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.
Bakteriler, yeryüzünde yaşamakta olan en eski canlılardır. Milyarlarca yıldan beri buradalar ve "tek hücreli mikroskobik canlılar" olarak tanımlanabilirler. Tek hücreden oluşurlar ve kendilerine özgü bir özelliğe sahiptirler: Yalnızca bir parça DNA'ları vardır. Kişisel özelliklerini kodlamak için oldukça az sayıda gene ve genetik bilgiye sahiptirler. Bakteriler, ortamdaki besinleri tüketerek boyutlarını iki katına çıkarırlar ve sonra ortadan ikiye bölünürler. Böylece, bir hücreden iki hücre oluşur ve bu böyle devam eder. Büyürler ve bölünürler, büyürler ve bölünürler... Oldukça sıkıcı bir hayat gibi duruyor. Benim savunacağım şey ise, bu yaratıklar ile muhteşem bir etkileşim içinde olduğunuz.
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.
Kendinizi insan olarak gördüğünüzü biliyorum, ben ise sizleri yaklaşık olarak şöyle görüyorum. Bu figür, standart bir insanı temsil ediyor. Adamın içindeki tüm çemberler ise, vücudunuzu oluşturan hücrelerin tümü. Her birimizde, "bizi biz yapan" ve yaptığımız tüm şeyleri yapabilme yeteneğini borçlu olduğumuz yaklaşık bir trilyon insan hücresi var. Ancak, hayatınızın herhangi bir anında vücudunuzun içinde ya da üzerinde 10 trilyon bakteri hücresi bulunuyor. Yani, bir insandaki bakteri hücrelerinin sayısı insan hücrelerinin sayısının 10 katı. Genetik kodunuzu oluşturan ve size o muhteşem özelliklerinizi veren DNA, yani A, T, G ve C'ler ise burada. Yaklaşık 30.000 adet gene sahipsiniz. Ancak, 100 kat daha fazla bakteri geni bütün yaşamınız boyunca vücudunuzun içinde ya da üzerinde bir rol oynuyor. Hücre sayısını baz alırsak, yani en iyimser haliyle, %10 insansınız. Ancak gen sayısını referans alacak olursak, %1 insansınız. Kendinizi "insan" olarak gördüğünüzü biliyorum, ancak ben sizi %90 veya %99 bakteri olarak görüyorum.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
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.
Bu bakteriler, üzerimizde yolculuk yapan pasif yolcular değil. Aksine, oldukça önemliler ve hayatta kalmamızı sağlıyorlar. Bizi görünmez bir vücut zırhı ile kaplıyorlar ve bu zırh, çevresel etkilerden bizleri koruyarak sağlıklı kalmamızı sağlıyor. Besinimizi sindiriyorlar, vitaminlerimizi üretiyorlar ve hatta kötü mikropları dışarıda tutması için bağışıklık sistemimizi eğitiyorlar. Bize yardımcı olan ve hayatta kalmamızı sağlayan bu müthiş şeyleri yapmalarına rağmen, kimse onlardan övgüyle bahsetmiyor. Ancak oldukça kötü şeylere de neden olabildiklerinde dikkatimizi çekiyorlar. Yeryüzünde her çeşit bakteri bulunuyor. Bu bakterilerden bazıları, vücudunuz üzerinde hiçbir göreve sahip değil. Ama vücudunuza girerlerse sizi oldukça hasta yapabilirler.
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.
O halde, bakterilerin yaptığı iyi şeyleri mi düşünmek istiyorsunuz? Yoksa bakterilerin yaptığı kötü şeyleri mi? Aklımızı kurcalayan ilk soru bakterilerin nasıl olup da herhangi bir şey yapabildikleri idi. Demek istediğim, bakteriler o kadar küçük ki, onları görebilmek için mikroskop gerekiyor. Yalnızca büyümek ve bölünmekten ibaret sıkıcı bir yaşantıları var ve herkes onları asosyal organizmalar olarak tanımlamakta. Dolayısıyla, çevre üzerinde bir etkiye sahip olabilmek için fazla küçük olduklarını düşündük. Ve, başka türlü bir bakteri hayatının imkansız olduğunu varsaydık.
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.
Bunun için gerekli ipucu, Vibrio fischeri adındaki başka bir deniz bakterisinden geldi. Bu slaytta, labaratuvarımdaki birisinin deney tüpü içindeki sıvı bakteri kültürünü tutarken görüyorsunuz. Okyanustan gelen bu zararsız ve güzel bakterinin adı Vibrio fischeri. Bu bakterinin, tıpkı ateşböcekleri gibi, biyoluminesans yapma, yani ışık üretebilme yeteneği var. Burada hücrelere hiçbir şey yapmıyoruz. Yalnızca odadaki ışıkları kapattık ve fotoğraf çektik. Karşımıza şöyle bir sonuç çıktı.
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.
Bize ilginç gelen şey, bakterilerin ışık üretebilmesi değil, ne zaman ışık ürettikleri idi. Farkına vardık ki, bakteriler yalnız olduğunda yani seyreltik süspansiyondayken, ışık üretmediler. Ancak belli bir hücre sayısına ulaştıklarında, bütün bakteriler aynı anda ışık üretmeye başladılar. Aklımıza gelen soru, bakterilerin, yani bu ilkel organizmaların, yalnız oldukları zaman ile topluluk içinde oldukları zaman arasındaki farkı nasıl bildikleri ve daha sonra nasıl toplu halde bir iş yapabildikleri idi. Bunu yapabilmelerini sağlayan şeyin, bakterilerin birbirleriyle konuşmasına imkan veren bir kimyasal dil olduğunu keşfettik. Bu, benim bakteri hücremi temsil ediyor.
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.
Yalnızken, hiç ışık üretmiyor. Yaptığı şey, küçük moleküller salgılamak. Bu molekülleri hormonlar gibi de düşünebilirsiniz. Bunlar da kırmızı üçgenler. Bakteri yalnızken, bu moleküller serbestçe yüzüyor ve dolayısıyla ışık oluşmuyor. Ancak bakteriler büyüyüp bölündüklerinde ve hep beraber bu molekülü üretmeye başladıklarında, bu molekülün miktarı hücre sayısına bağlı olarak artıyor. Ve molekül miktarı, bakterilere kaç tane komşuları olduğunu söyleyebilecek bir seviyeye ulaştığında, bu molekülü tanıyorlar ve hep beraber ışık üretmeye başlıyorlar. Bioluminesans (canlı hücrelerde ışık enerjisi üretimi) böyle işliyor. Bakteriler, bu kimyasal sözcüklerle konuşuyor.
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.
Vibrio fischeri'nin bunu yapmasının sebebi biyolojiden geliyor. İşte, okyanustaki hayvanlar için başka bir elektrik kaynağı. Vibrio fischeri bu mürekkepbalığının içinde yaşıyor. Bakmakta olduğunuz şey, bir Hawai Kısakuyruklu Mürekkepbalığı. Şu anda arkasını dönmüş vaziyette. Umarım, parlamakta olan iki lobu görebiliyorsunuzdur. Bu lobların içinde Vibro fischeri hücreleri yaşıyor ve çok sayıda olduklarından ışık üretiyorlar. Mürekkepbalığının bu üçkağıtçı bakterilere katlanmasının sebebi, onların ürettiği ışığa ihtiyaç duyması.
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.
İkisi arasındaki ortak yaşam şöyle işliyor: Bu küçük mürekkepbalığı, Hawai sahilinin çok yakınında, dizimizi geçmeyecek sığlıkta bir suda yaşıyor. Ve mürekkepbalığımız "noktürnal" olduğundan, yani yalnızca geceleri avlandığından, gündüzleri kendisini kumun içine gizliyor ve uykuya yatıyor. Mürekkepbalığı oldukça sığ bir suda yaşadığından, parlak gecelerde ayın veya yıldızların ışığı, bu sığ sudan geçerek mürekkepbalığına ulaşabiliyor. Mürekkepbalığı, bir çeşit kepenk geliştirmiş. Böylece bakterilerin yaşadığı o özel ışık organının üzerini açıp kapayabiliyor. Ayrıca, sırtında da detektörler var. Bu sayede, sırtına ne kadar ayışığı vurduğunu anlayabiliyor. Ve kepengi açıp kapayarak, ön tarafında bulunan bakterilerin ürettiği ışığın şiddeti ile, sırtına vuran ışığın şiddetini birbirine eşitliyor ki gölge oluşmasın. Yani mürekkepbalığı, bakterilerden gelen ışığı kendisinin açığa çıkmasını engelleyen bir korunma mekanizmasında kullanıyor. Böylece avcılar, mürekkepbalığının gölgesini göremiyor ve gölgenin geldiği yere bakarak mürekkepbalığını yakalayamıyor. Okyanusun "hayalet uçağı" gibi bir şey yani bu.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
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.
Ancak, mürekkepbalığının şöyle bir problemi var: Ölmekte olan ve yoğun bir bakteri kültürü onun üzerinde yaşıyor, mürekkepbalığı sürekli olarak bu durumda kalamaz. Bu nedenle mürekkepbalığı her sabah güneş doğduğunda, kendisini kuma gömerek uykuya dalıyor ve sirkadyan(günlük) ritmine bağlı olan bir pompayı kullanarak bakterilerin yaklaşık yüzde 95'ini dışarı atıyor. Böylece bakteriler seyreltik haline geliyor, yani o küçük hormon molekülü yok oluyor ve ışık üretemiyorlar; ancak bu durum, mürekkepbalığının umrunda değil. Çünkü kumun içinde uyuyor. Gün içinde, geriye kalan bakteriler bölünerek molekülü serbest bırakıyorlar ve geceleri, yani mürekkepbalığının ihtiyacı olduğunda, ışık geri geliyor.
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.
Önce, bakterilerin bunu nasıl yaptığını çözdük, daha sonra ise gerçek mekanizmanın ne olduğunu kavrayabilmek için moleküler biyolojinin araçlarını kullandık. Ve bakın ne bulduk: -Bu şekil, yine, bakteri hücremi temsil ediyor.- Vibrio fischeri'ın bir proteini var. Kırmızı kutu ile gösterilen bu protein, şu kırmızı üçgenleri, yani küçük hormon moleküllerini üreten bir enzim. Ve hücreler büyüdükçe, hep beraber o hormon molekülünü ortama serbest bırakıyorlar, böylece o molekülün miktarı artıyor. Bakterilerin hücre yüzeyinde bir de reseptör var. Bu reseptör, o molekül ile anahtar ve kilit gibi uyum içersinde ve tıpkı sizin hücrelerinizin yüzeyindeki reseptörlere benziyor. Molekül miktarı belirli bir seviyeye ulaştığında bu durum, hücre sayısı hakkında bir bilgi veriyor, ve molekül, o reseptöre kitleniyor böylece hücrelere "ışığı açmalarını" söyleyen bilgi iletiliyor ve ışık üretmeleri sağlanıyor.
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.
Bunun ilginç olmasının sebebi ise, geçen 10 yılda bu durumun karanlıkta ışık üreten tuhaf bir bakteri çeşidine ait olmadığını, bütün bakterilerin buna benzer sistemlere sahip olduğunu keşfetmiş olmamız. Şunu anlıyoruz ki, bütün bakteriler birbiriyle konuşabiliyor. Kimyasal sözcükler üretiyorlar ve bu sözcükleri tanıyorlar, ve yalnızca bütün hücreler uyum içinde hareket ettiğinde amacına ulaşan grup davranışları sergiliyorlar. Bu olay için havalı bir ismimiz var: "Quorum sensing." (çoğunluk algılama) Kimyasal zarflarla oy kullanıyorlar, daha sonra oylar sayılıyor ve herkes sonuca bir tepki veriyor.
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.
Bugünün konuşması için önemli olan şey, bakterilerin bu tarz kollektif şekillerde gerçekleştirdiği yüzlerce davranışın mevcut olması. Ama belki de sizin için en önemli olanı virulans, yani zehirlilik. Birkaç tane bakterinin vücudunuza girmesi ve bazı toksinler üretmesiyle olacak bir şey değil bu. Çok büyüksünüz, bunun sizin üzerinizde hiçbir etkisi olmaz. Anlıyoruz ki bakterilerin yaptığı şey, vücudunuza girmek, beklemek ve büyümek. Daha sonra bu küçük moleküller yardımıyla kendi sayılarını ölçüyorlar ve yeterli sayıya ulaştıklarını anladıkları zaman, hep beraber zehir salgılamaya başlıyorlar ve böylece oldukça büyük bir konağın bile üstesinden gelebiliyorlar. Bakteriler, hastalık yapma yetilerini daima çoğunluk algılama(quorum sensing) yöntemi ile kontrol ediyor. Bu mekanizmanın işleyiş şekli böyle.
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.
Bu moleküllerin, yani kırmızı üçgenler ile betimlediklerimizin, ne olduklarını da araştırdık. Bu, Vibrio fischeri molekülü. Bu ise Vibrio fischeri'ın konuşurken kullandığı sözcük. Daha sonra diğer bakterilere bakmaya başladık. Bunlar, keşfettiğimiz moleküllerden yalnızca birkaçı. Umarım, moleküllerin birbirine benzediğini fark edebiliyorsunuz. Molekülün sol kısmı, bütün bakteri türleri için tıpatıp aynı. Ancak molekülün sağ tarafı, her bakteri türünde biraz değişik. Bu durum, her bakteri türünün kendilerine özgü bir dile sahip olmalarını sağlıyor. Her molekül yalnızca ve yalnızca kendi partneri ile uyum sağlayabiliyor. Yani bu konuşmalar, özel ve gizli konuşmalar. Bu konuşmalar, yalnızca tür içi iletişim için kullanılıyor. Her bakteri, kendi dili olan özel bir molekül kullanıyor ve böylece etrafta kendi türünden kaç tane bakteri olduğunu sayabiliyor.
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.
Bu kısma kadar geldiğimizde, bakterilerin bu sosyal davranışlara sahip olmasını anlamaya başladığımızı düşündük. Ancak çoğu zaman aklımıza takılan şey, bakterilerin tek başlarına değil, yüzlerce farklı türden bakteri ile birlikte devasa bir karışım içinde yaşıyor olduklarıydı. Slaytta gösterilen şey de o. Bu, sizin cildiniz. Cildinizin mikroskop ile çekilmiş bir fotoğrafı bu şekilde. Vücudunuzun tamamı, buna benzer bir yapıda. Umarım ki resimde her türden bakterinin bulunduğunu görebiliyorsunuz. Düşünmeye başladık ki, eğer bu olay gerçekten bakteriler arası iletişim ve komşularınızın sayısını öğrenmek ile ilgiliyse, yalnızca kendi türünüzdekilerle konuşabilmek yeterli olamaz. Popülasyon içindeki diğer türden bakterilerin sayısını öğrenmenin de bir yolu olmalı. Böylece, moleküler biyolojiye geri döndük ve
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.
farklı bakterileri incelemeye başladık. Ve öğrendik ki aslında, bakteriler birden fazla dil konuşabiliyor. Hepsinin kendi türlerine özgü bir sistemleri, yani "o benim" diyen bir molekülleri var. Ancak keşfettik ki, buna parelel olan bir ikinci sistem daha var, ve bu sistem tüm bakterilerde ortak. Bakterilerin, ikinci bir sinyal üreten ikinci bir enzimleri daha var ve bu enzimin kendi ayrı reseptörü mevcut. Yani bu molekül, bakterilerin ortak dili. Bütün bakteriler tarafından kullanılan bu dil, türler arası iletişimin aracı. Bu sayede bakteriler, kendi türlerinden kaç tane olduğunu ve diğer türlerden kaç tane olduğunu sayabiliyor. Daha sonra bu bilgiyi kullanıyorlar ve kimin azınlık ve kimin çoğunluk olduğuna bağlı olarak, hangi görevleri yapmaları gerektiğine karar veriyorlar.
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.
Tekrar kimyaya dönüyoruz. Bu ortak molekülün ne olduğunu bulduk, son slaytımdaki pembe yuvarlaklar, o ortak moleküllerdi. Beş karbonlu oldukça küçük bir molekül bu. Önemli bir şey öğrendik ki, her bakteride tıpatıp aynı molekülü yapan tıpatıp aynı enzim var. Yani, bakterilerin tamamı türler arası iletişim için bu molekülü kullanıyor. Yani bu, bakterilerin Esperanto'su.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
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?
Buraya geldiğimizde, bakterilerin bu kimyasal dil yardımıyla birbirleriyle konuşabildiğini öğrenmeye başladık. Ancak bu noktada aklmıza gelen şey, belki de bu durumu lehimize kullanabilecek olmamızdı. Bakterilerin tüm bu sosyal davranışlara sahip olduğunu ve bu moleküller yardımıyla iletişim kurduğunu anlattım. Bakterilerin yaptığını önemli işlerden birisinin de çoğunluk algılamayı kullanarak zehir salgılamaya başlamaları olduğunu da anlatmıştım. Düşündük ki, bu bakterileri sağır ve dilsiz hale getirirsek ne olur? Bu, yeni bir çeşit antibiyotik olamaz mı?
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?
Hepinizin bildiği üzere, elimizdeki işe yarayan antibiyotiklerin sayısı azalıyor. Bakteriler ilaçlara karşı artık oldukça dirençliler; bunun nedeni de kullandığımız antibiyotiklerin tamamının bakterileri öldürüyor olması. Ya bakteri zarını patlatıyorlar, ya da bakteriyi, DNA'sını kopyalayamaz hale getiriyorlar. Bakterileri geleneksel antibiyotiklerle öldürüyoruz ve bu durum dirençli mutantların seçilmesine neden oluyor. Dolayısıyla, bulaşıcı hastalıkların tedavisinde küresel bir kriz ile karşı karşıyayız. Düşündük ki, bu bakterileri konuşamaz ve sayamaz hale getirecek birtakım davranışsal modifikasyonlar yaparak ne zaman zehir salgılayacaklarını bilmelerini engellersek ne olur?
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.
Tam olayarak yaptığımız şey de buydu. İki farklı strateji izledik. İlkinde, türler içi iletişim sistemini hedef aldık. Gerçek moleküller gibi görünen, ama biraz farklı olan moleküller ürettik. Böylece ürettiğimiz moleküller, reseptörlere kitlendi ve bakterinin çevresinde gerçekten ne olup bittiğini öğrenmesini engelledi. Kırmızı sistemi hedef alarak, türe özgü ya da hastalığa özgü, anti-çoğunluk algılama molekülleri üretebilme imkânı bulduk. Aynı şeyi pembe sistem için de yaptık. Ortak molekülü alarak üzerinde biraz oynadık ve böylece türler arası iletişim sisteminin işlevini bozacak moleküller ürettik. Amaç, bunların bakterilere karşı geniş spektrumlu antibiyotikler olarak kullanılmaları.
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.
Son olarak, size yalnızca stratejiyi göstereyim. Burada, yalnızca türler arası molekülü kullanıyorum ancak mantık tamamen aynı. Bildiğiniz üzere, bakteriler bir hayvana yerleştiğinde, -örneğimizdeki hayvan, bir fare- zehir üretmeye hemen başlamıyor. İçeri girdikten sonra büyümeye ve çoğunluk algılama moleküllerini salgılamaya başlıyor. Yeterli sayıda bakteri olduğunun farkına vardığında ise saldırıya başlayacaklar ve hayvan ölecek. Bu zehirli enfeksiyonları, tıpkı gerçek moleküller gibi görünen, ancak bu slaytta da gösteriğim üzere biraz farklı olan, anti-çoğunluk algılama molekülleri ile birlikte enjekte etmeyi başardık. Şimdi biliyoruz ki, eğer hayvana ilaçlara karşı dirençli bir zehirli bakteri ile birlikte üretmiş olduğumuz anti-çoğunluk algılama moleküllerini enjekte edersek, hayvan hayatta kalıyor.
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.
Bunun, yeni nesil bir antibiyotik olduğunu ve en azından başlangıçta, direnç problemini çözmemizi sağlayacağını düşünüyoruz. Umuyorum ki, bakterilerin birbirleriyle konuştuğunu, kimyasal sözcükler kullandıklarını, ve yeni yeni öğrenmeye başladığımız üzere, oldukça karmaşık bir kimyasal sözlüğe sahip olduklarını düşünüyorsunuzdur. Elbette bu durum, bakteriye çok hücreli olma yeteneği kazandırıyor. Yani, TED ruhuyla, işleri birlikte yapıyorlar çünkü işbirliği fark yaratıyor. Böylece bakteriler, tek başlarına olsalar asla yapamayacakları görevlerin üstesinden işbirliği yardımıyla gelebiliyorlar.
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.
Umuyorum ki, bu durumun çok hücreli yaşamın başlangıcı olduğuna sizleri de ikna edebilirim. Bakteriler, milyarlarca yıldan beri dünya üzerindeler. İnsanlar ise yalnızca birkaç yüz bin yıldan beri. Bakterilerin, çok hücreli organizasyon yapısının kurallarını belirlediğini düşünüyoruz. Düşünüyoruz ki, bakteriler üzerinde çalışma yaparak, insan vücundaki çok hücresellik ile ilgili çeşitli şeyler öğrenebiliriz. Prensipleri ve kuralları biliyoruz. Eğer onların işleyişini bu tarz ilkel canlılarda anlayabilirsek, umut ediyoruz ki bu bilgilerimiz diğer insan hastalıkları ve insan davranışlarını anlamamıza da yardımcı olacaktır. Bakterilerin, kendi türleri ile diğer türler arasındaki farkı ayırt edebildiğini öğrendiniz umarım. Bakteriler, bu iki molekülü kullanarak "ben" ve "sen" diyebiliyorlar. Bu, tıpkı bizlerin hem moleküler olarak hem de dışarıdan iletişim kurmamıza benziyor. Ben, moleküler iletişim kısmıyla ilgileniyorum.
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.
Vücudunuzda tam olarak olan şey bu. Kalp hücreleriniz ile böbrek hücreleriniz her gün birbirine karışmaz. Bunun sebebi de, hücre gruplarının kim olduğunu ve görevlerinin ne olduğunu söyleyen bu moleküllerin işleyişinin arkasındaki kimyasal süreçlerdir. Tekrar etmek gerekirse, bu yöntemi bakteriler icat etti. Siz ise yalnızca fazladan birkaç zil sesi ve ıslık evrimleştirdiniz. Ancak tüm bu fikirler, inceleyebileceğimiz basit sistemler içersinde yer alıyor.
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.
Son olarak tekrar etmek gerekirse, bu keşfin bizlere pratik yarar sağlayan bir tarafı var. Yeni bir ilaç türü olan anti-çoğunluk algılama moleküllerini de bu sayede ürettik. Ayrıca, bizlere faydalı olan bakteriler için çoğunluk algılamayı geliştiren moleküller de ürettik. Yani, moleküllerin daha iyi çalışması için o sistemleri hedef aldık. Vücudunuzun içinde ya da üzerinde 10 kat daha fazla bakteri hücresi olduğunu ve onların sizi koruduğunu hatırlayın. Yapmaya çalıştığımız başka bir şey de, bizlerle mutualist biçimde yaşayan ve daha sağlıklı olmanızı sağlayan bakteriler ile aramızdaki diyaloğu güçlendirerek bakterilere bu soylu görevlerinde yardımcı olmak.
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.
Son olarak sizlere, Princeton, New Jersey'deki takım arkadaşlarımı göstermek istiyorum. Sizlere anlatmış olduğum her şey, bu resimdeki biri tarafından keşfedildi. Umuyorum ki yeni bir şeyler öğrendiğinizde, -doğal yaşamın nasıl işlediği mesela- gazetede bir şeyler okuduğunuzda, ya da birilerini doğal yaşam hakkında gülünç şeyler söylerken duyduğunuzda, o keşfin bir çocuk tarafından yapıldığını aklınıza getirirsiniz. Bilim, bu yaş grubu tarafından yapılıyor. Tüm bu insanlar 20-30 yaş arasındalar ve bu ülkedeki bilimsel keşiflerin arkasındaki esas gücü oluşturuyorlar. Onlarla çalıştığım için kendimi oldukça şanslı hissediyorum.
(Applause)
Ben sürekli yaşlanıyorum ancak onlar hep aynı yaştalar.
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.
Ve bu yaptığım gerçekten çılgınca eğlenceli bir iş. Beni buraya davet ettiğiniz için sizlere teşekkür etmek istiyorum. Bu konferansa katılmak benim için büyük bir ayrıcalık. (Alkış)
(Applause)
Thanks.
Teşekkürler.
(Applause)
(Alkış)