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.
Jak możemy zbadać wirusową florę, która nas otacza i pomóc medycynie? Jak możemy przekształcić całą naszą wiedzę o wirusach w pojedynczy, prosty i poręczny test diagnostyczny? Chcę przekształcić wszystko, co wiemy obecnie o wykrywaniu wirusów i o całym spektrum istniejących wirusów, w, powiedzmy, niewielki chip.
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.
Kiedy zaczęliśmy myśleć nad tym projektem -- jak można zrobić pojedynczy test diagnostyczny do przebadania wszystkich patogenów jednocześnie, nasunęło się kilka problemów. Po pierwsze, wirusy są dosyć złożone, a do tego bardzo szybko ewoluują. To jest pikornawirus. Pikornawirusy powodują między innymi przeziębienia, polio i inne choroby. Patrzycie teraz na zewnętrzną otoczkę wirusa, w żółtym kolorze pokazane są te części wirusa które ewoluują niezmiernie szybko, a na niebiesko te, które ewoluują wolniej. Gdy myśli się o stworzeniu środka wykrywającego wszelkie wirusy, zwykle ta szybkość ewolucji jest problemem, bo jak wykryć coś, co bez przerwy się zmienia? Ale ewolucja to równowaga: tam, gdzie są szybkie zmiany, tam jest też niezmienność -- rzeczy, które prawie nigdy się nie zmieniają.
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.
Przyjrzeliśmy się temu dokładniej i teraz pokażę wam dane. Takie rzeczy można zrobić na zwykłym komputerze. Wziąłem grupę tych małych pikornawirusów, tych od przeziębienia, polio i tak dalej, i rozbiłem je na małe segmenty, na przykład ten pierwszy, zwany wirusem coxsackie, i rozbiłem go na małe okienka. Okienka koloruję na niebiesko, jeśli genom innego wirusa zawiera taką samą sekwencję, jak ten wirus. Te sekwencje tutaj -- które, nawiasem mówiąc, nawet nie kodują białek -- są prawie zupełnie identyczne we wszystkich tych wirusach, więc mogę użyć tej sekwencji jako znacznika do wykrywania szerokiego spektrum wirusów, bez potrzeby oznaczania każdego indywidualnie. Za to tutaj widać wielką różnorodność: w tym miejscu zmieniają się szybko. Tutaj widać wolniejszą ewolucję i mniej zróżnicowania.
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.
Ale zanim dojdziemy tutaj do, powiedzmy, wirusa ostrego paraliżu pszczół -- pewnie groźny, jeśli jest się pszczołą -- ten wirus wykazuje znikome podobieństwo do wirusa coxsackie, ale zapewniam was, że sekwencje najmniej zmienne wśród wirusów po prawej stronie ekranu znajdują się w tych samych regionach tutaj. Możemy wyszczególnić te regiony, które pozostały niezmienne w trakcie ewolucji wirusów, wybierając po prostu fragmenty DNA lub RNA z tych regionów, by służyły jako detektory na naszym chipie.
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)
OK, to właśnie zrobiliśmy, ale w jaki sposób? Od dłuższego czasu, od ostatnich lat studiów, bawiłem się w robienie chipów DNA, czyli nadrukowywanie DNA na szkle. To właśnie widzicie tutaj: te plamki soli to DNA przytwierdzone do szkła, w ten sposób można nanieść ich tysiące na szklany chip i użyć ich jako detektorów. Zabraliśmy nasz chip do Hewlett-Packard i zbadaliśmy jedną z takich kropek pod ich mikroskopem sił atomowych -- i oto, co widać: można rzeczywiście zobaczyć nici DNA leżące na szkle. To, co robimy, to drukowanie DNA na szkle -- te małe płaskie nitki -- i to będą znaczniki patogenów. W laboratorium konstruuję małe roboty do robienia chipów i jestem naprawdę niezły w rozprowadzaniu technologii. Jeśli macie tyle pieniędzy, żeby kupić Camry, też możecie zbudować takiego robota, umieściliśmy w sieci szczegółową instrukcję, zupełnie darmową, ze wszystkimi dostępnymi częściami -- można zbudować taką maszynę do chipów DNA w garażu. Ta część instrukcji jest o najważniejszym wyłączniku awaryjnym. (śmiech) Każda poważna maszyna musi mieć duży czerwony guzik. Ale tak naprawdę to całkiem solidne i nieskomplikowane. Można produkować chipy DNA w garażu i odczytywać informacje genetyczne całkiem szybko. To niezła zabawa. (śmiech)
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.
Oto, co zrobiliśmy -- to naprawdę fajny projekt -- zaczęliśmy od chipa do diagnozowania wirusów chorób dróg oddechowych. Mówiłem o tym -- wiecie, o sytuacji, kiedy idziecie do przychodni i nie mogą postawić wam diagnozy? Więc po prostu umieściliśmy wszystkie wirusy zakażające drogi oddechowe na jednym chipie i dorzuciliśmy wirusa opryszczki dla kontroli -- czemu nie? Pierwszą rzeczą, jaką naukowiec robi jest upewnienie się, że wszystko działa. My wzięliśmy komórki z hodowli tkankowych i zaraziliśmy je różnymi wirusami, potem wyznakowaliśmy fluorescencyjnie kwasy nukleinowe, czyli materiał genetyczny otrzymany z tych komórek -- głównie wirusowy -- i nanieśliśmy na chip, żeby zobaczyć, gdzie się przyczepi. Jeśli sekwencje DNA pasują do siebie, przyczepiają się i możemy przyjrzeć się kropkom. Jeśli kropki się zaświecą, wiemy, że jest tam konkretny wirus.
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.
Tak wygląda jeden z takich chipów, te czerwone kropki sygnalizują obecność wirusa. Każda kropka reprezentuje inną rodzinę lub gatunek wirusa. Jednak w ten sposób trudno jest coś zobaczyć, więc przedstawię to jako mały kod kreskowy, pogrupowany rodzinami, żeby można było odczytać wyniki w bardzo intuicyjny sposób. Wzięliśmy komórki z hodowli tkankowej i zaraziliśmy je adenowirusem, tu widać mały żółty kod kreskowy obok adenowirusa. Podobnie zaraziliśmy wirusem paragrypy typu 3 -- to jest paramyksowirus -- i tu jest mały kod kreskowy. Potem to samo zrobiliśmy z wirusem RSV. To prawdziwa plaga wszystkich przedszkoli, jedno wielkie smarkowisko. (śmiech) Widzicie, że ten kod kreskowy to ta sama rodzina, ale różni się od wirusa paragrypy typu 3, powodującego ciężkie przeziębienie. W ten sposób otrzymujemy unikalne sygnatury, " odcisk palca" każdego wirusa. Polio i rinowirus: są w tej samej rodzinie, bardzo do siebie podobne. Rino to przeziębienie, czym jest polio, wszyscy wiecie, i jak widać, ich sygnatury są różne. Wirus opryszczki mięsaka Kaposiego (KSHV) daje tutaj bardzo ładny ślad. To nie jest jakiś pojedynczy pasek, który mówi, że mamy tu wirusa konkretnego typu; to kod kreskowy w całości przedstawia wszystko.
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.
OK; widzę tu rinowirusa -- tutaj jest powiększenie jego kodu kreskowego -- ale co z różnymi odmianami rinowirusa? Skąd mam wiedzieć, którego rinowirusa mam? Znane są 102 warianty przeziębienia, a jest ich tylko 102, bo ludziom znudziło się je kolekcjonować: co roku pojawiają się nowe. Tu są cztery różne rinowirusy i gołym okiem można zobaczyć, bez wymyślnych programów komputerowych z algorytmami rozpoznającymi wzory, że można odróżnić każdy z tych kodów od innych.
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?
No tak, to jest w zasadzie tani chwyt, bo znam sekwencje genetyczne wszystkich tych rinowirusów i właściwie to ja zaprojektowałem ten chip tak, żeby dało się je odróżnić, ale co z rinowirusami, które nigdy nie widziały sekwenatora genetycznego? Nie znamy ich sekwencji; po prostu bierzemy je ze środowiska. Tu są cztery rinowirusy, o których nic nie wiedzieliśmy -- nikt ich nie zsekwencjonował -- i także widać, że można otrzymać niepowtarzalne i rozróżnialne wzory. Można wyobrazić sobie stworzenie bilioteki, prawdziwej bądź wirtualnej, "odcisków palca" praktycznie każdego wirusa. Ale to znowu, no wiecie -- bułka z masłem. W komórkach z hodowli tkankowych są tony wirusów. A co z prawdziwymi ludźmi? Jak wiecie, nie da się kontrolować ludzi. Nie wiadomo, co ktoś może nakaszleć do kubeczka i pewnie jest to bardzo złożone, prawda? Może zawierać mnóstwo bakterii albo więcej niż jednego wirusa i z pewnością zawiera materiał genetyczny gospodarza, więc jak się za to zabrać? I czego użyć jako pozytywnej kontroli?
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.
To całkiem proste. To ja w trakcie płukania nosa. Pomysł polega na tym, żeby eksperymentalnie zarazić ludzi wirusem -- to wszystko zatwierdziła komisja etyczna, płaci im się za to. Więc eksperymentalnie zarażamy ludzi wirusem przeziębienia. Czy też jeszcze lepiej, weźmy ludzi prosto z poczekalni lekarskiej -- nieokreślone, nabyte w społeczności infekcje dróg oddechowych. Nie wiadomo, co się pojawi. Zacznijmy od pozytywnej kontroli, gdzie wiemy, że ta osoba była zdrowa. Dostała dawkę wirusa do nosa, zobaczmy, co się dzieje.
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?
Dzień zero: nic się nie dzieje. Badane osoby są zdrowe, wolne od wirusów - to zadziwiające. Myśleliśmy, że kanał nosowy jest pełen wirusów nawet u zdrowej osoby. Tak naprawdę jest czysty. Jeśli jesteś zdrowy, to jesteś zdrowy i tyle. Dzień drugi: otrzymaliśmy wyraźny wzór rinowirusa, bardzo podobny do tego, co otrzymujemy w laboratorium podczas doświadczeń na hodowlach tkankowych. Wszystko pięknie, ale to znowu tani chwyt, nie? Wprowadziliśmy człowiekowi tonę wirusa do nosa. (śmiech) To znaczy, chcieliśmy, żeby to zadziałało. On naprawdę był przeziębiony. A co z ludźmi przychodzącymi z ulicy?
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.
Tutaj są dwie osoby oznaczone anonimowymi numerami identyfikacyjnymi. Obie mają rinowirusy; nigdy nie widzieliśmy takiego wzoru w laboratorium. Zsekwencjonowaliśmy fragmenty tych wirusów; to nowe rinowirusy, których jeszcze nikt dotychczas nie widział. Przypominam, że te ewolucyjnie niezmienne sekwencje, których używamy na naszej matrycy, pozwalają wykryć również nowe, nieopisane wirusy, bo wybieramy to, co jest niezmienne w trakcie ewolucji. Tu jest następny przeziębiony, możecie sami pobawić się w diagnozę. Te słupki reprezentują różne wirusy z rodziny paramyksowirusów, więc trzeba przesuwać się wzdłuż tych słupków i sprawdzić, gdzie jest sygnał. No tak, nie ma nosówki; to raczej dobrze. (śmiech) Ale gdy dochodzi się do dziewiątego słupka widać wirusa RSV. Być może mają dzieci. Dalej widać też spokrewnionego członka rodziny: RSV-B tu się pokazuje. No i świetnie. Tu kolejna osoba: pobierano próbki w dwa różne dni przy kolejnych wizytach w przychodni. Ta osoba ma wirus paragrypy typu 1 i widzicie tu mały prążek dla wirusa Sendai, to jest mysia paragrypa. Pokrewieństwo genetyczne jest tu bardzo bliskie. To niezła zabawa.
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.
Skonstruowaliśmy więc chip. Zrobiliśmy chip, który zawiera każdego kiedykolwiek odkrytego wirusa. Dlaczego nie? Każdego wirusa roślinnego, owadziego, morskiego. Wszystko, co dało się znaleźć w GenBanku, czyli w narodowym banku sekwencji. Teraz używamy tego chipa. Do czego? Po pierwsze, gdy się ma tak duży chip, potrzeba trochę więcej informatyki, więc zaprojektowaliśmy system tak, by dokonywał automatycznej diagnozy. Chodzi o to, że mamy wirtualne wzory -- ponieważ nigdy nie uda się zebrać próbek każdego wirusa, to praktycznie niemożliwe. Ale możemy wziąć wirtualne wzory i porównać je do zaobserwowanego wyniku, który jest bardzo złożoną mieszaniną; i dojść do jakiejś wartości która określi prawdopodobieństwo, że to rinowirus albo coś innego. A oto jak to wygląda. Jeśli na przykład użyliśmy hodowli komórkowej chronicznie zainfekowanej wirusem brodawczaka, otrzymujemy odczyt komputerowy i nasz algorytm mówi, że to prawdopodobnie wirus brodawczaka typu 18. I rzeczywiście, to właśnie tym wirusem są zarażone nasze badane komórki.
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.
Zróbmy więc coś trudniejszego. Umieściliśmy pager w klinice. Gdy pojawi się ktoś, z kim szpital nie wie, co zrobić, bo nie umieją postawić diagnozy, wzywają nas. Taki jest pomysł, teraz uruchamiamy go w aglomeracji San Francisco. To jest przypadek sprzed trzech tygodni. Mamy 28-letnią zdrową kobietę, nie podróżowała, nie pali, nie pije. Od 10 dni gorączkuje, ma nocne poty, krwawą flegmę -- -- kaszle krwią -- ma bóle mięśniowe. Przyszła do kliniki, dali jej antybiotyki i posłali do domu. Wróciła po dziesięciu dniach gorączki, tak -- ciągle gorączkuje -- i do tego hypoksja -- nie ma wystarczająco dużo tlenu w płucach. Zrobili tomografię komputerową. Normalne płuco to wszystko, co tu jest ciemne i czarne. To wszystko białe -- nic dobrego. Ta struktura przypominająca drzewo i pączki wskazuje na stan zapalny; prawdopodobnie jest tam zakażenie. OK. Pacjentka była dalej leczona antybiotykiem cefalosporynowym trzeciej generacji oraz doksycykliną i na trzeci dzień, nie pomogło: rozwinęła się niewydolność oddechowa. Musieli ją intubować, więc włożyli jej rurkę przez gardło i zaczęli mechanicznie ją wentylować. Nie mogła już samodzielnie oddychać. Co dalej? Nie wiadomo. Zmienić antybiotyki, więc podali jej inny antybiotyk i Tamiflu, które -- -- nie jest jasne, czemu myśleli, że ma grypę -- ale zaczęli podawać jej Tamiflu.
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.
Szóstego dnia poddali się. Biopsję na otwartym płucu robi się tylko wtedy, gdy nie ma już wyjścia. Samo wykonanie tej procedury wiąże się z 8% śmiertelnością. I czego się dowiadują? Tu widzicie biopsję jej płuca. Nie jestem patologiem, ale z tego nie da się wiele wywnioskować. Jedno, co da się stwierdzić, to obrzęk: zapalenie oskrzelików. Raport patologa brzmiał: nierozstrzygające. Na co ją zbadali? Oczywiście mają tam własne testy, więc przeprowadzili ponad 70 różnych badań, na przeróżne bakterie, grzyby i wirusy, testy, które można kupić gotowe: SARS, metapneumowirus, HIV, RSV -- wszystkie takie. I wszystkie negatywne. Testy warte ponad 100 tysięcy dolarów. Zrobili dla niej wszystko, naprawdę.
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.
I ósmego dnia zadzwonili do nas. Dali nam próbkę aspiratu tchawiczego -- no wiecie, trochę płynu z gardła, z tej rurki, którą tam włożyli -- to nam dali. Wrzuciliśmy to na chip: co widać? Zobaczyliśmy wirusa paragrypy typu 4. Czym, do diabła, jest wirus paragrypy typu 4? Nikt nie bada na wirusa paragrypy typu 4. Nikogo to nie obchodzi. Właściwie nawet nie jest w całości zsekwencjonowany. Zsekwencjonowano zaledwie mały fragment. Prawie nie ma badań epidemiologicznych o nim. Nikt by o nim nawet nie pomyślał, bo nikt nie miał pojęcia, że może wywołać niewydolność oddechową. Dlaczego tak jest? Tylko przekaz ustny, żadnych danych -- brak danych stwierdzających, czy powoduje ostrą, czy łagodną chorobę. Mieliśmy przypadek zdrowej osoby, nagle umierającej.
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?"
OK, to jeden przypadek. W ostatnie dwie minuty powiem jeszcze o jednej rzeczy -- -- to nieopublikowane, pojawi się to jutro -- to interesujący przykład jak można wykorzystać ten chip, by znaleźć coś nowego i otworzyć nowe drzwi. Rak prostaty, nie muszę podawać wielu statystyk o raku prostaty. Większość z was już wie, że to trzecia przyczyna śmierci na raka w USA. Wiele czynników ryzyka, ale jest też genetyczna predyspozycja do raka prostaty. W przypadku raka prostaty około 10% to ludzie z predyspozycjami do niego. Pierwszy gen, jaki zlokalizowano w badaniach genetycznych odpowiedzialny za wczesnego raka prostaty to gen nazywany RNASEL Co to takiego? To enzym obrony przeciwwirusowej. Więc siedzieliśmy i dumaliśmy, dlaczego mężczyźni, którzy mają mutację, defekt w systemie obrony przeciw wirusom, dostają raka? To nie ma sensu -- o ile, być może, jest jakiś wirus.
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.
Umieściliśmy więc guzy - mamy teraz ponad 100 guzów - na naszym teście. I wiedzieliśmy kto ma defekty w RNASEL a kto nie. Teraz pokazuję wam sygnał z chipa, a tu wskazuję na blok retrowirusowach oligonukleotydów. Co mogę powiedzieć na temat tego sygnału to to, że mężczyźni z mutacją w enzymie broniącym przed wirusami, którzy mają guza, często mają -- 40% przypadków -- ślad wskazujący na nowego retrowirusa. OK, to niesamowite. Co to jest? Sklonowaliśmy całego wirusa. Po pierwsze: powiem wam, że automatyczne przewidywanie wykazało, że jest bardzo podobny do mysiego wirusa. To nie mówi nam wiele, więc sklonowaliśmy całość. A wirusowy genom, który pokazuję tutaj? To klasyczny retrowirus typu gamma, ale całkowicie nowy. Nikt go wcześniej nie widział. Jego najbliższy krewniak pochodzi z myszy więc możemy to nazwać ksenotropicznym retrowirusem, bo zakaża gatunki inne niż myszy. A to jest małe drzewo filogenetyczne, by pokazać, jak jest spokrewniony z innymi wirusami. Zrobiliśmy to u wielu pacjentów i możemy powiedzieć, że to wszystko niezależne infekcje. Wszyscy mają tego samego wirusa, ale różni się na tyle, by sądzić, że zostały nabyte niezależnie. Czy jest naprawdę w tkance? Zakończę na tym: Tak. Bierzemy wycinek tkanki z biopsji guza i wykorzystujemy materiał, by zlokalizować wirusa, i znajdujemy komórki zawierające cząstki wirusa. Ci ludzie naprawdę mają tego wirusa.
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)
Czy ten wirus powoduje raka prostaty? Nic z tego, co tu mówię nie sugeruje przyczynowości. Nie wiem. Czy łączy się z onkogenezą? Nie wiem. Czy to przez to, że ci ludzie są po prostu wrażliwsi na wirusy? Być może. I może to też nie mieć nic wspólnego z rakiem. Ale są to drzwi. Mamy silną asocjację pomiędzy obecnością wirusa a genetyczną mutacją łączoną z rakiem. To jest to, na czym stoimy. Obawiam się, że to przynosi nam więcej pytań niż odpowiedzi, ale to właśnie to, w czym nauka jest naprawdę dobra. To wszystko zostało zrobione przez ludzi z laboratorium; większość z tego nie jest moją zasługą. To współpraca między mna i Donem. Oto człowiek, który rozpoczął ten projekt w moim laboratorium, a ten zrobił pracę na prostacie. Dziękuję bardzo.