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.
אתם אולי לא מבינים את זה, אבל יש יותר בקטריות בגוף שלכם מכוכבים בכל הגלקסיה שלנו. היקום המרתק הזה של בקטריות בתוכנו הוא חלק בלתי נפרד מהבריאות שלנו, והטכנולוגיה שלנו מתפתחת כל כך מהר שהיום אנחנו יכולים לתכנת את הבקטריות האלו כמו שאנחנו מתכנתים מחשבים.
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.
עכשיו, התרשים שאתם רואים פה, אני יודע שהוא נראה כמו סוג של מהלך בספורט, אבל זה למעשה התרשים לתוכנית הבקטריה הראשונה שפיתחתי. וכמו לכתוב תוכנה, אנחנו יכולים להדפיס ולכתוב DNA לתוך אלגוריתמים ותוכניות שונים בתוך הבקטריה. מה שהתוכנה הזו עושה זה לייצר חלבונים פלואורסנטיים בצורה מחזורית ולייצר מולקולות קטנות שמאפשרות לבקטריה לתקשר ולהסתנכרן, כמו שאתם רואים בסרטון הזה. המושבה הגדלה של בקטריות שאתם רואים פה היא בערך ברוחב שער של בן אדם. עכשיו, מה שאתם לא יכולים לראות זה שהתוכנית הגנטית שלנו מורה לבקטריות האלו כל אחת לייצר מולקולות קטנות, והמולקולות האלו נעות בין אלפי הבקטריות הבודדות אומרות להן מתי להדלק ומתי להכבות. והבקטריות מסתנכרנות די טוב במספרים גדולים, אבל בגלל שהמולקולות שמסנכרנות אותן יחד יכולות לעבור רק במהירות מוגבלת, במושבות גדולות של בקטריות, התוצאה היא גלים נעים בין הבקטריות שרחוקות אחת מהשניה, ואתם יכולים לראות את הגלים האלה עוברים מימין לשמאל לרוחב המסך.
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.
עכשיו, התוכנית הגנטית שלנו מסתמכת על תופעה טבעית שנקראת חישה קבוצתית, בה בקטריות מפעילות התנהגויות מתואמות ולפעמים אלימות ברגע שהם מגיעים לצפיפות קריטית. אתם יכולים לצפות בחישה קבוצתית בפעולה בסרטון הזה, במקום בו מושבת בקטריות גדלה רק מתחילה לזהור ברגע שהיא מגיעה לצפיפות גבוהה או קריטית. התוכנית הגנטית שלנו ממשיכה לייצר את תבניות הקצבים האלה של חלבונים פלואורסנטים כשהמושבה גדלה החוצה. לסרטון הספציפי הזה והניסוי אנחנו קוראים סופרנובה, מפני שהוא נראה כמו כוכב מתפוצץ.
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.
עכשיו, חוץ מתכנות התבניות היפות האלו, תהיתי, מה עוד אנחנו יכולים לגרום לבקטריות האלו לעשות? והחלטתי לחקור איך אנחנו יכולים לתכנת את הבקטריות לזהות ולטפל במחלות בגוף שלנו כמו סרטן. אחת העובדות המפתיעות בנוגע לבקטריות היא שהן יכולת לגדול באופן טבעי בתוך גידולים. זה מתרחש בגלל שגידלים בדרך כלל הם אזורים בהם למערכת החיסון אין גישה, וכך בקטריות מוצאות את הגידולים האלה ומשתמשות בהם כמקום מפלט כדי לגדול ולשגשג. התחלנו להשתמש בבקטריות פרוביוטיות שהן בקטריות בטוחות שיש להן תועלות בריאותיות, ומצאנו שכשהן מועברות אורלית לעכברים, הפרוביוטיקה הזו תבחר סלקטיבית לגדול בתוך גידולי כבד. הבנו שהדרך הכי נוחה להדגיש את הנוכחות של הפרוביוטיקה, ולכן, את הנוכחות של גידולים, היתה לגרום לבקטריות האלו לייצר אות שיהיה בר זיהוי בשתן, אז תכנתנו אותן ספציפית ליצור מולקולות שישנו את צבע השתן שלכם כדי להצביע על הנוכחות של סרטן. המשכנו להראות שהטכנולוגיה הזו יכולה באופן רגיש ומדוייק לזהות סרטן כבד, סרטן שמאוד קשה לזהות אחרת.
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.
עכשיו, מאחר והבקטריות האלו נמצאות ספציפית בגידולים, תכנתנו אותן לא רק לזהות סרטן אלא גם לטפל בו על ידי יצירת מולקולות תרפותיות מתוך הסביבה הסרטנית שמכווצות את הגידולים הקיימים, ועשינו את זה בשימוש בתוכניות חישה קבוצתית כמו אלה שראיתם בסרטונים הקודמים.
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.
יחד, דמיינו בעתיד לקיחת פרוביוטיקה מתוכנתת שתוכל לזהות ולטפל בסרטן, או אפילו במחלות אחרות. היכולת שלנו לתכנת בקטריות ולתכנת חיים פותחת אופקים חדשים במחקר סרטן, וכדי לחלוק את החזון, עבדתי עם האמן ויק מוניץ כדי ליצור את הסמל ליקום, שעשוי כולו מבקטריות או תאי סרטן. בסופו של דבר, התקווה שלי היא שהיופי והמטרה של היקום המיקרוסקופי הזה יוכלו לתת השראה לגישות חדשות ויצירתיות לעתיד מחקר הסרטן.
Thank you.
תודה לכם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)