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.
Non li conoscete. Non li vedete. Ma sono sempre intorno a noi, sussurrano, escogitano piani segreti, costruiscono eserciti con milioni di soldati. E quando decidono di attaccare, attaccano tutti nello stesso momento. Mi riferisco ai batteri.
(Laughter)
(Risate)
Who did you think I was talking about?
Di chi pensavate stessi parlando?
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.
I batteri vivono in comunità proprio come gli umani. Hanno una famiglia, parlano, e pianificano le loro azioni. E proprio come gli umani, ingannano, seducono, e alcuni potrebbero anche tradirsi a vicenda. E se vi dicessi che possiamo ascoltare le conversazioni dei batteri e tradurre queste informazioni riservate in linguaggio umano? E se vi dicessi che tradurre conversazioni tra batteri può salvare delle vite? Ho un dottorato in nanofisica, e ho usato la nanotecnologia per sviluppare un traduttore istantaneo in grado di spiare le comunità di batteri e fornire registrazioni per capire cosa stiano combinando.
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.
I batteri vivono dappertutto. Sono nel terreno, sui mobili e dentro il nostro corpo. In effetti, il 90% delle cellule vive presenti in questo teatro sono batteriche. Alcuni batteri sono “buoni”; ci aiutano a digerire il cibo e produrre antibiotici. Mentre altri sono “cattivi”; causano malattie e morte. Per coordinare tutte queste funzioni, devono essere in grado di organizzarsi, e lo fanno proprio come gli umani: comunicando. Ma anziché usare le parole, usano le molecole di segnalazione per comunicare gli uni con gli altri. Quando i batteri sono pochi, queste molecole si disperdono, come le urla di un uomo da solo nel deserto. Ma quando i batteri sono molti, le molecole segnale si accumulano, e i batteri percepiscono di non essere soli. Si ascoltano a vicenda. Così, tengono il conto di quanti sono e quando sono abbastanza per lanciare un attacco. E quando le molecole di segnalazione raggiungono un certo numero, i batteri percepiscono tutti insieme che devono agire tutti nello stesso modo.
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.
Quindi le conversazioni fra batteri consistono di iniziativa e reazione: la produzione di una molecola e la risposta ad essa. Nelle mie ricerche, mi sono concentrata sull’osservazione di comunità batteriche all’interno del corpo umano. Come funziona? Prendiamo un campione da un paziente, di saliva o di sangue. Introduciamo elettroni nel campione, che interagiranno con qualsiasi molecola di segnalazione presente, e questa interazione ci fornirà informazioni sull’identità dei batteri, il tipo di comunicazione, e quanto i batteri stanno parlando.
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.
Ma cosa succede quando i batteri comunicano? Prima di sviluppare il traduttore, la mia ipotesi era che i batteri avessero un linguaggio primitivo, come bambini che ancora non pronunciano parole e frasi complete. Quando ridono, sono felici; quando piangono, sono tristi. Molto semplice. Ma a quanto pare i batteri non sono affatto primitivi come immaginavo. Una molecola non è solo una molecola. Può significare varie cose a seconda del contesto, così come il pianto dei bambini non ha un solo significato: a volte il bambino ha fame, o ha il pannolino sporco, oppure gli fa male qualcosa, o è spaventato. I genitori sanno come interpretare il pianto. E per essere un traduttore efficace, aveva bisogno di decodificare le molecole di segnalazione e tradurle a seconda del contesto. E chi lo sa? Magari fra un po’ lo farà anche Google Translate.
(Laughter)
[Linguaggio batterico] (Risate)
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.
Vi faccio un esempio. Qui ho dei dati sui batteri che sono un po’ complicati se non ci siete abituati, ma provate a dare un’occhiata.
(Laughter)
(Risate)
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.
Ecco una famigliola felice di batteri che ha infettato un paziente. Chiamiamola la famiglia Montecchi. Condividono le loro risorse, si riproducono e crescono. Un giorno arrivano i nuovi vicini, la famiglia batterica Capuleti.
(Laughter)
(Risate)
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.
Ed è tutto a posto, almeno finché lavorano insieme. Ma poi accade l’inaspettato. Romeo dei Montecchi ha una relazione con Giulietta dei Capuleti.
(Laughter)
(Risate)
And yes, they share genetic material.
E sì, si trasferiscono materiale genetico.
(Laughter)
(Risate)
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.
Ora, questo trasferimento genico è rischioso per i Montecchi, che ambiscono a essere l’unica famiglia nel paziente infettato, e condividere i geni aiuta i Capuleti a sviluppare la resistenza agli antibiotici. Così i Montecchi iniziano a parlare fra di loro per sbarazzarsi di quest’altra famiglia rilasciando questa molecola.
(Laughter)
(Risate)
And with subtitles:
E con i sottotitoli:
[Let us coordinate an attack.]
[Coordiniamo un attacco.]
(Laughter)
(Risate)
Let's coordinate an attack. And then everybody at once responds by releasing a poison that will kill the other family.
Coordiniamo un attacco. E poi tutti rispondono all’unisono rilasciando un veleno che ucciderà l’altra famiglia.
[Eliminate!]
[Eliminiamoli!]
(Laughter)
(Risate)
The Capulets respond by calling for a counterattack.
I Capuleti rispondono invocando il contrattacco.
[Counterattack!]
[Contrattacco!]
And they have a battle.
E combattono.
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.
Questo è un vero video di batteri che combattono con organuli simili a spade, e provano ad uccidersi proprio trafiggendosi e ferendosi a vicenda. La famiglia che vince questa battaglia diventa il batterio dominante.
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.
Ciò che posso fare è individuare le conversazioni batteriche che portano ai diversi comportamenti, come la lotta che avete appena visto. E ciò che ho fatto è stato spiare le comunità batteriche all’interno del corpo umano nei pazienti di un ospedale. Ho coinvolto 62 pazienti in un esperimento nel quale ho testato i loro campioni per una particolare infezione, senza conoscere i risultati del test diagnostico tradizionale.
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.
Ora, nella diagnostica batterica, un campione viene fissato su una piastra, e se entro cinque giorni si sviluppano dei batteri, il paziente è dichiarato infetto. Quando ho concluso lo studio e ho confrontato i miei risultati con il test diagnostico e di validazione tradizionale, ero scioccata. Era molto più sorprendente di quanto mi aspettassi.
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.
Ma prima di dirvi cosa ha rivelato lo strumento, vi parlerò di uno dei pazienti che ho seguito, una ragazza. Aveva la fibrosi cistica, una malattia genetica che rendeva i suoi polmoni sensibili a infezioni batteriche. La ragazza non faceva parte del trial clinico. L’ho seguita perché sapevo dal suo fascicolo sanitario che non aveva mai contratto un’infezione. Una volta al mese, questa ragazza andava in ospedale a depositare un campione di espettorato. Questo campione veniva trasferito al laboratorio centrale per l’analisi batterica, in modo che i dottori potessero intervenire subito in caso di infezione. E questo mi consentiva di usarlo per testare il mio dispositivo.
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.
Per i primi due mesi, non ho trovato nulla nei suoi campioni. Ma il terzo mese, ho individuato nei suoi campioni una conversazione fra batteri. Si stavano coordinando per danneggiare i tessuti dei suoi polmoni. Ma la diagnostica tradizionale non mostrava alcun segno di batteri. Ho ripetuto l’analisi il mese successivo e ho constatato che le conversazioni dei batteri si erano fatte più aggressive. Eppure, la diagnostica tradizionale non mostrava nulla. Il mio studio si è concluso, ma sei mesi dopo, mi sono informata su di lei per sapere se i batteri di cui solo io sapevo erano spariti senza alcuna terapia. Erano ancora lì. E alla ragazza era stata diagnosticata una grave infezione causata da batteri mortali. Proprio gli stessi batteri che aveva individuato il mio strumento. E nonostante il trattamento antibiotico aggressivo, era impossibile sradicare questa infezione. I medici avevano dichiarato che non avrebbe raggiunto i 30 anni.
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.
Quando avevo analizzato i suoi campioni, il mio strumento era ancora nuovo. Non sapevo nemmeno se il mio metodo avrebbe funzionato, perciò ero d’accordo con i dottori sul non rivelar loro le mie scoperte così da non compromettere i loro trattamenti. Quindi vedendo questi risultati non ancora nemmeno validati non ho detto nulla, perché anche curare un paziente che non ha davvero un’infezione può avere conseguenze negative. Ma ora ne sappiamo di più, e ci sono molti altri ragazzi e ragazze che possiamo ancora salvare, perché, purtroppo, è qualcosa che accade spesso. I pazienti vengono infettati, in qualche modo i batteri non vengono rilevati, e poi, all’improvviso, l’infezione si rivela con sintomi gravi. E a quel punto, è già troppo tardi.
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.
Il risultato sorprendente dei miei 62 pazienti è che il mio strumento rilevava conversazioni batteriche in più della metà dei campioni che con i metodi tradizionali risultavano negativi. Ovvero, più della metà di questi pazienti tornava a casa pensando di non avere infezioni, quando invece erano portatori di batteri pericolosi. Dentro questi pazienti con una diagnosi errata i batteri preparavano un attacco sincronizzato. Si parlavano sussurrando. Li chiamo “batteri sussurratori”, e sono batteri che non sono rilevabili dai metodi tradizionali. Per ora, solo questo traduttore può captare i loro sussurri. Ritengo che il lasso di tempo in cui i batteri stanno ancora sussurrando sia un’apertura per un trattamento mirato. Se la ragazza fosse stata curata in questo lasso di tempo, forse sarebbe stato possibile eliminare i batteri nello stadio iniziale, prima che l’infezione andasse fuori controllo.
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.
Quello che ho vissuto con questa ragazza mi ha convinta a fare tutto ciò che posso per portare questa tecnologia negli ospedali. Insieme ai dottori, sto lavorando per implementare questo strumento nelle cliniche ed effettuare diagnosi precoci.
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?
Anche se non sappiamo ancora come dovremmo curare i pazienti durante la fase dei “sussurri”, questo strumento può aiutare i dottori a tenere d’occhio i pazienti a rischio. Potrebbe aiutarli a confermare il funzionamento di un trattamento, e potrebbe aiutare a rispondere a queste semplici domande: Il paziente è infetto? E cosa stanno combinando i batteri?
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."
I batteri parlano, escogitano piani segreti, e si inviano informazioni riservate. Ma non solo possiamo scoprirli mentre sussurrano; possiamo anche imparare il loro linguaggio segreto e diventare noi stessi “sussurratori di batteri”. E, come direbbero i batteri, “3-ossi-C12-anilina”.
(Laughter)
[Fine]
(Risate)
(Applause)
(Applausi)
Thank you.
Vi ringrazio.