Може би не знаете, но има повече бактерии в тялото ни отколкото звезди в нашата галактика. Този внушителен брой бактерии играе важна роля за здравето ни, и благодарение на развитието на технологиите днес можем да програмираме тези бактерии, така както програмираме компютри.
You may not realize this, but there are more bacteria in your body than stars in our entire galaxy. This fascinating universe of bacteria inside of us is an integral part of our health, and our technology is evolving so rapidly that today we can program these bacteria like we program computers.
Диаграмата, която виждате може би ви прилича на спортна схема, но всъщност е първата програма за бактерии, която разработих. И също като компютърен софтуер, можем да използваме ДНК за алгоритми и програми в самата бактерия. Тази програма циклично продуцира флуоресцентни белтъци и генерира малки молекули, чрез които бактериите комуникират и се синхронизират, както виждате на клипчето. Колонията от бактерии, която виждате е с размерите на човешки косъм. Не се вижда обаче, че нашата генетична програма задава на всяка бактерия да произведе малки молекули, които, пътувайки измежду бактериите, определят кога бактериите да се активират и кога да се деактивират. В такъв мащаб бактериите се синхронизират доста добре, но понеже молекулите се движат с ограничена скорост, в по-големи бактериални колонии, това води до образуване на вълни между отдалечените едни от други бактерии, и вие виждате тези вълни да преминават от дясно на ляво на екрана.
Now, the diagram that you see here, I know it looks like some kind of sports play, but it is actually a blueprint of the first bacterial program I developed. And like writing software, we can print and write DNA into different algorithms and programs inside of bacteria. What this program does is produces fluorescent proteins in a rhythmic fashion and generates a small molecule that allows bacteria to communicate and synchronize, as you're seeing in this movie. The growing colony of bacteria that you see here is about the width of a human hair. Now, what you can't see is that our genetic program instructs these bacteria to each produce small molecules, and these molecules travel between the thousands of individual bacteria telling them when to turn on and off. And the bacteria synchronize quite well at this scale, but because the molecule that synchronizes them together can only travel so fast, in larger colonies of bacteria, this results in traveling waves between bacteria that are far away from each other, and you can see these waves going from right to left across the screen.
Нашата генетична програма се основава на явление наречено "кворум-наблюдение", при което бактериите задействат координирано поведение щом достигнат критична гъстота. Кворум-наблюдението се забелязва в следващото клипче, където разрастваща се колония от бактерии започва да свети, само когато достигне висока или критична гъстота. Нашата генетична програма поддържа продуцирането на флуоресцентни белтъци при разрастването на колонията навън. Този експеримент ние нарекохме "Супернова", защото прилича на избухваща звезда.
Now, our genetic program relies on a natural phenomenon called quorum sensing, in which bacteria trigger coordinated and sometimes virulent behaviors once they reach a critical density. You can observe quorum sensing in action in this movie, where a growing colony of bacteria only begins to glow once it reaches a high or critical density. Our genetic program continues producing these rhythmic patterns of fluorescent proteins as the colony grows outwards. This particular movie and experiment we call The Supernova, because it looks like an exploding star.
Освен тези красиви осветявания, се запитах, какво друго може да направим с бактериите? Реших да изследвам как можем да програмираме бактериите да откриват и лекуват болести като рак например. Изненадващ факт за бактериите е, че те лесно се развиват вътре в тумори. Това е защото туморите са области, в които имунната система не действа, и така бактериите използват туморите за да се разрастват. Използвахме пробиотични бактерии, които са от полза за здравето, и установихме, че когато се дават на мишки, те избирателно се насочват и се развиват вътре в чернодробните тумори. Установихме, че най-удобният начин за откриването на наличие на пробиотици, и следователно, наличието на тумори, е да накараме тези бактерии да сигнализират чрез урината, и ги програмирахме така, че да променят цвета на урината за да индикират наличието на рак. Продължихме и показахме, че тази технология може лесно да открива чернодробен рак, който е трудно да бъде открит по друг начин.
Now, besides programming these beautiful patterns, I wondered, what else can we get these bacteria to do? And I decided to explore how we can program bacteria to detect and treat diseases in our bodies like cancer. One of the surprising facts about bacteria is that they can naturally grow inside of tumors. This happens because typically tumors are areas where the immune system has no access, and so bacteria find these tumors and use them as a safe haven to grow and thrive. We started using probiotic bacteria which are safe bacteria that have a health benefit, and found that when orally delivered to mice, these probiotics would selectively grow inside of liver tumors. We realized that the most convenient way to highlight the presence of the probiotics, and hence, the presence of the tumors, was to get these bacteria to produce a signal that would be detectable in the urine, and so we specifically programmed these probiotics to make a molecule that would change the color of your urine to indicate the presence of cancer. We went on to show that this technology could sensitively and specifically detect liver cancer, one that is challenging to detect otherwise.
Тъй като тези бактерии се локализират в тумори, ние ги програмираме не само да откриват, но и да лекуват рак, като произвеждат терапевтични молекули вътре в тумора, което намалява съществуващия тумор, и това го правим посредством кворум-наблюдаващи програми, като тези в показаните клипчета.
Now, since these bacteria specifically localize to tumors, we've been programming them to not only detect cancer but also to treat cancer by producing therapeutic molecules from within the tumor environment that shrink the existing tumors, and we've been doing this using quorum sensing programs like you saw in the previous movies.
Представете си, че в бъдеще ще може да се взимат програмирани пробиотици, които ще откриват и лекуват рак, и дори и други болести. Възможността да програмираме бактерии и да програмираме живот разкриват нови хоризонти в изследването на рака, и за да споделя тази визия, работих с художника Вик Муниз за да създадем символа на вселената, направен изцяло от бактерии и ракови клетки. В крайна сметка, моята надежда е, че тази красота и смисъл на микроскопичната вселена може да вдъхнови нови и креативни подходи за изследването на рака.
Altogether, imagine in the future taking a programmed probiotic that could detect and treat cancer, or even other diseases. Our ability to program bacteria and program life opens up new horizons in cancer research, and to share this vision, I worked with artist Vik Muniz to create the symbol of the universe, made entirely out of bacteria or cancer cells. Ultimately, my hope is that the beauty and purpose of this microscopic universe can inspire new and creative approaches for the future of cancer research.
Благодаря ви.
Thank you.
(Аплодисменти)
(Applause)