Wie geht es, wie lässt sich die uns umgebende Flora an Viren erforschen und damit der Medizin helfen? Wir können wir unser gesamtes virologisches Wissen in ein einfaches, tragbares Diagnosegerät stecken? Ich möchte alles, was wir im Moment über die Entdeckung von Viren und das Virenspektrum hier draußen wissen in, sagen wir, einen kleinen Chip stecken.
How can we investigate this flora of viruses that surround us, and aid medicine? How can we turn our cumulative knowledge of virology into a simple, hand-held, single diagnostic assay? I want to turn everything we know right now about detecting viruses and the spectrum of viruses that are out there into, let's say, a small chip.
Als wir anfangs über dieses Projekt nachdachten -- wie wir ein einziges Diagnosearray schaffen können, um damit gleichzeitig alle Pathogene zu prüfen -- nun da gab es einige Probleme mit dieser Idee. Erstens sind Viren ganz schön komplex, dann verändern sie sich auch sehr schnell. Hier ist ein Picornavirus. Picornaviren -- sie umfassen Dinge wie Erkältung und Polio, solche Sachen. Sie sehen hier die Außenhülle des Virus, das Gelbe sind die Teile des Virus, die sich sehr schnell entwickeln, während die blauen Teile recht langsam sind. Wenn wir über die Herrstellung pan-viraler Nachweisreagenzen nachdenken, dann ist normalerweise die schnelle Entwicklung das Problem denn wie können wir Dinge entdecken, die sich ständig ändern? Doch ist Evolution ein Gleichgewicht: Wo es schnellen Wandel gib, gibt es auch das Ultrakonservative -- Dinge, die sich fast nie ändern.
When we started thinking about this project -- how we would make a single diagnostic assay to screen for all pathogens simultaneously -- well, there's some problems with this idea. First of all, viruses are pretty complex, but they're also evolving very fast. This is a picornavirus. Picornaviruses -- these are things that include the common cold and polio, things like this. You're looking at the outside shell of the virus, and the yellow color here are those parts of the virus that are evolving very, very fast, and the blue parts are not evolving very fast. When people think about making pan-viral detection reagents, usually it's the fast-evolving problem that's an issue, because how can we detect things if they're always changing? But evolution is a balance: where you have fast change, you also have ultra-conservation -- things that almost never change.
Also schauten wir uns das etwas genauer an, dazu werde ich Ihnen jetzt Daten zeigen. Das sind Dinge, die Sie vom Schreibtisch aus am Computer tun können. Ich nahm ein paar von diesen kleinen Picornaviren, wie Erkältung, Polio und so weiter, die ich einfach in kleine Segmente zerlegte, dann nahm ich das erste Muster, den Coxsackievirus, und zerlegte ihn in kleine Fenster. Ich färbte diese kleinen Fenster blau, wenn ein anderer Virus eine identische Sequenz in seinem Genom aufweis. Diese Sequenzen hier oben -- die übrigens nicht einmal für Protein kodieren --- sind bei allen fast völlig identisch; damit konnte ich diese Sequenz als Markierung benutzen um ein großes Virenspektrum zu entdecken, ganz ohne Einzeluntersuchung. Hier herrscht große Diversität: hier entwickeln sich die Dinge rasant. Unten ist die Entwicklung langsamer: geringere Diversität.
And so we looked into this a little more carefully, and I'm going to show you data now. This is just some stuff you can do on the computer from the desktop. I took a bunch of these small picornaviruses, like the common cold, like polio and so on, and I just broke them down into small segments. And so took this first example, which is called coxsackievirus, and just break it into small windows. And I'm coloring these small windows blue if another virus shares an identical sequence in its genome to that virus. These sequences right up here -- which don't even code for protein, by the way -- are almost absolutely identical across all of these, so I could use this sequence as a marker to detect a wide spectrum of viruses, without having to make something individual. Now, over here there's great diversity: that's where things are evolving fast. Down here you can see slower evolution: less diversity.
Wenn wir hier also, sagen wir, beim akuten Bienenparalyse-Virus herauskommen -- bestimmt nicht gut, wenn man eine Biene ist -- gleicht dieser Virus dem Coxsackievirus kaum. Aber ich garantiere Ihnen, dass die am meisten konservierten Sequenzen unter diesen Viren rechts auf dem Bildschirm hier oben in identischen Regionen liegen. So können wir diese Regionen der Ultra-Konservierung durch Evolution einkapseln, -- wie sich diese Viren entwickelt haben -- indem wir in diesen Regionen einfach DNA- oder RNA-Elemente wählen, die wir auf unserem Chip als Nachweisreagenzen darstellen.
Now, by the time we get out here to, let's say, acute bee paralysis virus -- probably a bad one to have if you're a bee --- this virus shares almost no similarity to coxsackievirus, but I can guarantee you that the sequences that are most conserved among these viruses on the right-hand of the screen are in identical regions right up here. And so we can encapsulate these regions of ultra-conservation through evolution -- how these viruses evolved -- by just choosing DNA elements or RNA elements in these regions to represent on our chip as detection reagents.
Ok, genau das haben wir getan, aber wie sollen wir's machen? Nun, seit langem, seit ich im Graduiertenkolleg war, habe ich mit DNA-Chips herum gespielt -- d.h. ich habe DNA auf Glas gedruckt. Genau das sehen Sie hier. Diese kleinen Salzpunkte sind einfach auf Glas geheftete DNA, davon kann ich tausende auf unseren Glaschip setzen und sie als Nachweisreagenzen verwenden. Wir brachten unseren Chip zu Hewlett-Packard und nutzen ihr Rasterkraftmikroskop auf einem dieser Punkte, und das sehen Sie: Man sieht tatsächlich die DNA-Stränge flach auf dem Glas liegen. Wir drucken also einfach DNA auf Glas -- kleine flache Dinger -- und das werden die Pathogenmarkierungen. OK, im Labor fertige ich kleine Roboter an, die diese Chips bauen, beim Verbreiten von Technologie bin ich dick dabei. Wenn Sie genug Geld haben, können Sie einen Camry kaufen, Sie können aber auch so einen bauen, so stellten wir eine ausführliche Anleitung ins Web, völlig kostenlos, aus Grundmaterialien von der Stange -- Sie können Ihre DNA-Array-Maschine in Ihrer Garage basteln. Hier ist der Abschnitt über den überaus wichtigen Notausknopf. (Lachen) Jede wichtige Maschine braucht einen großen roten Knopf. Aber eigentlich ist sie recht robust. Sie können einen DNA-Chip in Ihrer Garage herstellen, schnell ein paar genetische Programme dekodieren. Macht Spass. (Lachen)
OK, so that's what we did, but how are we going to do that? Well, for a long time, since I was in graduate school, I've been messing around making DNA chips -- that is, printing DNA on glass. And that's what you see here: These little salt spots are just DNA tacked onto glass, and so I can put thousands of these on our glass chip and use them as a detection reagent. We took our chip over to Hewlett-Packard and used their atomic force microscope on one of these spots, and this is what you see: you can actually see the strands of DNA lying flat on the glass here. So, what we're doing is just printing DNA on glass -- little flat things -- and these are going to be markers for pathogens. OK, I make little robots in lab to make these chips, and I'm really big on disseminating technology. If you've got enough money to buy just a Camry, you can build one of these too, and so we put a deep how-to guide on the Web, totally free, with basically order-off-the-shelf parts. You can build a DNA array machine in your garage. Here's the section on the all-important emergency stop switch. (Laughter) Every important machine's got to have a big red button. But really, it's pretty robust. You can actually be making DNA chips in your garage and decoding some genetic programs pretty rapidly. It's a lot of fun. (Laughter)
Wir fingen erst einmal -- ein wirklich cooles Projekt -- mit einem Chip für Atemwegsviren an. Davon habe ich gesprochen -- Kennen Sie diese Situation, wenn Sie im Krankenhaus keine Diagnose erhalten? Wir setzten im Grunde alle Viren für menschliche Atemwegserkrankungen auf einen Chip, und oben drauf noch Herpes -- warum denn nicht? Als Wissenschaftler müssen Sie erstmal dafür sorgen, dass Ihr Kram funktioniert. Wir nahmen also Gewebekulturen und infizierten es mit diversen Viren. Wir nehmen das Zeug, markieren die Nukleinsäure farblich, das aus diesen Zellen kommende genetische Material -- hauptsächlich Viruszeug -- und kleben es auf das Array um zu sehen, wo es hängen bleibt. Passen die DNA-Sequenzen, bleiben sie aufeinander kleben und wir können uns Punkte anschauen. Fangen Punkte an zu leuchten, steckt ein bestimmter Virus darin.
And so what we did -- and this is a really cool project -- we just started by making a respiratory virus chip. I talked about that -- you know, that situation where you go into the clinic and you don't get diagnosed? Well, we just put basically all the human respiratory viruses on one chip, and we threw in herpes virus for good measure -- I mean, why not? The first thing you do as a scientist is, you make sure stuff works. And so what we did is, we take tissue culture cells and infect them with various viruses, and we take the stuff and fluorescently label the nucleic acid, the genetic material that comes out of these tissue culture cells -- mostly viral stuff -- and stick it on the array to see where it sticks. Now, if the DNA sequences match, they'll stick together, and so we can look at spots. And if spots light up, we know there's a certain virus in there.
So sehen diese Chips in Wirklichkeit aus, und diese roten Punkte sind Signale des Virus. Jeder rote Fleck stellt eine andere Virusfamilie oder Spezies dar. Da sich das schwierig anschauen lässt, kodiere ich die Daten zu einem kleinen Barcode, nach Familien gruppiert, so lassen sich die Resultate intuitiv anschauen. Wir nahmen also Gewebekulturen und infizierten sie mit dem Adenovirus. Neben dem Virus können Sie diesen kleinen gelben Barcode sehen. Wir infizierten sie auch mit Parainfluenza-3 -- das ist ein Paramyxovirus --- hier sehen Sie den Barcode. Dann nahmen wir den Respiratory-Synctial-Virus. Das ist die Geißel aller Arztpraxen -- im Grunde ganz wie Popelitis. (Lachen) Sie sehen, dass dieser Barcode zur selben Familie gehört, sich von Parainfluenza-3 jedoch unterscheidet, der Ihnen eine wirklich üble Grippe verschafft. Und so bekommen wir einzigartige Signaturen, Fingerabdrücke aller Viren. Polio und Rhino: sie gehören zur selben Familien, ganz nah beieinander. Rhino verursacht Erkältung, und Sie wissen alle, was Polio ist, Sie können sehen, dass sich diese Signaturen unterscheiden. Das Kaposi-Sarkom-Herpesvirus zeigt hier unten eine schöne Signatur. Es ist nicht ein einzelner Strich, der verrät, dass wir einen bestimmten Virustyps haben; der gesamte Barcode stellt ein einzelnes Virus dar.
That's what one of these chips really looks like, and these red spots are, in fact, signals coming from the virus. And each spot represents a different family of virus or species of virus. And so, that's a hard way to look at things, so I'm just going to encode things as a little barcode, grouped by family, so you can see the results in a very intuitive way. What we did is, we took tissue culture cells and infected them with adenovirus, and you can see this little yellow barcode next to adenovirus. And, likewise, we infected them with parainfluenza-3 -- that's a paramyxovirus -- and you see a little barcode here. And then we did respiratory syncytial virus. That's the scourge of daycare centers everywhere -- it's like boogeremia, basically. (Laughter) You can see that this barcode is the same family, but it's distinct from parainfluenza-3, which gives you a very bad cold. And so we're getting unique signatures, a fingerprint for each virus. Polio and rhino: they're in the same family, very close to each other. Rhino's the common cold, and you all know what polio is, and you can see that these signatures are distinct. And Kaposi's sarcoma-associated herpes virus gives a nice signature down here. And so it is not any one stripe or something that tells me I have a virus of a particular type here; it's the barcode that in bulk represents the whole thing.
Ich kann also ein Rhinovirus sehen -- hier einen zergliederten Barcode des Rhinovirus -- Was ist aber mit verschiedenen Rhinoviren? Wie kann ich wissen, welches Rhinovirus ich habe? ^ es gibt nur 102, weil es irgendwann langweilig wurde, sie zu sammeln. Jedes Jahr gibt es neue. Hier sind 4 verschiedene Rhinoviren. Man kann die einzelnen Barcodes mit bloßem Auge, ohne großartige Softwarealgorithmen zur Mustererkennung, von einander unterscheiden.
All right, I can see a rhinovirus -- and here's the blow-up of the rhinovirus's little barcode -- but what about different rhinoviruses? How do I know which rhinovirus I have? There're 102 known variants of the common cold, and there're only 102 because people got bored collecting them: there are just new ones every year. And so, here are four different rhinoviruses, and you can see, even with your eye, without any fancy computer pattern-matching recognition software algorithms, that you can distinguish each one of these barcodes from each other.
Nun, das ist ein billiger Trick, schließlich kenne ich die genetischen Sequenzen all dieser Rhinoviren, dazu habe ich den Chip entwickelt mit der Absicht, sie unterscheiden zu können. Aber was ist mit Rhinoviren, die noch nie einen genetischen Sequenzer gesehen haben? Wir kennen die Sequenz nicht, ziehen sie einfach aus dem Feld. So, hier sind vier Rhinoviren über die wir nichts wissen -- sie wurden bisher nicht sequenziert -- man sieht, dass sie einzigartige und unterscheidbare Muster ergeben. Stellen Sie sich vor, dass man eine Bibliothek aufbaut, echt oder virtuell, von Fingerabdrücken grundsätzlich aller Viren. Auch wieder so ein ungleicher Wettkampf, oder? Wir haben Kulturgewebezellen und eine Tonne Viren. Was ist mit wirklichen Menschen? Bekanntlich sind wirkliche Menschen unkontrollierbar. Sie wissen nicht, was Ihnen jemand in die Tasse hustet, und wahrscheinlich ist es wirklich komplex, oder? Es könnten jede Menge Bakterien sein, es könnte mehr als ein Virus sein, bestimmt ist Genmaterial des Wirts dabei. Wie gehen wir also damit um? Und wie führen wir hier die Positvkontrolle durch?
Now, this is kind of a cheap shot, because I know what the genetic sequence of all these rhinoviruses is, and I in fact designed the chip expressly to be able to tell them apart, but what about rhinoviruses that have never seen a genetic sequencer? We don't know what the sequence is; just pull them out of the field. So, here are four rhinoviruses we never knew anything about -- no one's ever sequenced them -- and you can also see that you get unique and distinguishable patterns. You can imagine building up some library, whether real or virtual, of fingerprints of essentially every virus. But that's, again, shooting fish in a barrel, you know, right? You have tissue culture cells. There are a ton of viruses. What about real people? You can't control real people, as you probably know. You have no idea what someone's going to cough into a cup, and it's probably really complex, right? It could have lots of bacteria, it could have more than one virus, and it certainly has host genetic material. So how do we deal with this? And how do we do the positive control here?
Nun, ganz einfach. Hier bekomme ich eine Nasenspülung. Der Plan ist, Menschen experimentell mit Viren zu impfen, -- übrigens ist das alles behördlich genehmigt, sie wurden dafür bezahlt. Im Grunde impfen wir experimentell Menschen mit dem Erkältungsvirus. Oder, noch besser, wir holen Leute frisch aus der Notaufnahme -- undefinierte, ambulant erworbene Atemwegsinfektionen. Sie wissen nicht, was durch die Tür kommt. Wir wollen mit der Positivkontrolle beginnen, wenn wir wissen, dass die Person gesund war. Sie bekamen einen Schuss Viren durch die Nase. Schauen wir, was passiert.
Well, it's pretty simple. That's me, getting a nasal lavage. And the idea is, let's experimentally inoculate people with virus. This is all IRB-approved, by the way; they got paid. And basically we experimentally inoculate people with the common cold virus. Or, even better, let's just take people right out of the emergency room -- undefined, community-acquired respiratory tract infections. You have no idea what walks in through the door. So, let's start off with the positive control first, where we know the person was healthy. They got a shot of virus up the nose, let's see what happens.
Tag Null: Nichts passiert. Sie sind gesund, sie sind sauber -- erstaunlich. Eigentlich glaubten wir, dass der Nasentrakt voller Viren sein würde, selbst wenn man ganz gesund ist. Er ist richtig sauber. Wenn Sie gesund sind, sind Sie richtig gesund. Tag zwei: Wir erhalten ein robustes Rhinovirusmuster, ganz ähnlich dem aus dem Labor mit unserem Gewebeexperiment. Schön, aber auch wieder ein billiger Trick, oder? Wir jagen eine Tonne Viren in die Nase dieses Kerls. So -- (Lachen) -- wir wollten sogar, dass es funktioniert. Er bekam tatsächlich Erkältung. Was ist mit den Leuten, denen man auf der Straße begegnet?
Day zero: nothing happening. They're healthy; they're clean -- it's amazing. Actually, we thought the nasal tract might be full of viruses even when you're walking around healthy. It's pretty clean. If you're healthy, you're pretty healthy. Day two: we get a very robust rhinovirus pattern, and it's very similar to what we get in the lab doing our tissue culture experiment. So that's great, but again, cheap shot, right? We put a ton of virus up this guy's nose. So -- (Laughter) -- I mean, we wanted it to work. He really had a cold. So, how about the people who walk in off the street?
Hier werden zwei Einzelpersonen durch anonyme ID-Codes dargestellt. Beide haben Rhinoviren; dieses Muster haben wir im Labor nie gesehen. Wir sequenzierten einen Teil ihrer Viren; es sind neue, bisher ungesehene Rhinoviren. Denken Sie daran, dass wir mit unseren evolutionär konservierten Sequenzen, die wir mit diesem Array benutzen, selbst neue, noch nicht charakterisierte Viren entdecken können, weil wir evolutionär konserviertes Material nehmen. Das ist jemand anderes. Sie können selbst das Diagnosespiel spielen. Diese verschiedenen Blöcke stellen die verschiedenen Viren der Paramyxo-Familie dar. Sie können also einfach die Blöcke runter wandern und sehen, wo das Signal ist. Ok, keine Hundestaube; gut so. (Lachen) Wenn Sie bei Block 9 angekommen sind, sehen Sie den Respiratory-Synctial-Virus. Vielleicht haben sie Kinder. Und dann sehen Sie auch das verwandte Familienmitglied: Hier sehen Sie RSVB. Prima. Weitere Proben von zwei verschiedenen Tagen -- wiederholte Krankenhausbesuche. Diese Person hat Parainfluenza-1. Hier sehen Sie einen kleinen Streifen für den Sendai-Virus: Parainfluenza bei Mäusen. Die genetischen Beziehungen sind hier sehr dicht. Macht jede Menge Spaß.
Here are two individuals represented by their anonymous ID codes. They both have rhinoviruses; we've never seen this pattern in lab. We sequenced part of their viruses; they're new rhinoviruses no one's actually even seen. Remember, our evolutionary-conserved sequences we're using on this array allow us to detect even novel or uncharacterized viruses, because we pick what is conserved throughout evolution. Here's another guy. You can play the diagnosis game yourself here. These different blocks represent the different viruses in this paramyxovirus family, so you can kind of go down the blocks and see where the signal is. Well, doesn't have canine distemper; that's probably good. (Laughter) But by the time you get to block nine, you see that respiratory syncytial virus. Maybe they have kids. And then you can see, also, the family member that's related: RSVB is showing up here. So, that's great. Here's another individual, sampled on two separate days -- repeat visits to the clinic. This individual has parainfluenza-1, and you can see that there's a little stripe over here for Sendai virus: that's mouse parainfluenza. The genetic relationships are very close there. That's a lot of fun.
So bauten wir den Chip aus. Wir fertigten einen Chip mit allen jemals entdeckten Viren. Warum nicht? Jeder Virus bei Pflanzen, Insekten und Meerestieren. Alles, was wir von GenBank, dem nationalen Depot für DNA-Sequenzen, bekommen konnten. Jetzt benutzen wir diesen Chip. Und wozu nutzen wir ihn? Mit einem so großen Chip braucht man zu aller erst mehr Informatik; also entwickelten wir ein System zur automatischen Diagnostik. Die Idee ist, dass wir einfach virtuelle Muster haben -- weil wir niemals Proben von allen Viren bekommen werden; virtuell wäre es möglich. Wir können virtuelle Muster bekommen und mit den beobachteten Resultaten vergleichen, eine komplexe Mixtur, mit der wir eine Art Trefferliste der Wahrscheinlichkeit, entwickeln, dass es ein Rhinovirus oder so ist. Und so sieht es aus. Wenn man zum Beispiel eine chronisch mit Papilloma infizierte Zellkultur verwendet, erhält man hier eine kleine Computeranzeige und der Algorithmus zeigt, dass es wahrscheinlich Papilloma Typ 18 ist. Und genau damit sind diese Zellkulturen chronisch infiziert.
So, we built out the chip. We made a chip that has every known virus ever discovered on it. Why not? Every plant virus, every insect virus, every marine virus. Everything that we could get out of GenBank -- that is, the national repository of sequences. Now we're using this chip. And what are we using it for? Well, first of all, when you have a big chip like this, you need a little bit more informatics, so we designed the system to do automatic diagnosis. And the idea is that we simply have virtual patterns, because we're never going to get samples of every virus -- it would be virtually impossible. But we can get virtual patterns, and compare them to our observed result -- which is a very complex mixture -- and come up with some sort of score of how likely it is this is a rhinovirus or something. And this is what this looks like. If, for example, you used a cell culture that's chronically infected with papilloma, you get a little computer readout here, and our algorithm says it's probably papilloma type 18. And that is, in fact, what these particular cell cultures are chronically infected with.
Wir wollen es ein bisschen schwieriger. Wir stellten diese Piepser in der Klinik auf. Wenn jemand kommt, dem das Krankenhaus nicht helfen kann, weil sie keine Diagnose stellen können, rufen sie uns. Also stellen wir es im Raum San Francisco auf. Und so ereignete sich vor drei Wochen folgender Fall. Wir haben eine 28-jährige, gesunde Frau, keine Reisegeschichte, (undeutlich) sie raucht nicht, trinkt nicht. 10 Tage Fieber, Nachtschwitzen, blutiger Auswurf -- sie hustet Blut -- Muskelschmerzen. Sie ging ins Krankenhaus und bekam Antibiotika, und wurde nach Hause geschickt. Nach 10 weiteren Tagen mit Fieber kam sie zurück -- immer noch Fieber -- sie hat Hypoxie -- wenig Sauerstoff in ihren Lungen. Sie nahmen einen CT vor. Eine normale Lunge wäre hier schwarz und dunkel. All dieses weiße Zeug ist nicht gut. Dieses baumartige Muster deutet auf eine Entzündung hin; wahrscheinlich besteht hier eine Infektion. OK. Die Patientin wurde mit einem Cephalosporinantibiotikum der dritten Generation und mit Doxycin behandelt. Half nicht. Am dritten Tag: Fortschreiten zu akutem Lungenversagen. Sie musste intubiert werden, sie steckten ihr einen Schlauch in den Hals und beatmeten sie mechanisch. Sie konnte nicht mehr selbst atmen. Was tun? Keine Ahnung Antibiotika wechseln, also nahmen sie ein anderen Antibiotikum, und Tamiflu -- ich weiß nicht, warum sie dachten, es ginge um Grippe -- aber sie nahmen Tamiflu.
So let's do something a little bit harder. We put the beeper in the clinic. When somebody shows up, and the hospital doesn't know what to do because they can't diagnose it, they call us. That's the idea, and we're setting this up in the Bay Area. And so, this case report happened three weeks ago. We have a 28-year-old healthy woman, no travel history, [unclear], doesn't smoke, doesn't drink. 10-day history of fevers, night sweats, bloody sputum -- she's coughing up blood -- muscle pain. She went to the clinic, and they gave her antibiotics and then sent her home. She came back after ten days of fever, right? Still has the fever, and she's hypoxic -- she doesn't have much oxygen in her lungs. They did a CT scan. A normal lung is all sort of dark and black here. All this white stuff -- it's not good. This sort of tree and bud formation indicates there's inflammation; there's likely to be infection. OK. So, the patient was treated then with a third-generation cephalosporin antibiotic and doxycycline, and on day three, it didn't help: she had progressed to acute failure. They had to intubate her, so they put a tube down her throat and they began to mechanically ventilate her. She could no longer breathe for herself. What to do next? Don't know. Switch antibiotics: so they switched to another antibiotic, Tamiflu. It's not clear why they thought she had the flu, but they switched to Tamiflu.
Am sechsten Tag schmissen sie das Handtuch. Eine offene Lungenbiopsie wird gemacht, wenn keine andere Wahl besteht. Dieser Vorgang birgt eine Sterblichkeitsrate von 8 Prozent. Und was haben sie Wesentliches daraus gelernt? Sie sehen hier ihre offene Lungenbiopsie. Ich bin kein Pathologe, aber hier sieht man nicht viel. Man kann eine starke Schwellung sehen: Bronchiolitis. Im pathologischen Bericht steht: Nicht aufschlussreich. Worauf wurde sie getestet? Natürlich haben sie ihre eigenen Tests und so testeten sie mit 70 verschiedenen Proben auf alle Arten Bakterien, Pilze und Viren, die man von der Stange kaufen kann: SARS, Metapneumovirus, HIV, RSV - sie alle. Alles kam negativ zurück. Tests im Wert von über 100.000 Dollar. Ich meine, sie taten alles für diese Frau.
And on day six, they basically threw in the towel. You do an open lung biopsy when you've got no other options. There's an eight percent mortality rate with just doing this procedure, and so basically -- and what do they learn from it? You're looking at her open lung biopsy. And I'm no pathologist, but you can't tell much from this. All you can tell is, there's a lot of swelling: bronchiolitis. It was "unrevealing": that's the pathologist's report. And so, what did they test her for? They have their own tests, of course, and so they tested her for over 70 different assays, for every sort of bacteria and fungus and viral assay you can buy off the shelf: SARS, metapneumovirus, HIV, RSV -- all these. Everything came back negative, over 100,000 dollars worth of tests. I mean, they went to the max for this woman.
Und am 8. Kliniktag riefen sie endlich uns zur Hilfe. Sie gaben uns eine endotracheale Saugprobe -- ein bisschen Flüssigkeit aus dem Hals aus dem Schlauch, den sie ihr eingeführt hatten -- das gaben sie uns. Wir trugen sie auf dem Chip auf. Was sieht man? Nun, wir sahen Parainfluenza-4 . Was zum Teufel ist Parainfluenza-4? Keiner testet auf Parainfluenza-4. Niemand kümmert sich darum. Es wurde nicht einmal sehr häufig sequenziert. Nur ein kleiner Teil davon wurde sequenziert Es gibt kaum epidemiologische Studien darüber. Niemand käme je auf den Gedanken, weil niemand wusste, dass es Atemwegsversagen verursachen konnte. Warum ist das so? Überlieferung. Es gibt keine Daten -- keine, die sagen, ob eine schwere oder leichte Erkrankung verursacht wird. Klarer Fall von einer gesunden Person, mit der es bergab geht.
And basically on hospital day eight, that's when they called us. They gave us endotracheal aspirate -- you know, a little fluid from the throat, from this tube that they got down there -- and they gave us this. We put it on the chip; what do we see? Well, we saw parainfluenza-4. Well, what the hell's parainfluenza-4? No one tests for parainfluenza-4. No one cares about it. In fact, it's not even really sequenced that much. There's just a little bit of it sequenced. There's almost no epidemiology or studies on it. No one would even consider it, because no one had a clue that it could cause respiratory failure. And why is that? Just lore. There's no data -- no data to support whether it causes severe or mild disease. Clearly, we have a case of a healthy person that's going down.
Ok, das ist eine Fallstudie. Eines möchte ich Ihnen in den letzten zwei Minuten noch erzählen. Noch unveröffentlicht -- morgen wird es raus kommen -- es ist ein interessanter Fall darüber, wie Sie mit diesem Chip Neues finden und eine neue Türe öffnen können. Prostatakrebs. Über Prostatakrebs brauche ich Ihnen nicht viele Statistiken zu geben. Die meisten von Ihnen wissen es: die dritthäufigste Ursache für Krebstod in den USA.. Viele Risikofaktoren, aber auch eine genetische Disposition. In vielleich10 Prozent der Fälle von Prostatakrebs sind sind Leute prädisponiert. Das erste Gen, das wir bei Assoziationsstudien für Prostatakrebs im Frühstadium erschlossen haben, heißt RNASEL. Was ist das? Es ist ein Enzym zur Abwehr von Viren. Also sitzen wir da und überlegen, warum bekommen Männer mit dieser Mutation, einem Defekt in der Virusabwehr, Prostatakrebs? Völlig sinnlos - außer wenn da vielleicht ein Virus dahinter steckt.
OK, that's one case report. I'm going to tell you one last thing in the last two minutes that's unpublished -- it's going to come out tomorrow -- and it's an interesting case of how you might use this chip to find something new and open a new door. Prostate cancer. I don't need to give you many statistics about prostate cancer. Most of you already know it: third leading cause of cancer deaths in the U.S. Lots of risk factors, but there is a genetic predisposition to prostate cancer. For maybe about 10 percent of prostate cancer, there are folks that are predisposed to it. And the first gene that was mapped in association studies for this, early-onset prostate cancer, was this gene called RNASEL. What is that? It's an antiviral defense enzyme. So, we're sitting around and thinking, "Why would men who have the mutation -- a defect in an antiviral defense system -- get prostate cancer? It doesn't make sense -- unless, maybe, there's a virus?"
Also nahmen wir Tumore -- jetzt haben wir über 100 -- für das Array. Damit wissen wir, wer einen RNASEL-Defekt hat und wer nicht. Ich zeige Ihnen das Signal hier auf dem Chip und und ich zeige Ihnen den Block der retroviralen Oligos. Aus diesem Signal lese ich, dass Männer mit einer Mutation dieses Virusabwehrenzyms und einem Tumor häufig -- in 40 Prozent der Fälle -- eine Signatur mit neuem Retrovirus aufweisen. Ok, ganz schön abgefahren. Was ist das? Wir klonen das gesamte Virus. Zunächst hatte uns eine kleine automatische Voraussage erzählt, dass es dem Mausvirus sehr ähnlich sein würde. Das sagt nicht viel aus, also klonen wir tatsächlich das ganze Ding. Und das Viralgenom, das ich Ihnen hier zeige? Es ist ein klassisches Retrovirus, aber es ist völlig neu. Niemand hat es je zuvor gesehen. Sein nächster Verwandter stammt tatsächlich von Mäusen, so könnten wir das als xenotropes Retrovirus bezeichnen, weil es eine andere Spezies als Mäuse befällt. Hier ist ein kleiner phylogenetischer Baum, damit Sie sehen, wie es mit anderen Viren verwandt ist. Wir haben das jetzt bei vielen Patienten gemacht und können sagen, dass die Infektionen voneinander unabhängig sind. Sie alle haben dasselbe Virus, aber es ist jedes Mal verschieden genug, dass wir vermuten können, dass es unabhängig voneinander erworben wurde. Ist es tatsächlich im Gewebe? Damit möchte ich schließen. Ja. Wir nehmen Scheiben der Biopsien des Tumorgewebes und verwenden Material zur Lokalisierung des Virus und wir finden Zellen mit Viruspartikeln. Diese Leute haben dieses Virus wirklich.
So, we put tumors --- and now we have over 100 tumors -- on our array. And we know who's got defects in RNASEL and who doesn't. And I'm showing you the signal from the chip here, and I'm showing you for the block of retroviral oligos. And what I'm telling you here from the signal, is that men who have a mutation in this antiviral defense enzyme, and have a tumor, often have -- 40 percent of the time -- a signature which reveals a new retrovirus. OK, that's pretty wild. What is it? So, we clone the whole virus. First of all, I'll tell you that a little automated prediction told us it was very similar to a mouse virus. But that doesn't tell us too much, so we actually clone the whole thing. And the viral genome I'm showing you right here? It's a classic gamma retrovirus, but it's totally new; no one's ever seen it before. Its closest relative is, in fact, from mice, and so we would call this a xenotropic retrovirus, because it's infecting a species other than mice. And this is a little phylogenetic tree to see how it's related to other viruses. We've done it for many patients now, and we can say that they're all independent infections. They all have the same virus, but they're different enough that there's reason to believe that they've been independently acquired. Is it really in the tissue? And I'll end up with this: yes. We take slices of these biopsies of tumor tissue and use material to actually locate the virus, and we find cells here with viral particles in them. These guys really do have this virus.
Verursacht dieses Virus Prostatakrebs? Ich möchte hier keinen kausalen Zusammenhang nahelegen. Ist hier eine Verbindung zur Onkogenese? Ich weiß nicht. Sind diese Leute einfach anfälliger für Viren? Vielleicht. Es könnte nichts mit Krebs zu tun haben. Aber es ist eine Tür. Es besteht eine starke Assoziationen zwischen dem Vorhandensein dieses Virus und einer genetischen Mutation mit Verbindung zu Krebs. Das ist der Stand der Dinge. Leider stellen sich mehr Fragen als beantwortet werden. Aber genau darin ist Wissenschaft wirklich gut. Das alles stammt von Leuten im Labor; das Meiste ist nicht mein Verdienst. Es ist eine Zusammenarbeit zwischen Don und mir. Dieser Kerl hat in meinem Labor mit dem Projekt angefangen; der da hat die ganze Prostatageschichte gemacht. Vielen Dank.
Does this virus cause prostate cancer? Nothing I'm saying here implies causality. I don't know. Is it a link to oncogenesis? I don't know. Is it the case that these guys are just more susceptible to viruses? Could be. And it might have nothing to do with cancer. But now it's a door. We have a strong association between the presence of this virus and a genetic mutation that's been linked to cancer. That's where we're at. So, it opens up more questions than it answers, I'm afraid, but that's what, you know, science is really good at. This was all done by folks in the lab -- I cannot take credit for most of this. This is a collaboration between myself and Don. This is the guy who started the project in my lab, and this is the guy who's been doing prostate stuff. Thank you very much. (Applause)