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.
Nie znacie ich. Nie można ich zobaczyć. Ale zawsze są w pobliżu, szepczą, tworzą sekretne plany, budują armię z milionów żołnierzy. A kiedy zdecydują się zaatakować, wszyscy uderzają jednocześnie. Mówię o bakteriach.
(Laughter)
(Śmiech)
Who did you think I was talking about?
A o kim według was mówiłam?
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.
Bakterie żyją w populacjach, tak samo jak ludzie. Mają rodziny, rozmawiają, planują swoje zajęcia. Tak jak ludzie potrafią nabrać, oszukać, a niektóre nawet zdradzać siebie nawzajem. A jeśli wam powiem, że możemy słuchać rozmów bakterii i tłumaczyć ich tajne informacje na nasz język? Co wy na to, że tłumaczenie rozmów bakterii może ratować życie? Mam doktorat z nanofizyki, i używam nanotechnologii, aby stworzyć narzędzie do tłumaczenia mogące śledzić bakterie w czasie rzeczywistym i przekazać nagrania pokazujące, co bakterie knują.
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.
Bakterie są wszędzie. Są w ziemi, na naszych meblach, w naszych ciałach. Tak naprawdę, 90 procent wszystkich żywych komórek na tej sali to bakterie. Niektóre bakterie są dobre, pomagają nam trawić jedzenie albo wyprodukować antybiotyk. Niektóre bakterie są dla nas szkodliwe, powodują choroby i zabijają. Aby skoordynować wszystkie funkcje, bakterie muszą umieć organizować, i robią to tak jak ludzie, komunikując się. Ale zamiast używać słów, używają cząsteczek sygnalizujących do komunikacji między sobą. Kiedy bakterii jest mało, cząsteczki te po prostu rozchodzą się, jak krzyk samotnego człowieka na pustyni. Ale kiedy jest dużo bakterii, cząsteczki sygnalizujące gromadzą się i bakterie zaczynają wyczuwać, że nie są same. Słuchają siebie. W ten sposób sprawdzają, ile ich jest. A gdy jest ich wystarczająco dużo, aby mogły działać, a cząsteczki sygnalizujące osiągną daną ilość, wszystkie bakterie czują jednocześnie, że muszą działać tak samo.
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.
Rozmowy bakterii dotyczą inicjatyw i reakcji, produkcji cząsteczki i reakcji na tą zmianę. Moje badania koncentrują się na szpiegowaniu populacji bakterii w ciele człowieka. Jak to się robi? Mamy próbkę od pacjenta. Może to być krew lub ślina. Do próbki wstrzykujemy elektrony, elektrony współpracują z każdą obecną i porozumiewającą się cząsteczką, i ta współpraca dostarcza nam informacji o pochodzeniu bakterii, rodzaju komunikacji i ilości porozumiewających się bakterii.
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.
Ale jak wygląda ich komunikacja? Zanim stworzyłam to narzędzie, moim pierwszym założeniem było, że bakterie mają prymitywny język, jak niemowlęta nieumiejące jeszcze używać słów i zdań. Kiedy się śmieją, są szczęśliwe, kiedy płaczą, są smutne. Proste. Ale bakterie okazały się dużo mniej prymitywne niż myślałam. Cząsteczka nie jest jedynie cząsteczką. Może oznaczać wiele rzeczy w zależności od sytuacji, tak jak płacz niemowląt może mieć różne przyczyny: czasem niemowie jest głodne, czasem jest mu mokro, czasem coś je boli albo się czegoś boi. Rodzice umieją odczytać przyczyny płaczu. Żeby być narzędziem do tłumaczeń, musiałam umieć odczytać cząsteczki sygnalizujące i przetłumaczyć je w zależności od sytuacji. Kto wie? Może Google Translator też się dopasuje.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Pozwólcie, że podam przykład. Przyniosłam trochę trudnych do zrozumienia danych dla osób nieprzeszkolonych, ale popatrzcie.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Tutaj jest rodzina bakterii, która zainfekowała pacjenta. Nazwijmy ją rodziną Monteki. Dzielą się zasobami, rozmnażają się i rosną. Pewnego dnia, pojawia się nowy sąsiad, bakteryjna rodzina Kapuletów.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Wszystko jest w porządku, dopóki ze sobą współpracują. Ale nagle dzieje się coś nieplanowanego. Romeo Monteki wchodzi w związek z Julią z rodziny Kapuletów.
(Laughter)
(Śmiech)
And yes, they share genetic material.
Dzielą się materiałem genetycznym.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Transfer genów jest niebezpieczny dla rodziny Monteki, bo chcą być jedyną rodziną w zainfekowanym pacjencie, i dzielenie genów pomaga Kapuletom wykształcić odporność na antybiotyki. Więc rodzina Monteki zaczyna działać, aby pozbyć się tej drugiej rodziny poprzez uwolnienie tej cząsteczki.
(Laughter)
(Śmiech)
And with subtitles:
A z napisami:
[Let us coordinate an attack.]
[Pozwólcie nam zaatakować.]
(Laughter)
(Śmiech)
Let's coordinate an attack. And then everybody at once responds by releasing a poison that will kill the other family.
Pozwólcie nam zaatakować. I wtedy wszyscy jednocześnie odpowiadają wypuszczeniem trucizny, która zabije tamtą rodzinę.
[Eliminate!]
[Wyeliminować!]
(Laughter)
(Śmiech)
The Capulets respond by calling for a counterattack.
Rodzina Kapuletów odpowiada wezwaniem do kontrataku.
[Counterattack!]
[Kontratakujcie!]
And they have a battle.
I mają wojnę.
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.
To wideo pokazuje prawdziwe bakterie uzbrojone w organella przypominające broń, kiedy próbują się pozabijać przez dosłowne dźgnięcia i wzajemne rozrywanie siebie. Rodzina bakterii, która wygra tę bitwę zacznie dominować.
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.
Mogę odczytać rozmowy bakterii prowadzące do grupowych zachowań, takich jak ta walka. Zrobiłam to, szpiegując populacje bakterii w ciałach pacjentów w szpitalu. W eksperymencie obserwowałam 62 pacjentów, testując próbki pobrane od nich na jedną konkretną infekcję, nie znając wyników tradycyjnych testów diagnostycznych.
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.
W bakteryjnej diagnostyce próbka jest rozprowadzana na płytce i jeśli bakterie się wyhodują w ciągu pięciu dni, pacjent jest zdiagnozowany jako zarażony. Po skończeniu badań i porównaniu wyników z tradycyjnymi wynikami testów walidacyjnych i diagnostycznych, byłam zszokowana. To było o wiele bardziej zdumiewające, niżbym to kiedykolwiek przewidziała.
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.
Ale zanim powiem, co to urządzenie ujawniło, Chciałabym opowiedzieć o pacjentce, którą śledziłam, pewnej dziewczynce. Chorowała na mukowiscydozę, chorobę genetyczną, przez którą płuca są bardziej podatne na infekcje. Dziewczynka nie była częścią badań klinicznych. Śledziłam jej chorobę, bo dokumentacja medycznej wskazywała, że nigdy wcześniej nie miała infekcji. Co miesiąc była w szpitalu, aby oddać próbki śliny. Próbka do analizy bakteryjnej była wysyłana do głównego laboratorium, aby lekarze mogli szybko działać w razie wykrycia infekcji. Pozwalało mi to jednocześnie testować moje urządzenie.
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.
Przez pierwsze dwa miesiące moje badania niczego nie wykryły. Ale trzeciego miesiąca, zauważyłam jakieś rozmowy bakterii. Bakterie współpracowały, aby zniszczyć jej tkanki płucne. Tradycyjna diagnostyka nie wykrywała żadnych bakterii. Zrobiłam kolejne badanie miesiąc później i widziałam, że komunikacja bakterii się nasiliła. Tak jak wcześniej tradycyjna diagnostyka nic nie wykryła. Wtedy zakończyłam badania. Pół roku później sprawdziłam jej stan, aby sprawdzić, czy bakterie o których tylko ja wiedziałam, zniknęły bez żadnej medycznej interwencji. Nie zniknęły. A u dziewczynki zdiagnozowano ciężkie zakażenie śmiertelną bakterią. To była ta sama bakteria, którą wcześniej wykryło moje narzędzie. Mimo intensywnej kuracji antybiotykowej, nie udało się zwalczyć zakażenia. Lekarze uznali, że nie dożyje dwudziestki.
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.
Kiedy testowałam próbki tej dziewczynki, moje narzędzie było w początkowej fazie. Nawet nie wiedziałam, czy moja metoda działa, dlatego uzgodniłam z lekarzami, że nie będę mówić o moich wynikach, żeby nie narażać na szwank ich leczenia. Więc kiedy zobaczyłam wyniki, które nie były zatwierdzone, nie śmiałam ich informować, bo leczenie pacjenta bez faktycznej infekcji też ma negatywne skutki dla pacjenta. Teraz wiemy lepiej. Jest tyle młodych chłopców i dziewczynek, których możemy uratować, bo niestety taki scenariusz często się powtarza. Pacjenci są zarażani, bakterie nie są wykrywane tradycyjnymi metodami i nagle infekcja rozprzestrzenia się z ciężkimi objawami w pacjencie. A w tym momencie, jest już za późno.
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.
Zaskakujące było to, że spośród 62 pacjentów, których obserwowałam, moje urządzenie wykryło rozmowy bakterii w ponad połowie próbek pacjentów zdiagnozowanych negatywnie tradycyjnymi metodami. Innymi słowy, więcej niż połowa tych pacjentów wróciła do domu, myśląc, że nie mieli infekcji, mimo że byli nosicielami niebezpiecznych bakterii. Wewnątrz tych źle zdiagnozowanych pacjentów, bakterie koordynowały jednoczesny atak. Szeptały do siebie. "Szeptającymi bakteriami" nazywam bakterie, które nie są diagnozowane tradycyjnymi metodami. Jak dotąd, tylko to narzędzie potrafi wykryć te szepty. Wierzę, że czas kiedy bakterie wciąż szepczą, jest szansą na ukierunkowane leczenie. Gdyby ta dziewczynka była leczona w tej ramie czasowej, być może zabicie bakterii byłoby możliwe w początkowej fazie, zanim infekcja wymknęła się spod kontroli.
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.
Doświadczenie z dziewczynką skłoniło mnie do zrobienia wszystkiego, co w mojej mocy, aby wprowadzić tą technologię do szpitali. Wraz z lekarzami już pracuję nad wdrażaniem tego narzędzia w klinikach, aby rozpoznawać wczesne infekcje.
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?
Mimo że jeszcze nie wiadomo, jak lekarze powinni leczyć pacjentów, podczas fazy szeptania bakterii, to narzędzie może pomóc lekarzom mieć oko na pacjentów z ryzykiem infekcji. Mogłoby pomóc lekarzom potwierdzić, czy leczenie się udało lub nie, i pomóc odpowiedzieć na proste pytania: Czy pacjent jest zarażony? Jakie są zamiary bakterii?
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."
Bakterie rozmawiają, knują sekretne plany i wysyłają do siebie poufne informacje. Możemy zrobić więcej niż tylko wykrywać ich szeptanie, możemy się nauczyć ich sekretnego języka i stać się szeptem bakterii, I tak jak bakterie powiedzieć, "3-okso-C12-anilina."
(Laughter)
(Śmiech)
(Applause)
(Brawa)
Thank you.
Dziękuję