษา พวกมันมีระบบระบุเฉพาะสายพันธุ์ พวกมันมีโมเลกุลที่บอกว่า "นี่ฉัน" แต่จากนั้น มีระบบที่สองวิ่งไปพร้อมกันอยู่ ซึ่งเราค้นพบว่า มันเป็นสามัญ พวกมันจึงมีเอนไซม์ตัวที่สอง ที่สร้างสัญญาณแบบที่สอง และมีตัวรับโมเลกุลของมันเอง และโมเลกุลนี้ คือภาษาแลกเปลี่ยนของแบคทีเรีย ภาษานี้ถูกใช้ในแบคทีเรียต่างๆ และมันคือภาษาที่ใช้สื่อสารข้ามสายพันธุ์ สิ่งที่เกิดขึ้นคือแบคทีเรียสามารถนับ จำนวนของพวกฉัน และจำนวนของพวกเธอ และมันเก็บข้อมูลเข้ามาไว้ข้างในเซลล์ และพวกมันตัดสินใจว่าจะทำงานไหนต่อไป ซึ่งขึ้นกับว่าใครเป็นกลุ่มน้อย ใครเป็นกลุ่มใหญ่ ในกลุ่มประชากรนั้นๆ
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.
และอีกครั้ง เราไปดูเรื่องเคมี และเราพบว่าโมเลกุลสามัญนี้คืออะไร มันคือวงรีสีชมพูในสไลด์ที่แล้วค่ะ นี่ค่ะ มันเป็นโมเลกุลที่มีคาร์บอน 5 ตัว เล็กมาก สิ่งสำคัญก็คือ เราได้เรียนรู้ว่า แบคทีเรียทุกตัว มีเอนไซม์เหมือนกันไม่ผิดเพี้ยน และมีโมเลกุลที่เหมือนกัน พวกมันจึงใช้โมเลกุลนี้ สำหรับการสื่อสารข้ามสายพันธุ์ นี่คือภาษาเอสเปรันโตของแบคทีเรีย
(Laughter)
(เสียงหัวเราะ)
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?
เมื่อเราไปถึงจุดนั้น เราเริ่มเรียนรู้ว่า แบคทีเรียสามารถคุยกันเองได้ ด้วยภาษาแบบเคมีนี้ แต่ที่เราเริ่มคิดคือ มันน่าจะมีบางอย่าง ที่พวกเราน่าจะทำได้ในทางปฏิบัติเช่นกัน ฉันบอกพวกคุณไปว่าแบคทีเรีย มีพฤติกรรมทางสังคม พวกมันสื่อสารด้วยโมเลกุลเหล่านี้ แน่นอน ฉันเพิ่งบอกอีก ว่าสิ่งสำคัญที่พวกมันทำ คือเพื่อกระตุ้นการก่อโรค โดยใช้ระบบ Quorum sensing เราคิดว่า ถ้าเราทำให้แบคทีเรียพวกนี้ ให้ไม่สามารถพูด หรือได้ยินล่ะ? มันจะกลายเป็นยาปฏิชีวนะแบบใหม่ไหม?
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?
แน่นอน คุณเพิ่งได้ยินและรู้แล้วว่า ยาปฏิชีวนะของพวกเรากำลังจะหมด ปัจจุบัน แบคทีเรียมีภูมิต้านทาน ยาหลากหลายตัวจนไม่น่าเชื่อ และนั่นก็เกิดจากยาปฏิชีวนะ ที่เราใช้กำจัดพวกมัน ตัวยานั้นไปทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ ของแบคทีเรียด้วย หรือทำให้แบคทีเรียไม่สามารถแพร่พันธุ์ด้วย เรากำจัดแบคทีเรียด้วยยาปฏิชีวนะดั้งเดิม และนั่นมุ่งให้เกิดการกลายพันธุ์ดื้อยา และตอนนี้พวกเราจึงมีปัญหากันทั้งโลก เกี่ยวกับภาวะติดเชื้อนี้ เราคิดว่า ถ้าเราสามารถปรับพฤติกรรม เพื่อให้แบคทีเรียพูดไม่ได้ นับไม่ได้ และไม่ต้องปล่อยความเป็นพิษออกมาได้
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.
และนั่นคือสิ่งที่เราทำแล้ว เราใช้วิธีการสองอย่าง อย่างแรก เราพุ่งเป้า ไปที่ระบบการสื่อสารภายในสายพันธุ์เดียวกัน เราสร้างโมเลกุลที่ดูคล้ายกับโมเลกุลของจริง ซึ่งคุณเห็นก่อนหน้านี้ แต่มันต่างกันนิดๆ และเมื่อมันเข้าไปยึดกับตัวรับ และรบกวนการรับรู้ความจริง การพุ่งเป้าไปที่ระบบสีแดงนี้ สิ่งที่เราทำได้ก็คือ เราสร้าง โมเลกุลต้านระบบ Quorum-sensing ที่จำเพาะสายพันธุ์ หรือโรค เรายังสร้างสิ่งเดียวกันนี้บนระบบสีชมพูด้วย เรานำโมเลกุลครอบจักรวาลนี้ มาเบนเล็กน้อย ทำให้เราได้ตัวต่อต้าน สำหรับระบบสื่อสารข้ามสายพันธุ์ออกมา ความหวังคือ เราจะได้ใช้ยาปฏิชีวนะเหล่านี้ ที่ออกฤทธิ์กว้างกับแบคทีเรียทุกตัว
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.
ก่อนจะจบ ฉันจะให้คุณดูวิธีการ วิธีนี้ ฉันแค่ใช้โมเลกุลข้ามสายพันธุ์ โดยหลักการคิดเหมือนเดิม สิ่งที่คุณรู้คือมือแบคทีเรียเข้าไปในสัตว์ ในกรณีนี้คือหนู มันไม่ได้เริ่มปล่อยความเป็นพิษในทันที มันเข้าไป มันเริ่มขยายจำนวน มันเริ่มหลั่ง โมเลกุลระบบ Quorum sensing ของมัน มันรู้ว่ามีจำนวนแบคทีเรียเพียงพอ ที่จะเริ่มทำการโจมตีได้ตอนนี้ แล้วสัตว์ก็ตาย สิ่งที่เราทำได้ก็คือให้การติดเชื้อพิษนี้ แต่เราให้มันไปเชื่อมกับโมเลกุลระบบ ต่อต้าน quorum sensing แทน โมเลกุลนี้จึงดูเหมือนของจริง แต่มันต่างเล็กน้อย อย่างที่ฉัน แสดงบนสไลด์ค่ะ เรารู้ว่าถ้าเราทำแบบนี้กับสัตว์ ที่มีแบคทีเรียก่อโรค แบคทีเรียก่อโรคที่ดื้อยาทั้งหลาย ในเวลาเดียวกัน เราให้โมเลกุล ของระบบต้าน quorum sensing ผลคือ สัตว์มีชีวิตรอดค่ะ
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.
เราคิดว่า นี่คือยาปฏิชีวนะรุ่นใหม่ และอย่างน้อยมันจะเริ่ม ช่วยลดปัญหาให้พวกเรา ปัญหาการดื้อยานี้ สิ่งที่ฉันหวังว่าคุณจะคิดก็คือ แบคทีเรียคุยกันเอง โดยใช้สารเคมีเป็นเหมือนคำพูด พวกมันมีคลังศัพท์ที่เป็นสารเคมี ที่ซับซ้อนเหลือเชื่อนี้ ที่พวกเราเพิ่งจะได้เริ่มเรียนรู้ แน่นอน ว่ามันทำให้แบคทีเรีย กลายเป็นหลายเซลล์ ดังนั้น ด้วยจิตวิญญาณของ TED พวกเขาร่วมมือกัน เพราะว่ามันสร้างความแตกต่าง สิ่งที่เกิดขึ้นคือแบคทีเรียมีพฤติกรรมร่วม และสามารถทำงานที่ ถ้าพวกมันต่างคนต่างทำ ไม่มีทางทำให้สำเร็จได้
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.
สิ่งที่ฉันจะหวัง ซึ่งอาจจะ อภิปรายให้คุณฟังต่อไป ก็คือ นี่คือนวัตกรรมของภาวะหลายเซลล์ แบคทีเรียอยู่บนโลกมากว่าพันล้านปี ส่วนมนุษย์ แค่ไม่กี่แสนปี เราคิดว่าแบคทีเรียได้สร้างกฏ ของการทำงานร่วมกันของหลายเซลล์ พวกเราคิดว่า การเรียนรู้จากแบคทีเรีย เราจะได้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับ ภาวะหลายเซลล์ในร่างกายมนุษย์ เรารู้หลักการและกฏต่างๆ ถ้าเราพบสิ่งเหล่านี้ ในสิ่งมีชีวิตโบราณนี้ เราหวังว่าจะนำมันมาใช้ กับโรคภัยอื่นๆ และพฤติกรรมในมนุษย์ด้วย ฉันหวังว่าคุณได้เรียนรู้แล้ว ว่าแบคทีเรียสามารถแยกแยะตัวตนจากตัวอื่น โดยใช้โมเลกุลสองตัว ที่บอกว่า "นี่ฉัน" และ "นี่คุณ" และอีกครั้ง แน่นอนว่านั่นคือสิ่งที่เราทำ ทั้งในเชิงโมเลกุล และในเชิงที่เห็นได้ แต่ฉันคิดถึงที่เกี่ยวกับโมเลกุล
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.
นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในร่างกายของคุณ หัวใจและไตไม่ได้ปนกันมั่วอยู่ทุกวัน และนั่นก็เพราะว่า มันมีบางสิ่ง ในทางเคมีเกิดขึ้น โมเลกุลเหล่านี้บอกว่า กลุ่มก้อนเซลล์นี้คือใคร และงานของมันคืออะไร อีกครั้ง เราคิดว่าแบคทีเรียคิดค้นมันขึ้นมา และคุณเพิ่งได้สัมผัสสิ่งเร้าใจเล็กๆน้อยๆ แต่ความคิดทั้งหมดอยู่ในระบบง่ายๆนี้ ซี่งเราเรียนรู้ได้
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.
สิ่งสุดท้ายคือ แค่อยากย้ำว่ามันมี ส่วนที่ปฏิบัติจริงอยู่ และเราได้สร้างโมเลกุล ระบบต่อต้าน quorum sensing ซึ่งกำลังถูกพัฒนามาเป็นการรักษาโรคแนวใหม่ จากนั้น เพื่อเสร็จสิ้นการอธิบาย เบื้องหลังของความดีและอัศจรรย์ ของแบคทีเรียที่อาศัยบนโลกนี้ เราสร้างโมเลกุลที่ ช่วยระบบ quorum sensing ด้วย เราจึงพุ่งเป้าที่ระบบเหล่านั้น เพื่อทำให้โมเลกุลทำงานได้ดีขึ้น ขอให้จำไว้ว่าคุณมีเซลล์แบคทีเรีย มากกว่าสิบเท่า อยู่ในตัวหรือบนตัวคุณ ทำให้คุณสุขภาพดี สิ่งที่เรากำลังพยายามทำอีกก็คือ เสริมการสนทนา ของแบคทีเรียที่เกียวกับคุณให้แกร่งขึ้น โดยหวังว่าจะช่วยให้คุณสุขภาพดียิ่งขึ้นอีก ทำให้การสนทนาเหล่านั้นดีขึ้น เพื่อที่แบคทีเรียจะสามารถ ทำสิ่งที่เราต้องการ ได้ดีกว่าที่พวกมันต้องทำเอง
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.
สุดท้ายนี้ ฉันอยากให้คุณดู นี่คือทีมของฉันที่พรินซ์ตัน นิวเจอร์ซีย์ ทุกสิ่งที่ฉันเล่าให้คุณฟังนี้ ถูกค้นพบโดยคนหนึ่งที่อยู่ในรูปนั้น ฉันหวังว่า เมื่อคุณเข้าใจ เช่นว่า โลกธรรมชาติมันดำเนินไปอย่างไร ฉันอยากจะบอกว่า เมื่อไรก็ตามที่คุณได้ อ่านบางสิ่งบนหนังสือพิมพ์ หรือได้ยินเรื่องอะไรสักอย่าง เกี่ยวกับโลกธรรมชาติที่ฟังดูไร้สาระ เด็กๆเป็นคนทำมันสำเร็จค่ะ กลุ่มประชากรนี้ทำให้วิทยาศาสตร์สำเร็จ ทุกคนในกลุ่มนั้นอายุ 20 ถึง 30 ปี และพวกเขาคือกำลังช่วยช่วยขับเคลื่อน การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ของประเทศนี้ค่ะ เป็นกลุ่มคนที่โชคดีที่ได้ทำงานด้วยจริงๆค่ะ
(Applause)
ฉันจะมีแต่แก่ลงแก่ลง แต่พวกเขาอายุเท่าเดิมตลอด
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.
และมันเป็นงานที่มีความสุขเหลือเกินค่ะ ฉันอยากจะขอบคุณที่เชิญมาในที่นี้ เป็นเกียรติอย่างมากสำหรับฉัน ที่ได้มายืนบนเวทีนี้ค่ะ (เสียงปรบมือ)
(Applause)
Thanks.
ขอบคุณค่ะ
(Applause)
(เสียงปรบมือ)