Δεν τα γνωρίζετε. Δεν τα βλέπετε. Όμως είναι πάντοτε τριγύρω, ψιθυρίζουν, κάνουν μυστικά σχέδια, φτιάχνουν στρατούς με εκατομμύρια στρατιώτες. Κaι όταν αποφασίζουν να επιτεθούν, επιτίθενται την ίδια στιγμή. Μιλάω για τα βακτήρια.
You don't know them. You don't see them. But they're always around, whispering, making secret plans, building armies with millions of soldiers. And when they decide to attack, they all attack at the same time. I'm talking about bacteria.
(Γέλια)
(Laughter)
Για ποιον νομίζατε ότι μιλάω;
Who did you think I was talking about?
Τα βακτήρια μένουν σε κοινότητες όπως οι άνθρωποι. Έχουν οικογένειες, μιλάνε, και σχεδιάζουν τις δραστηριότητές τους. Κι όπως οι άνθρωποι, ξεγελούν, εξαπατούν και κάποια μπορεί και να απιστούν. Αν σας έλεγα ότι μπορούμε να ακούσουμε τις βακτηριακές συνομιλίες και να μεταφράσουμε τις απόρρητες πληροφορίες τους στην ανθρώπινη γλώσσα; Και αν σας έλεγα ότι η μετάφραση βακτηριακών συνομιλιών μπορεί να σώσει ζωές; Έχω διδακτορικό στη νανοφυσική και με τη νανοτεχνολογία έφτιαξα ένα μεταφραστικό εργαλείο πραγματικού χρόνου που μπορεί να κατασκοπεύει βακτηριακές κοινότητες και να μας δίνει καταγραφές με τα σχέδια των βακτηρίων.
Bacteria live in communities just like humans. They have families, they talk, and they plan their activities. And just like humans, they trick, deceive, and some might even cheat on each other. What if I tell you that we can listen to bacterial conversations and translate their confidential information into human language? And what if I tell you that translating bacterial conversations can save lives? I hold a PhD in nanophysics, and I've used nanotechnology to develop a real-time translation tool that can spy on bacterial communities and give us recordings of what bacteria are up to.
Τα βακτήρια ζουν παντού. Βρίσκονται στο χώμα, στα έπιπλα και μέσα στο σώμα μας. Μάλιστα, το 90 τοις εκατό όλων των ζωντανών κυττάρων σε αυτό το θέατρο είναι βακτηριακά. Κάποια βακτήρια είναι καλά για εμάς. Mας βοηθούν στην πέψη ή παράγουν αντιβιοτικά. Κάποια βακτήρια είναι κακά για εμάς. Προκαλούν ασθένειες και θάνατο. Για να συντονίσουν όλες τους τις λειτουργίες τα βακτήρια πρέπει να μπορούν να οργανωθούν και το κάνουν ακριβώς όπως εμείς -- μέσω της επικοινωνίας. Αντί όμως για λέξεις, χρησιμοποιούν σηματοδοτικά μόρια για να επικοινωνήσουν μεταξύ τους. Όταν τα βακτήρια είναι λίγα τα σηματοδοτικά μόρια απλώς απομακρύνονται όπως οι φωνές ενός ανθρώπου μόνου στην έρημο. Όταν όμως τα βακτήρια είναι πολλά, τα σηματοδοτικά μόρια συσσωρεύονται και τα βακτήρια αρχίζουν να νιώθουν ότι δεν είναι μόνα τους. Ακούν το ένα το άλλο. Έτσι παρακολουθούν το πόσα είναι και πότε είναι αρκετά για να αρχίσουν καινούρια δράση. Όταν τα σηματοδοτικά μόρια φτάσουν ένα συγκεκριμένο όριο, όλα τα βακτήρια αντιλαμβάνονται αμέσως ότι πρέπει να δράσουν με τον ίδιο τρόπο.
Bacteria live everywhere. They're in the soil, on our furniture and inside our bodies. In fact, 90 percent of all the live cells in this theater are bacterial. Some bacteria are good for us; they help us digest food or produce antibiotics. And some bacteria are bad for us; they cause diseases and death. To coordinate all the functions bacteria have, they have to be able to organize, and they do that just like us humans -- by communicating. But instead of using words, they use signaling molecules to communicate with each other. When bacteria are few, the signaling molecules just flow away, like the screams of a man alone in the desert. But when there are many bacteria, the signaling molecules accumulate, and the bacteria start sensing that they're not alone. They listen to each other. In this way, they keep track of how many they are and when they're many enough to initiate a new action. And when the signaling molecules have reached a certain threshold, all the bacteria sense at once that they need to act with the same action.
Έτσι η βακτηριακή συνομιλία περιλαμβάνει πρωτοβουλία κι αντίδραση, την παραγωγή ενός μορίου και την απάντηση σε αυτό. Η έρευνά μου εστίασε στην κατασκοπεία των βακτηριακών κοινοτήτων μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Πώς δουλεύει αυτό; Παίρνουμε δείγμα από έναν ασθενή. Μπορεί να είναι δείγμα αίματος ή σιέλου. Ρίχνουμε ηλεκτρόνια μέσα στο δείγμα, τα ηλεκτρόνια θα αλληλεπιδράσουν με όσα επικοινωνιακά μόρια βρίσκονται εκεί και αυτή η αλληλεπίδραση μας δίνει πληροφορίες για την ταυτότητα των βακτηρίων, το είδος της επικοινωνίας και πόσο μιλούν τα βακτήρια.
So bacterial conversation consists of an initiative and a reaction, a production of a molecule and the response to it. In my research, I focused on spying on bacterial communities inside the human body. How does it work? We have a sample from a patient. It could be a blood or spit sample. We shoot electrons into the sample, the electrons will interact with any communication molecules present, and this interaction will give us information on the identity of the bacteria, the type of communication and how much the bacteria are talking.
Όμως πώς είναι να επικοινωνούν τα βακτήρια; Πριν φτιάξω το μεταφραστικό εργαλείο, η πρώτη μου υπόθεση ήταν ότι τα βακτήρια έχουν μια πρωτόγονη γλώσσα όπως τα μωρά που δεν έχουν ακόμη αναπτύξει λέξεις και προτάσεις. Όταν γελούν είναι χαρούμενα. Όταν κλαίνε είναι λυπημένα. Απλό. Όμως τα βακτήρια δεν είναι τόσο πρωτόγονα όσο πίστευα ότι θα είναι. Ένα μόριο δεν είναι απλώς ένα μόριο. Μπορεί να σημαίνει διάφορα πράγματα ανάλογα με το πλαίσιο, όπως ακριβώς το κλάμα των μωρών μπορεί να σημαίνει διάφορα: κάποιες φορές το μωρό πεινάει, άλλες είναι βρεγμένο, άλλες πονάει ή φοβάται. Οι γονείς ξέρουν πώς να αποκωδικοποιούν το κλάμα. Ένα αληθινό μεταφραστικό εργαλείο πρέπει να μπορεί να αποκωδικοποιήσει τα σηματοδοτικά μόρια και να τα μεταφράσει ανάλογα με το πλαίσιο. Και ποιος ξέρει; Ίσως το Google Translate να το υιοθετήσει σύντομα.
But what is it like when bacteria communicate? Before I developed the translation tool, my first assumption was that bacteria would have a primitive language, like infants that haven't developed words and sentences yet. When they laugh, they're happy; when they cry, they're sad. Simple as that. But bacteria turned out to be nowhere as primitive as I thought they would be. A molecule is not just a molecule. It can mean different things depending on the context, just like the crying of babies can mean different things: sometimes the baby is hungry, sometimes it's wet, sometimes it's hurt or afraid. Parents know how to decode those cries. And to be a real translation tool, it had to be able to decode the signaling molecules and translate them depending on the context. And who knows? Maybe Google Translate will adopt this soon.
(Γέλια)
(Laughter)
Θα σας δώσω ένα παράδειγμα. Έφερα κάποια δεδομένα βακτηρίων που ίσως είναι δύσκολο να τα καταλάβεις εάν δεν είσαι εκπαιδευμένος αλλά προσπαθήστε.
Let me give you an example. I've brought some bacterial data that can be a bit tricky to understand if you're not trained, but try to take a look.
(Γέλια)
(Laughter)
Αυτή είναι μια χαρούμενη οικογένεια βακτηρίων που μόλυναν έναν ασθενή. Ας τα ονομάσουμε οικογένεια των Μοντέκων. Μοιράζονται πόρους, αναπαράγονται και μεγαλώνουν. Μία μέρα έχουν έναν καινούριο γείτονα, τη βακτηριακή οικογένεια των Καπουλέτων.
Here's a happy bacterial family that has infected a patient. Let's call them the Montague family. They share resources, they reproduce, and they grow. One day, they get a new neighbor, bacterial family Capulet.
(Γέλια)
(Laughter)
Όλα είναι καλά αρκεί να δουλεύουν μαζί. Τότε όμως συμβαίνει κάτι απροσδόκητο. Ο Ρομέο από τους Μοντέκους έχει σχέση με την Ιουλιέτα από τους Καπουλέτους.
Everything is fine, as long as they're working together. But then something unplanned happens. Romeo from Montague has a relationship with Juliet from Capulet.
(Γέλια)
(Laughter)
Και ναι, μοιράζονται γενετικό υλικό.
And yes, they share genetic material.
(Γέλια)
(Laughter)
Η ανταλλαγή γονιδίων ίσως να είναι επικίνδυνη για τους Μοντέκους που έχουν τη φιλοδοξία να είναι η μόνη οικογένεια που έχει μολύνει τον ασθενή και η ανταλλαγή γονιδίων συμβάλλει στο να αναπτύξουν οι Καπουλέτοι ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά. Έτσι οι Μοντάκοι αρχίζουν να μιλούν για να ξεφορτωθούν την άλλη οικογένεια ελευθερώνοντας αυτό το μόριο.
Now, this gene transfer can be dangerous to the Montagues that have the ambition to be the only family in the patient they have infected, and sharing genes contributes to the Capulets developing resistance to antibiotics. So the Montagues start talking internally to get rid of this other family by releasing this molecule.
(Γέλια)
(Laughter)
Με αυτόν τον υπότιτλο:
And with subtitles:
[Ας οργανώσουμε επίθεση]
[Let us coordinate an attack.]
(Γέλια)
(Laughter)
Ας οργανώσουμε επίθεση. Και αμέσως όλοι ανταποκρίνονται ελευθερώνοντας δηλητήριο που θα σκοτώσει την άλλη οικογένεια.
Let's coordinate an attack. And then everybody at once responds by releasing a poison that will kill the other family.
[Εξουδετερώστε!]
[Eliminate!]
(Γέλια)
(Laughter)
Οι Καπουλέτοι απαντούν με αντεπίθεση.
The Capulets respond by calling for a counterattack.
[Αντεπίθεση!]
[Counterattack!]
Κι έτσι έχουν μάχη.
And they have a battle.
Εδώ είναι αληθινά βακτήρια που μονομαχούν με οργανίδια που μοιάζουν με ξίφη προσπαθώντας να σκοτώσουν το ένα το άλλο με το να μαχαιρώνουν και να διαρρηγνύουν το ένα το άλλο. Όποιου η οικογένεια νικήσει γίνεται το κυρίαρχο βακτήριο.
This is a video of real bacteria dueling with swordlike organelles, where they try to kill each other by literally stabbing and rupturing each other. Whoever's family wins this battle becomes the dominant bacteria.
Αυτό που κάνω λοιπόν είναι να εντοπίζω βακτηριακές συζητήσεις που οδηγούν σε διάφορες συλλογικές συμπεριφορές όπως η μάχη που είδατε. Αυτό που έκανα ήταν να κατασκοπεύσω βακτηριακές κοινότητες μέσα στο ανθρώπινο σώμα σε ασθενείς σε ένα νοσοκομείο. Παρακολούθησα 62 ασθενείς σε ένα πείραμα όπου εξέτασα τα δείγματα των ασθενών για μία συγκεκριμένη μόλυνση, δίχως να ξέρω τα αποτελέσματα των παραδοσιακών διαγνωστικών εξετάσεων.
So what I can do is to detect bacterial conversations that lead to different collective behaviors like the fight you just saw. And what I did was to spy on bacterial communities inside the human body in patients at a hospital. I followed 62 patients in an experiment, where I tested the patient samples for one particular infection, without knowing the results of the traditional diagnostic test.
Στις βακτηριακές διαγνώσεις ένα δείγμα απλώνεται πάνω σε ένα τρυβλίο και αν το βακτήριο μεγαλώσει μέσα σε πέντε μέρες τότε ο ασθενής διαγιγνώσκεται μολυσμένος. Όταν τελείωσα την έρευνα και συνέκρινα τα αποτελέσματα του εργαλείου με τις παραδοσιακές διαγνώσεις και τους ελέγχους εγκυρότητας έπαθα σοκ. Ήταν πολύ πιο εντυπωσιακά απ' ότι περίμενα.
Now, in bacterial diagnostics, a sample is smeared out on a plate, and if the bacteria grow within five days, the patient is diagnosed as infected. When I finished the study and I compared the tool results to the traditional diagnostic test and the validation test, I was shocked. It was far more astonishing than I had ever anticipated.
Προτού όμως σας πω τι αποκάλυψε το εργαλείο θα ήθελα να σας πω για έναν ιδιαίτερο ασθενή που παρακολούθησα ένα μικρό κορίτσι. Είχε κυστική ίνωση, μια γενετική ασθένεια που κάνει τα πνευμόνια ευαίσθητα σε βακτηριακές λοιμώξεις. Το κορίτσι δεν ήταν μέρος της κλινικής δοκιμής. Την παρακολούθησα διότι ήξερα από το ιατρικό της ιστορικό ότι δεν είχε ποτέ κάποια μόλυνση. Μία φορά το μήνα πήγαινε στο νοσοκομείο για να αφήσει δείγμα σιέλου σε ένα κύπελλο. Αυτό το δείγμα μεταφερόταν για βακτηριακή ανάλυση στο κεντρικό εργαστήριο ώστε οι γιατροί να δράσουν αμέσως εάν ανακάλυπταν κάποια μόλυνση. Αυτό μου επέτρεψε να δοκιμάσω τη συσκευή μου στα δείγματά της.
But before I tell you what the tool revealed, I would like to tell you about a specific patient I followed, a young girl. She had cystic fibrosis, a genetic disease that made her lungs susceptible to bacterial infections. This girl wasn't a part of the clinical trial. I followed her because I knew from her medical record that she had never had an infection before. Once a month, this girl went to the hospital to cough up a sputum sample that she spit in a cup. This sample was transferred for bacterial analysis at the central laboratory so the doctors could act quickly if they discovered an infection. And it allowed me to test my device on her samples as well.
Τους πρώτους δύο μήνες τα δείγματά της δεν έδειξαν κάτι. Τον τρίτο μήνα όμως, ανακάλυψα μια βακτηριακή κουβεντούλα στο δείγμα της. Τα βακτήρια οργανώνονταν για να βλάψουν τον ιστό των πνευμόνων της. Η παραδοσιακή διαγνωστική όμως δεν έδειξε καθόλου βακτήρια. Έκανα μετρήσεις και τον επόμενο μήνα και είδα ότι η βακτηριακή συζήτηση έγινε ακόμη πιο επιθετική. Πάλι, η παραδοσιακή διαγνωστική δεν έδειξε κάτι. Η έρευνά μου τελείωσε, αλλά μισό χρόνο μετά, ενημερώθηκα για την κατάστασή της για να δω αν τα βακτήρια για τα οποία μόνο εγώ ήξερα είχαν εξαφανιστεί χωρίς ιατρική παρέμβαση. Δεν είχαν. Όμως το κορίτσι είχε τώρα διαγνωστεί με σοβαρή λοίμωξη θανάσιμων βακτηρίων. Ήταν τα ίδια ακριβώς βακτήρια που είχε ανακαλύψει το εργαλείο μου νωρίτερα. Παρά την επιθετική αντιβιοτική θεραπεία ήταν αδύνατο να εξουδετερωθεί η λοίμωξη. Οι γιατροί έκριναν ότι δεν θα έφτανε να γίνει 20.
The first two months I measured on her samples, there was nothing. But the third month, I discovered some bacterial chatter in her sample. The bacteria were coordinating to damage her lung tissue. But the traditional diagnostics showed no bacteria at all. I measured again the next month, and I could see that the bacterial conversations became even more aggressive. Still, the traditional diagnostics showed nothing. My study ended, but a half a year later, I followed up on her status to see if the bacteria only I knew about had disappeared without medical intervention. They hadn't. But the girl was now diagnosed with a severe infection of deadly bacteria. It was the very same bacteria my tool discovered earlier. And despite aggressive antibiotic treatment, it was impossible to eradicate the infection. Doctors deemed that she would not survive her 20s.
Όταν έκανα μετρήσεις στα δείγματά της το εργαλείο μου ήταν ακόμη σε αρχικό στάδιο. Δεν ήξερα καν ότι η μέθοδός μου δουλεύει έτσι είχα συμφωνήσει με τους γιατρούς να μην τους πω τις ανακαλύψεις μου για να μην διακινδυνεύσω τη θεραπεία. Όταν είδα λοιπόν τα αποτελέσματα που δεν ήταν καν επιβεβαιωμένα δεν τόλμησα να πω κάτι διότι το να δώσεις θεραπεία σε ασθενή χωρίς κάποια λοίμωξη έχει επίσης αρνητικές συνέπειες για τον ασθενή. Τώρα όμως ξέρουμε καλύτερα και είναι πολλά τα νέα αγόρια και κορίτσια που μπορεί να σωθούν γιατί δυστυχώς αυτό το σενάριο συμβαίνει πολύ συχνά. Οι ασθενείς μολύνονται, τα βακτήρια κάπως δεν φαίνονται στις παραδοσιακές διαγνωστικές εξετάσεις και ξαφνικά η λοίμωξη ξεσπάει στον ασθενή με σοβαρά συμπτώματα. Σε αυτό το σημείο, είναι ήδη πολύ αργά.
When I measured on this girl's samples, my tool was still in the initial stage. I didn't even know if my method worked at all, therefore I had an agreement with the doctors not to tell them what my tool revealed in order not to compromise their treatment. So when I saw these results that weren't even validated, I didn't dare to tell because treating a patient without an actual infection also has negative consequences for the patient. But now we know better, and there are many young boys and girls that still can be saved because, unfortunately, this scenario happens very often. Patients get infected, the bacteria somehow don't show on the traditional diagnostic test, and suddenly, the infection breaks out in the patient with severe symptoms. And at that point, it's already too late.
Τα αναπάντεχα αποτελέσματα των 62 ασθενών που παρακολούθησα ήταν ότι η συσκευή μου έπιασε βακτηριακές συζητήσεις σε παραπάνω από τα μισά δείγματα των ασθενών που είχαν διαγνωστεί αρνητικά με τις παραδοσιακές μεθόδους. Με άλλα λόγια, παραπάνω από τους μισούς γύρισαν σπίτι σκεπτόμενοι ότι δεν είχαν κάποια λοίμωξη, παρ' όλο που κουβαλούσαν επικίνδυνα βακτήρια. Μέσα σε αυτούς τους ασθενείς με λάθος διαγνώσεις τα βακτήρια οργάνωναν μια συγχρονισμένη επίθεση. Ψιθύριζαν το ένα στο άλλο. Αυτό που αποκαλώ «ψίθυρο βακτηρίων» είναι τα βακτήρια που οι παραδοσιακές μέθοδοι δεν μπορούν να διαγνώσουν. Μέχρι στιγμής, μόνο το μεταφραστικό εργαλείο πιάνει τέτοιους ψιθύρους. Θεωρώ πως αυτό το χρονικό διάστημα κατά το οποίο τα βακτήρια ακόμη ψιθυρίζουν είναι μια ευκαιρία για στοχευμένη θεραπεία. Αν το κορίτσι είχε λάβει θεραπεία σε αυτό το διάστημα ίσως να ήταν δυνατόν να σκοτωθούν τα βακτήρια στο αρχικό τους στάδιο πριν η λοίμωξη ξεφύγει.
The surprising result of the 62 patients I followed was that my device caught bacterial conversations in more than half of the patient samples that were diagnosed as negative by traditional methods. In other words, more than half of these patients went home thinking they were free from infection, although they actually carried dangerous bacteria. Inside these wrongly diagnosed patients, bacteria were coordinating a synchronized attack. They were whispering to each other. What I call "whispering bacteria" are bacteria that traditional methods cannot diagnose. So far, it's only the translation tool that can catch those whispers. I believe that the time frame in which bacteria are still whispering is a window of opportunity for targeted treatment. If the girl had been treated during this window of opportunity, it might have been possible to kill the bacteria in their initial stage, before the infection got out of hand.
Μετά την εμπειρία μου με αυτό το κορίτσι αποφάσισα να κάνω ό,τι μπορώ για να προωθήσω αυτήν την τεχνολογία στα νοσοκομεία. Μαζί με τους γιατρούς, δουλεύω ήδη για την εγκατάσταση του εργαλείου στις κλινικές για τη διάγνωση πρώιμων λοιμόξεων.
What I experienced with this young girl made me decide to do everything I can to push this technology into the hospital. Together with doctors, I'm already working on implementing this tool in clinics to diagnose early infections.
Παρ' όλο που ακόμη οι γιατροί δεν ξέρουν πώς να αντιμετωπίσουν τους ασθενείς κατά τη διάρκεια της φάσης των ψιθύρων το εργαλείο επιτρέπει στους γιατρούς να παρακολουθούν στενά τους ευάλωτους ασθενείς. Θα μπορέσουν να επιβεβαιώσουν εάν η θεραπεία πιάνει ή όχι και θα μπορέσουν να απαντήσουν σε απλές ερωτήσεις: Είναι μολυσμένος ο ασθενής; Και τι σχεδιάζουν τα βακτήρια;
Although it's still not known how doctors should treat patients during the whispering phase, this tool can help doctors keep a closer eye on patients in risk. It could help them confirm if a treatment had worked or not, and it could help answer simple questions: Is the patient infected? And what are the bacteria up to?
Τα βακτήρια μιλάνε, κάνουν μυστικά σχέδια και στέλνουν εμπιστευτικές πληροφορίες το ένα στο άλλο. Όμως, δεν τα πιάνουμε απλώς να ψιθυρίζουν μπορούμε να μάθουμε τη μυστική τους γλώσσα και να ψιθυρίζουμε κι εμείς στη γλώσσα των βακτηρίων. Κι όπως λένε και τα βακτήρια, «3-οξο-Ν-φαινυλ-δωδεκαναμίδη».
Bacteria talk, they make secret plans, and they send confidential information to each other. But not only can we catch them whispering, we can all learn their secret language and become ourselves bacterial whisperers. And, as bacteria would say, "3-oxo-C12-aniline."
(Γέλια)
(Laughter)
(Χειροκρότημα)
(Applause)
Ευχαριστώ.
Thank you.