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.
Je beseft het misschien niet, maar er zijn meer bacteriën in je lichaam dan er sterren zijn in het heelal. Deze fascinerende wereld van bacteriën in ons lichaam vormt een integraal deel van onze gezondheid, en onze technologie ontwikkelt zich zo snel dat we deze bacteriën nu, net als computers, kunnen programmeren.
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.
Het schema dat je hier ziet, lijkt op een wedstrijdstrategie maar is eigenlijk een overzicht van mijn eerste bacterieprogramma. En net zoals bij software, kunnen we DNA printen en schrijven in verschillende logaritmes en programma's in de bacteriën. Dit programma produceert fluorescerende eiwitten in een regelmatig tempo en genereert kleine moleculen waardoor de bacteriën communiceren en synchroniseren, zoals je kunt zien in deze video. Deze groeiende kolonie van bacteriën heeft ongeveer de breedte van een menselijk haar. Wat je niet ziet, is dat ons genetisch programma elke bacterie voorschrijft om kleine moleculen aan te maken, en deze moleculen verspreiden zich tussen duizenden andere bacteriën om die al dan niet te activeren. De bacteriën synchroniseren redelijk goed op deze schaal, maar omdat de molecule die ze synchroniseert in snelheid beperkt is, ontstaan in grotere bacteriekolonies bewegende golven tussen bacteriën die ver uit elkaar liggen. Je ziet deze golven op het scherm van rechts naar links bewegen.
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.
Ons genetisch programma is gebaseerd op het natuurlijke fenomeen 'quorum sensing', waarbij bacteriën gelijktijdig en soms heftig reageren wanneer ze een kritische dichtheid bereiken. Je kan 'quorum sensing' in actie zien in deze video, waarbij een groeiende kolonie bacteriën pas begint te gloeien als een hoge of kritische dichtheid wordt bereikt. Ons genetisch programma blijft deze regelmatige patronen van fluorescente eiwitten produceren terwijl de kolonie groeit. Dit is een video van een experiment dat we de Supernova noemen, omdat het op een exploderende ster lijkt.
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.
Naast het programmeren van deze mooie patronen vroeg ik mij af: wat kunnen deze bacteriën nog meer doen? Daarom onderzocht ik hoe we bacteriën kunnen programmeren om ziektes als kanker te herkennen en te genezen. Een van de verrassende feiten over bacteriën is dat ze zonder hulp kunnen groeien in tumoren. Dit gebeurt omdat tumoren in principe plekken zijn waar het immuunsysteem niet werkt. Bacteriën vinden deze tumoren, die een vrijhaven is voor hun groei en ontwikkeling. We gebruikten probiotische bacteriën, veilige bacteriën die goed zijn voor de gezondheid, die, wanneer ze oraal aan muizen werden toegediend, uitsluitend in levertumoren verder groeiden. Het bleek dat de makkelijkste manier om de probioticums te vinden, en dus ook tumoren, was om deze bacteriën een signaal te laten produceren dat we konden detecteren in urine. Deze probioticums zijn dan ook speciaal geprogrammeerd om een molecuul aan te maken dat de kleur van je urine verandert om de aanwezigheid van kanker aan te tonen. Het bleek dat deze technologie zeer precies en nauwkeurig leverkanker kon herkennen, wat normaal gesproken erg lastig is.
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.
Omdat deze bacteriën zich specifiek aan tumoren vastkleven, hebben we ze geprogrammeerd om kanker niet alleen te herkennen maar het ook te behandelen door binnenin de tumor helende moleculen te produceren die de bestaande tumoren laten krimpen. Dit deden we met quorum-sensingprogramma's, zoals die uit de voorgaande video's.
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.
Samengevat: stel je een toekomst voor waarin een geprogrammeerd probioticum kanker kan herkennen en behandelen, maar ook andere ziektes. Ons vermogen om bacteriën en leven te programmeren, opent nieuwe mogelijkheden in kankeronderzoek. Om dit toekomstbeeld te delen, werkte ik met kunstenaar Vik Muniz aan het symbool van het universum gemaakt uit bacteriën en kankercellen. Ik hoop dat de schoonheid en het doel van dit microscopische universum als inspiratie kan dienen voor nieuwe en creatieve richtingen in kankeronderzoek.
Thank you.
Dankjewel.
(Applause)
(Applaus)