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.
Vi khuẩn là những sinh vật lâu đời nhất trên trái đất Chúng đã tồn tại cách đây hàng tỉ năm và là những sinh vật đơn bào cực kỳ nhỏ bé Chúng chỉ có 1 tế bào và có 1 điểm đặc biệt là chỉ có 1 đoạn DNA Chúng có rất ít gen và những thông tin di truyền mã hóa các đặc điểm của chúng Vi khuẩn tồn tại bằng cách sử dụng chất dinh dưỡng từ môi trường khi cơ thể phát triển gấp đôi, vi khuẩn tự phân đôi ở giữa 1 tế bào được nhân đôi,và cứ thế tiếp diễn Chúng lớn lên rồi phân đôi, lớn lên rồi phân đôi -1 cuộc sống khá buồn tẻ ngoại trừ khả năng mà tôi sắp nói tới đây khả năng tương tác đáng ngạc nhiên của các sinh vật này với chính bạn.
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.
Tôi biết các bạn đều nhìn nhận bản thân như 1 con người, và đó cũng là cách tôi nhìn nhận các bạn Người đàn ông này đại diện cho loài người và tất cả các vòng tròn trong cơ thể anh ta là những tế bào cấu tạo nên cơ thể có khoảng 1 nghìn tỉ tế bào giúp mỗi chúng ta không ai giống ai và có thể làm những việc mà chúng ta đang làm nhưng mỗi người lại có 10 nghìn tỉ tế bào vi khuẩn tồn tại cả bên trong và bên ngoài cơ thể vậy , số tế bào vi khuẩn gấp 10 lần số tế bào con người tồn tại ở 1 người Và dĩ nhiên, đó chính là DNA đây là các cặp bazo A,T,G,X tạo nên mã di truyền và các đặc điểm sinh động cho con người Bạn có khoảng 30.000 gen nhưng số gen của vi khuẩn quanh bạn còn nhiều gấp 100 lần có ảnh hưởng đến cả bên trong lẫn bên ngoài cơ thể trong suốt cuộc đời tối đa bạn có khoảng 10 phần trăm con người nhưng cũng có thể chỉ khoảng hơn 1% tùy vào hệ đo lường mà bạn thích sử dụng. Tôi biết là các bạn nghĩ mình là những cơ thể người, nhưng tôi lại coi bạn 90 hay 99% là vi khuẩn.
(Laughter)
(Tiếng cười)
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.
Những vi khuẩn đó không hề thụ động Chúng cực kỳ quan trọng, duy trì sự sống của con người Chúng phủ lên cơ thể con người 1 bộ áo giáp vô hình ngăn chặn sự tấn công của môi trường giúp con người khỏe mạnh Chúng tiêu hóa thức ăn, tạo vitamin Chúng thực sự điều khiển hệ thống miễn dịch ngăn chặn các vi khuẩn có hại Vì vậy chúng làm những công việc đáng nể giúp con người và cực kỳ quan trọng cho sự sống và chúng không bao giờ chịu áp lực từ việc đó Nhưng chúng vẫn vì làm nhiều việc tồi tệ nữa Vậy, có tất cả các loại vi khuẩn trên trái đất không nên ở trên cơ thể con người nhưng nếu chúng thâm nhập vào cơ thể, bạn sẽ mắc 1 số bệnh
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.
Và do vậy, câu hỏi đặt ra là liệu bạn muốn xem xét tất cả mặt tốt của vi khuẩn, hay mặt xấu của chúng Câu hỏi ở đây là vi khuẩn có thể làm những việc đó ra sao. Ý tôi là chúng thực sự rất nhỏ bé để nhìn thấy nó thì cần 1 chiếc kính hiển vi Chúng có một cuộc sống nhàm chán - chỉ việc lớn lên và phân đôi Mọi người coi chúng như những sinh vật sống ẩn dật và đối với con người, dường như chúng quá nhỏ bé để gây tác động đến môi trường nếu chúng đơn giản hoạt động tách rời theo từng cá thể và do vậy chúng ta đã muốn nghĩ rằng liệu vi khuẩn chỉ có 1 cách sống.
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.
Manh mối cho câu hỏi này đến từ 1 loại vi khuẩn biển khác có tên là Vibrio fischeri. Trên hình này là một người trong phòng thí nghiệm của tôi đang cầm 1 lọ đựng dung dịch nuôi cấy vi khuẩn 1 loại vi khuẩn vô hại xinh đẹp sống ở đại dương có tên Vibro fischeri. Vi khuẩn này có 1 điểm đặc biệt, nó có thể tạo ra ánh sáng tạo ra phát quang sinh học giống như đom đóm phát sáng Chúng ta sẽ không làm bất cứ điều gì với các tế bào ở đây Chúng tôi chỉ chụp ảnh bằng cách tắt đèn trong phòng và đây là những gì chúng tôi quan sát được
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.
Điều mà chúng tôi thực sự thích thú không phải là loại vi khuẩn đó phát quang mà là thời điểm chúng phát quang. Chúng tôi nhận thấy khi vi khuẩn này ở 1 mình khi ở trong thể vẩn loãng màu, chúng không phát sáng nhưng khi chúng phát triển tới 1 lượng tế bào nhất định tất cả các vi khuẩn đồng thời phát sáng. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào mà vi khuẩn, những sinh vật nguyên thủy có thể phân biệt những khoảng thời gian chúng ở một mình với thời gian khi sống trong cộng đồng và sau đó phát sáng cùng nhau Chúng tôi phát hiện ra đó là bằng cách nói chuyện với nhau chúng nói chuyện bằng ngôn ngữ hóa học. Đây được coi như là tế bào vi khuẩn của tôi
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.
khi ở một mình nó không phát sáng nhưng những gì nó làm là tổng hợp và tiết ra những phân tử nhỏ bạn có thể xem đó như những hoóc-môn và chúng là các tam giác màu đỏ này, khi vi khuẩn một mình các phân tử khuếch tán và vì vậy không có ánh sáng nhưng khi vi khuẩn phát triển và nhân đôi tất cả tham gia vào việc tổng hợp các phân tử này số lượng phân tử bên ngoài tế bào tăng tỉ lệ thuận với lượng tế bào và khi phân tử đạt đến 1 lượng nhất định chúng báo cho vi khuẩn biết có bao nhiêu vi khuẩn khác xung quanh vi khuẩn nhận ra phân tử và tất cả phát quang 1 cách đồng bộ Đó là phương thức hoạt động của phát quang sinh học Chúng nói chuyện bằng ngôn ngữ hóa học
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.
Lý do Vibro fischeri làm như thế đến từ sinh học 1 thông tin nữa về sinh vật ở đại dương Vibro fischeri sống trong con mực ống này Bạn đang nhìn thấy mực ống đuôi cộc Hawai nó vừa lật phần lưng ra Hy vọng là bạn có thể quan sát thấy 2 phần mấu tua rua và những ngôi nhà của các tế bào Vibro fischeri chúng sống ở đó, với số lượng lớn tế bào phân tử ở đó, chúng đang phát quang Lý do con mực sẵn sàng chấp thuận những trò chơi xấu đó là vì chúng muốn ánh sáng đó.
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.
Cách thức làm việc của việc cộng sinh đó là con mực sống ngoài khơi Hawai ở vùng nước nông đến đầu gối. Mực hoạt động về đêm vì thế suốt cả ngày nó giấu mình trong cát và ngủ nhưng khi màn đêm buông xuống, chúng ra ngoài đi săn. Vào những đêm sáng trời có nhiều ánh sao và ánh trăng ánh sáng đó có thể xuyên qua lớp nước con mực trốn ở trong vì nó chỉ ở sâu dưới nước vài feet. Con mực phát triển 1 lá chắn sáng có thể mở và đóng cơ quan chuyên về ánh sáng nơi mà vi khuẩn sống Nó có các bộ phận dò trên lưng vì thế có thể cảm nhận được lượng ánh sáng của mặt trăng và sao chiếu vào lưng. Và nó mở, đóng lá chắn sáng lượng ánh sáng ra khỏi đáy được vi khuẩn thực hiện phù hợp chính xác với lượng ánh sáng chiếu vào lưng con mực vì thế con mực không tạo ra bóng. Nó sử dụng ánh sáng từ vi khuẩn để phản sáng lại chính nó bằng 1 thiết bị chống săn mồi vì thế những kẻ săn mồi không thể nhìn thấy bóng của con mực tính toán đường đạn và ăn thịt nó. Giống như máy bay tàng hình của đại dương.
(Laughter)
(Tiếng cười)
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.
Nhưng sau đó suy nghĩ lại, con mực có 1 vấn đề khủng khiếp vì chúng mang trên mình lớp vi khuẩn dày và đang chết dần và chúng không thể duy trì điều đó. Và rồi những gì xảy ra là mỗi sáng khi mặt trời lên con mực ngủ, chôn mình trong cát với một cái "bơm" gắn liền với nhịp sinh học và khi mặt trời lên, khoảng 95% vi khuẩn bị 'bơm' ra Giờ đây vi khuẩn khuếch tán, cái phân tử hóoc-môn nhỏ đã không còn vì vậy chúng không phát quang nữa nhưng dĩ nhiên con mực giờ đây không quan tâm. Nó ngủ trong cát. Và khi ngày tàn, vi khuẩn lại nhân đôi chúng giải phóng những phân tử, và rồi ánh sáng lại phát ra vào ban đêm, chính xác khi con mực cần nó.
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.
Ban đầu, chúng tôi đã hiểu làm thế nào vi khuẩn làm được điều đó, nhưng rồi chúng tôi so sánh với những học thuyết của sinh học phân tử để tìm hiểu cơ chế thực sự là gì. Và những gì tìm được - vậy giả thuyết đặt ra, một lần nữa, tế bào vi khuẩn của tôi- là Vibrio fischeri có chứa protein đây là hình hộp màu đỏ - đó là enzim tạo ra phân tử hóoc-môn - tam giác màu đỏ. Và tồi khi tế bào phát triển, chúng đều giải phóng phân tử đó vào môi trường, nên có rất nhiều phân tử đó Và vi khuẩn đồng thời cũng có một cơ quan tiếp nhận trên bề mặt tế bào hoạt động như khóa và chìa khóa với phân tử đó. Chúng cũng như những thụ quan trên bề mặt tế bào của chúng ta. Khi những phân tử hóoc-môn tích tụ đến một lượng nhất định cho biết điều gì đó về số lượng tế bào chúng kết hợp với cơ quan tiếp nhận trên tế bào và thông tin được truyền vào trong tế bào báo cho tế bào khởi động thuộc tính phát quang.
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.
Điều này thú vị bởi trong những thập kỉ trước chúng tôi đã nhận ra rằng đây không phải chỉ là sự bất thường của một loài vi khuẩn ngu ngốc phát sáng trong bóng tối sống ở đại dương tất cả vi khuẩn đều có hệ thống giống vậy. Vì vậy giờ đây chúng ta hiểu rằng tất cả vi khuẩn đều có thể nói chuyện với nhau. Chúng tạo ra ngôn từ hoá học, chúng phân biệt được những từ ngữ đó, và chúng trỗi dậy bản năng nhóm điều mà chỉ thành công khi tất cả các tế bào tham gia. Chúng tôi có một cái tên thú vị cho quá trình này, chúng tôi gọi đó là "cảm nhận số đại biểu tối thiểu". Chúng bỏ phiếu với những lá phiếu hoá học, những lá phiếu này được đếm, và sau đó mọi người hưởng ứng việc bầu cử này.
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.
Điều quan trọng của cuộc nói chuyện này là chúng ta biết có hàng trăm cách mà vi khuẩn tiến hành theo kiểu này. Nhưng cách mà có thể quan trọng nhất với bạn là tính độc hại. Không giống như một vài vi khuẩn xâm nhập vào bạn và chúng bắt đầu tiết ra một vài chất độc bạn rất là to lớn nên nó chẳng ảnh hưởng gì tới ban. Bạn to khổng lồ. Việc mà chúng làm, giờ chúng ta đã hiểu, là chúng xâm nhập vào cơ thể bạn, rồi chúng đợi, và bắt đầu phát triển, chúng tự đếm số lượng cộng đồng chúng với những phân tử nhỏ này, và chúng biết khi nào chúng có đủ số lượng tế bào rằng nếu tất cả những vi khuẩn này hợp lực dùng tính độc hại của chúng để tấn công, chúng sẽ thành công trong việc đánh bại vật chủ. Vi khuẩn luôn điều khiển việc gây bệnh bằng "cảm nhận số đại biểu tối thiểu". Đó là cách thức mà quá trình xảy ra.
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.
Sau đó chúng tôi cũng quan sát những phân tử này đó là những tam giác đỏ ở hình chiếu của tôi lúc trước. Đây là phân tử Vibrio fischeri. Đây là từ mà nó nói chuyện cùng. Sau đó chúng tôi quan sát những vi khuẩn khác, và đây mới là những khám phá rất nhỏ về những phân tử này. Điều mà tôi muốn bạn thấy là những phân tử này liên quan đến nhau. Phần bên trái của phân tử giống nhau ở tất cả các loài vi khuẩn. Nhưng phần bên phải phân tử ở các loài vi khuẩn thì hơi khác nhau. Điều đó làm cho mỗi loài vi khuẩn có cách bàn bạc khác nhau đối với những ngôn ngữ này. Mỗi phân tử ăn khớp vào phần tiếp nhận của đồng loại chứ không phải loài khác. Nên những cuộc nói chuyện này là bí mật và riêng tư. Những cuộc nói chuyện này là sự truyền đạt thông tin nội bộ trong cùng loài. Mỗi vi khuẩn sử dụng một phân tử đặc biệt, đó là ngôn ngữ của nó, cho phép nó đếm anh chị em của mình.
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.
Khi mà chúng tôi phát hiện ra đến đó chúng tôi nghĩ chúng tôi bắt đầu hiểu rằng các phân tử có những hành động xã giao. Nhưng điều mà chúng tôi thực sự nghĩ là phần lớn thời gian những phân tử không sống riêng lẻ, chúng sống trong một hỗn hợp kì lạ, với hàng trăm hay hàng nghìn loài vi khuẩn khác. Điều đó thể hiện trên hình chiếu này. Đây là da của bạn. Đây chỉ là một bức hình - một hình ảnh siêu nhỏ của da bạn. Mọi nơi trên cơ thể bạn trông cũng khá giống thế này, và điều mà tôi muốn bạn thấy là ở đó có đủ các loại vi khuẩn. Thế nên chúng tôi bắt đầu nghĩ là nếu mà điều này thực sự là giao tiếp của vi khuẩn, và là việc đếm những vi khuẩn xung quanh, thì khả năng nói chuyện trong cùng loài thôi là chưa đủ. Phải có một cách đếm số lượng toàn thể những vi khuẩn còn lại. Nên chúng tôi trở lại với sinh học phân tử
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.
Và bắt đầu nghiên cứu các vi khuẩn khác nhau và điều mà chúng tôi phát hiện ra là thật ra, các phân tử nói được nhiều thứ tiếng. Chúng đều có một hệ thống riêng cho loài chúng có một phân tử nói là "tôi." Nhưng sau đó, song song với việc đó là hệ thống thứ hai mà chúng tôi phát hiện ra, đó là tính giống loài. Vậy là, chúng có enzim thứ hai tạo ra dấu hiệu thứ hai và nó có phần tiếp nhận của riêng mình, và phân tử này là ngôn ngữ trao đổi của vi khuẩn. Nó được sử dụng bởi tất cả các vi khuẩn khác nhau và đó là ngôn ngữ giao tiếp chung của tất cả các loài. Điều xảy ra là vi khuẩn có khả năng đếm có bao nhiêu tôi và bao nhiêu bạn. Chúng tiếp nhận thông tin đó vào trong mình, và quyết định nhiệm vụ tương ứng để thực hiên phụ thuộc vào ai thuộc thiểu số và ai thuộc đa số của mỗi mảng dân cư.
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.
Sau đó, chúng tôi quay trở lại với Hoá học, và chúng tôi thấy rằng phân tử có tính tổng loài này là những hình trái xoan hồng ở hình chiếu của tôi lúc trước, nó đây. Đó là một phân tử có 5 cacbon rất nhỏ. Điều quan trọng mà chúng tôi nhận ra là tất cả các vi khuẩn có cùng một enzim và tạo ra cùng một phân tử. Thế nên chúng cùng sử dụng phân tử này để giao tiếp trong toàn loài. Đây là vi khuẩn Esperanto.
(Laughter)
(Tiếng cười)
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?
Khi chúng tôi phát hiện tới đó, chúng tôi bắt đầu thấy rằng vi khuẩn có thể nói chuyện với nhau bằng ngôn ngữ hoá học này. Chúng tôi bắt đầu cho rằng chúng tôi có thể làm điều gì đó thực tiễn hơn ở đây. Tôi đã kể với bạn rằng vi khuẩn có tất cả những cử chỉ xã giao này chúng giao tiếp bằng những phân tử này Tất nhiên, tôi cũng đã kể với bạn rằng một trong những điều quan trọng chúng làm là bắt đầu tính gây bệnh bằng việc sử dụng cảm ứng số đại biểu tối thiểu. Chúng tôi đã nghĩ là, nếu như chúng tôi tạo ra những vi khuẩn này để chúng không thể nói chuyện hoặc không thể nghe thấy nhau? Thì đây có thể là những loại kháng sinh mới?
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?
Tất nhiên, bạn đã nghe và bạn cũng đã biết rằng chúng ta đang thiếu dần kháng sinh. Vi khuẩn bây giờ có khả năng đề kháng rất nhiều loài thuốc và đó là vì tất cả các loại kháng sinh chúng ta sử dụng giết chết vi khuẩn. Hoặc là chúng làm nổ màng vi khuẩn. hoặc là chúng làm cho vi khuẩn không thể tự nhân DNA. Chúng ta diệt vi khuẩn bằng những thuốc kháng sinh truyền thống và điều đó chọn ra những kháng thể. Và thế nên giờ chúng ta có vấn đề toàn cầu này về bệnh truyền nhiễm. Chúng tôi đã nghĩ, nếu như chúng tôi có những thích ứng làm cho những vi khuẩn này không thể nói chuyện hay đếm và chúng không biết để tạo ra tính độc dược.
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.
Và đó là điều mà chúng tôi đã thực hiện, và chúng tôi có 2 phương thức. Điều đầu tiên là chúng tôi tiếp cận hệ thống giao tiếp cùng loài. nên chúng tôi tạo ra những phân tử trông giống như những phân tử thực sự nên chúng tôi tạo ra những phân tử trông giống như những phân tử thực sự. Và do đó, chúng khớp vào những phần tiếp nhận đó và chúng làm tắc sự nhận dạng phân tử thực sự. Bằng cách tiếp cận hệ thống đỏ điều mà chúng tôi có thể làm là tạo ra phân tử cảm nhận bệnh và loài. Chúng tôi cũng làm việc tương tự với hệ thống màu hồng. Chúng tôi lấy phân tử chung đó và thay đổi một chút để tạo ra những phản kháng hệ thống giao tiếp cùng loài. Hi vọng là những việc này được ứng dụng trong thuốc kháng sinh diện rộng để chống lại tất cả các vi khuẩn.
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.
Trước khi kết thúc tôi sẽ chỉ cho bạn thấy chiến lược này. Trong cái này tôi chỉ sử dụng phân tử cùng loài nhưng lô-gic thì vẫn giống như thế. Điều mà bạn biết là khi vi khuản xâm nhập vào động vật trong trường hợp này là một con chuôt. nó không bắt đầu độc tính ngay. Nó xâm nhập vào, rồi phát triển, và bắt đầu tiết ra nhưng phân tử cảm nhận số đại biểu cần thiết. Nó nhận ra khi nó có đủ vi khuẩn rằng đã đến thời điểm chúng triển khai tấn công và con vật chết. Điều mà chúng tôi có thể làm là đưa ra những sự lan truyền độc tính này nhưng chúng tôi đưa cho chúng trong sự kết hợp với những phân tử cảm nhận chống số đại biểu cùng loài nên đây là những phân tử trông giống như là thứ thật nhưng chúng trông hơi khác thứ mà tôi mô tả ở slide này. Điều mà chúng ta giờ đã biết là nếu mà chúng tôi chữa con vật với một vi khuẩn gây bệnh -- một vi khuẩn gây bệnh kháng nhiều loại thuốc cùng lúc đó chúng tôi đưa ra phân tử cảm nhận chống số đại biểu cùng loài thì con chuột lại sống.
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.
Chúng tôi nghĩ rằng đây là thế hệ tiếp theo của kháng sinh và nó sẽ giúp ta vượt qua, ít nhất là vào lúc ban đầu, vấn đề lớn về phản kháng này. Điều mà tôi mong bạn nghĩ là, vi khuẩn có thể nói chuyện với nhau chúng sử dụng những chất hoá học như từ ngữ chúng có thuật ngữ hoá học phức tạp một cách đáng kinh ngạc và chúng ta mới bắt đầu biết về điều đo. Tất nhiên là thứ mà cho phép các vi khuẩn làm là đa bào. Nên trên tinh thần của TED, chúng làm cùng nhau bởi vì điều đó tạo nên sự khác biệt Điều xảy ra là vi khuẩn có những hành động này và chúng có thể thi hành những nhiệm vụ và chúng không bao giờ có thể đạt được và đơn giản là chúng hành động như những cá thể.
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.
Điều mà tôi hi vọng là tôi có thể tranh luận xa hơn với bạn là đây là sự sáng chế ra sự đa bào. Vi khuẩn đã sinh sống trên trái đất từ hàng tỉ năm. Con người -- hàng trăm ngàn năm Chúng tôi nghĩ rằng vi khuẩn tạo ra những qui tắc về cách thức mà các tổ chức đa bào làm việc. Chúng tôi nghĩ, bằng việc nghiên cứu vi khuẩn, chúng tôi sẽ có thể có những thông tin về đa bào ở cơ thể người. Chúng tôi biết rằng những qui luật và phép tắc, nếu chúng tôi có thể biết về chúng trong nhưng sinh vật nguyên sơ kiểu này, hi vọng là chúng sẽ được ứng dụng với các bệnh của con người và cả những hành động của con người. Tôi hi vọng điều mà bạn vừa biết là vi khuẩn có thể nhận ra bản thân với những vi khuẩn khác. Bằng cách sử dụng 2 phân tử này, chúng có thể nói "tôi" và chúng có thể nói "bạn" Một lần nữa, tất nhiên đó là những điều chúng tôi thực hiện theo cách phân tử và cũng theo cách hướng ngoại nhưng tôi nghĩ về thứ phân tử.
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.
Đó chính xác là điều xảy ra trong cơ thể chúng ta. Đó không giống như tế bào tim và thận bị lẫn vào nhau hàng ngày và đó là vì những chất hoá học đang xảy ra nhưng phân tử này nói mỗi nhóm tế bào này là ai và nhiệm vụ của chúng là gì. Một lần nữa, chúng tôi nghĩ là các vi khuẩn đã tạo ra điều đó và bạn chỉ tiến hoá thêm một vài tiếng chuông và tiếng huýt sáo nhưng tất cả những ý tưởng trên thuộc về những hệ thống đơn giản mà chúng ta có thể nghiên cứu.
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.
Điều cuối cùng là, một lần nữa để nhắc lại rằng có một phần thực tiễn và do đó chúng tôi tạo ra nhưng phân tử cảm nhận chống số đại biểu tối thiểu này mà đang được phát triển thành những kiểu trị liệu mới. Nhưng mà sau đó, để chốt lại cho tất cả những vi khuẩn tốt và thần kì sống trên trái đất chúng tôi cũng tạo ra những phân tử cảm nhận theo số đại biểu tối thiểu. Thế nên, chúng tôi đã nhắm mục tiêu vào những hệ thống đó để làm cho những phân tử làm việc tốt hơn. Nhớ rằng bạn có gấp 10 lần hay hơn tế bào vi khuẩn trong người bạn và trên người bạn, để giữ bạn khoẻ mạnh. Điều mà chúng tôi cũng đang cố gắng là tăng cường sự nói chuyện giữa các vi khuẳn sống chung với bạn với hi vọng là làm cho bạn khoẻ mạnh hơn làm cho những cuộc nói chuyện hiệu quả hơn để các vi khuẩn có thể làm những thứ mà chúng ta muốn chúng làm và tốt hơn là khi chúng tự làm
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.
Cuối cùng tôi muốn chỉ cho bạn thấy đây là đội của tôi ở Princeton, New Jersey. Tất cả những điều mà tôi đã kể với bạn đều đuợc khám phá bởi một ai đó trong bức hình này. Tôi hi vọng khi mà bạn học điều gì đó như là cách mà thế giới tự nhiên hoạt động Tôi chỉ muốn nói là bất cứ khi nào mà bạn đọc thứ gì đó ở trên báo hay là bạn nghe nói về thứ gì đó phi lý trong thế giới tự nhiên điều đó được hoàn thành bởi một đứa trẻ Khoa học được tạo nên bởi nhân khẩu học. Tất cả những người này khoảng tầm 20 đến 30 tuổi và họ là động cơ chạy những khám phá khoa học ở đất nước này. Rất là may mắn được làm việc cùng những người này.
(Applause)
Tôi cứ già đi hàng này và họ vẫn luôn cùng tuối
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.
và công việc thú vị và vui vẻ vô cùng. Tôi muốn cảm ơn các bạn đã mời tôi tới đây Điều này có ý nghĩa to lớn với tôi rằng tôi được tới hội thảo này. (Vỗ tay)
(Applause)
Thanks.
Cảm ơn mọi người
(Applause)
(Vỗ tay)