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.
Forse non immaginate che ci sono più batteri nel nostro corpo che stelle nella nostra galassia. Questo affascinante universo di batteri è parte integrante della nostra salute. La tecnologia si è evoluta tanto che oggi possiamo programmare questi batteri come facciamo con i computer.
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.
Il diagramma che vedete sembra più uno schema di gioco ma è in realtà il progetto del primo programma da me sviluppato. Come un programma, è possibile trascrivere il DNA in diversi algoritmi all'interno dei batteri. Il programma produce proteine fluorescenti in maniera ritmica e genera una piccola molecola che permette ai batteri di comunicare e sincronizzarsi come vedete nel filmato. La colonia di batteri che vedete ha la stessa larghezza di un capello umano. Il nostro programma genetico istruisce i batteri per produrre piccole molecole che si muovono tra le centinaia di batteri dicendo loro quando accendersi e quando spegnersi. I batteri si sincronizzano piuttosto bene su questa scala ma poiché la molecola che le sincronizza non è molto veloce in grandi colonie di batteri si generano onde che viaggiano tra batteri molto distanti tra loro. Potete vedere le onde da destra a sinistra.
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.
Il programma genetico si basa su un fenomeno chiamato quorum sensing in cui i batteri innescano comportamenti coordinati quando raggiungono una densità critica. Osservate questo fenomeno in azione: una colonia di batteri si illumina solo quando raggiunge una densità alta o critica. Il nostro programma continua a produrre queste scie ritmiche di proteine fluorescenti mentre la colonia si espande. Abbiamo chiamato questo esperimento la "Supernova" perché sembra l'esplosione di una stella.
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.
Oltre a programmare queste scie, cos'altro potevamo far fare ai batteri? Iniziai a studiare come programmare i batteri per rilevare e curare malattie come i tumori. Sorprendentemente, i batteri sono in grado di crescere dentro i tumori perché sono aree a cui il sistema immunitario non accede. I batteri usano questi tumori come rifugio dove moltiplicarsi. Abbiamo iniziato con batteri probiotici, che sono benefici per la salute. Nei topi, questi batteri selezionano i tumori del fegato per crescere e riprodursi. Capimmo che il modo migliore per evidenziare i probiotici e quindi i tumori era indurre i batteri a produrre un segnale rilevabile nelle urine. Abbiamo programmato questi probiotici a produrre una molecola che modifica il colore delle urine per segnalare la presenza di un tumore. Abbiamo mostrato che questa tecnologia può rilevare in modo specifico il tumore al fegato altrimenti difficile da diagnosticare.
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.
Poiché questi batteri si localizzano nei tumori li abbiamo programmati non solo a rilevarli ma anche a curarli producendo molecole terapeutiche da dentro il tumore che ne riducano le dimensioni. Abbiamo usato programmi di quorum sensing come quello mostrato nel filmato.
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.
Immaginate di assumere un probiotico programmato a rilevare e a curare il tumore o anche altre malattie. La nostra capacità di programmare i batteri e la vita apre nuovi orizzonti nella ricerca sul cancro. Per condividere questa prospettiva ho lavorato con l'artista Vik Muniz per creare il simbolo dell'universo fatto di batteri e cellule tumorali. Spero che la bellezza e l'obiettivo di questo universo microscopico possano ispirare nuovi approcci creativi
Thank you.
nella futura ricerca sul cancro. Grazie.
(Applause)
(Applausi)