Zřejmě si to neuvědomujete, ale ve vašem těle je více bakterií než hvězd v celé galaxii. Tento fascinující vesmír bakterií v nás je nedílnou součástí našeho zdraví a naše technologie se vyvíjí tak rapidně, že dnes můžeme programovat tyto bakterie jako programujeme počítače.
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.
Schéma, které zde vidíte, možná vypadá jako nějaký popis sportovního utkání, je ve skutečnosti plán prvního takového programu, který jsem vytvořil. A stejně jako píšeme software, můžeme tisknout a psát DNA do různých algoritmů a programů uvnitř bakterií. Tento program produkuje fluorescenční proteiny, rytmickým způsobem, a generuje malou molekulu umožňující bakteriím komunikaci a synchronizaci tak, jak vidíte v tomto videu. Zvětšující se kolonie bakterií, kterou zde vidíte, je zhruba šířky lidského vlasu. To, co nemůžete vidět, je, že náš genetický program instruuje tyto bakterie k produkci malých molekul, které putují mezi tisíci jednotlivými bakteriemi a říkají jim, kdy se mají zapnout a vypnout. A bakterie se velmi dobře při této velikosti synchronizují, ale protože molekula, která je synchronizuje, cestuje omezenou rychlostí, ve větších koloniích to způsobuje cestující vlny mezi bakteriemi, které jsou od sebe velmi vzdáleny. Můžete vidět tyto vlny, jak se pohybují zprava doleva napříč obrazovkou.
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.
Náš genetický program spoléhá na přírodní jev, kterému se říká quorum sensing, při kterém bakterie spustí koordinované a občas nakažlivé chování, jakmile dosáhnou kritické hustoty. Quorum sensing v akci můžete vidět v tomto videu, kde zvětšující se kolonie bakterií, začíná zářit, jakmile dosáhne vysoké nebo kritické hustoty. Náš genetický program pokračuje v produkci těchto rytmický vzorů fluorescenčních proteinů současně s růstem kolonie. Tomuto konkrétnímu videu a pokusu říkáme Supernova, protože vypadá jako explodující hvězda.
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.
Kromě programování těchto krásných vzorců, jsem přemýšlel. Co dalšího bychom mohli přimět bakterie dělat? Rozhodl jsem se prozkoumat, jak programovat bakterie, aby detekovaly a léčily nemoci jako rakovina. Jeden z překvapivých faktů o bakteriích je, že mohou přirozeně růst uvnitř nádorů. To se děje proto, že nádory jsou obvykle nepřístupné imunitnímu systému, takže bakterie tyto tumory najdou a užívají je jako bezpečné útočiště, aby rostly a vzkvétaly. Začali jsme používat probiotické bakterie, což jsou bezpečné, zdraví prospěšné bakterie a zjistili jsme, že při ústním podání myším rostou tato probiotika selektivně v jaterních nádorech. Uvědomili jsme si, že nejlepší způsob, jak zvýraznit přítomnost probiotik, a tedy přítomnost nádorů, bylo přimět bakterie produkovat signál, který by byl detekovatelný v moči. Tak jsme tato probiotika přímo naprogramovali, aby vytvářela molekulu, která změní barvu moči, což by signalizovalo přítomnost rakoviny. Prokázali jsme, že tato technologie může citlivě a cíleně detekovat rakovinu jater, rakovinu, kterou je jinak velmi obtížné detekovat.
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.
Protože se tyto bakterie specificky umisťují v nádorech, naprogramovali jsme je nejenom na detekci rakoviny, ale i na léčbu rakoviny, pomocí produkce terapeutických molekul zevnitř nádoru, které zmenší existující tumory. To děláme pomocí programů užívající quorum sensing, jak jste viděli v předchozím videu.
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.
Představte si, že v budoucnosti užijete naprogramovaných probiotik, která mohou detekovat a léčit rakovinu nebo dokonce i jiné nemoci. Naše schopnost programovat bakterie a programovat život otevírá nové obzory výzkumu rakoviny. Pro sdílení této vize spolupracuji s umělcem Vikem Munizem na vytvoření symbolu vesmíru tvořeného zcela z bakterií nebo rakovinových buněk. Ve výsledku doufám, že krása a účel mikroskopického vesmíru inspiruje nové a tvůrčí přístupy v budoucnosti výzkumu rakoviny.
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.
Děkuji.
Thank you.
(Potlesk)
(Applause)