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.
Być może nie wiedzieliście, ale nasz organizm zawiera więcej bakterii, niż jest gwiazd w galaktyce. Ten fascynujący wszechświat bakterii w organizmie jest integralną częścią naszego zdrowia. Technologie rozwijają się tak szybko, że dzisiaj można zaprogramować bakterie, tak jak programuje się komputery.
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.
Wykres, który tu widzicie, (wiem, że wygląda trochę jak rozgrywka sportowa) jest tak naprawdę projektem pierwszego programu bakteryjnego, który stworzyłem. Tak jak piszemy programy, możemy drukować i pisać DNA, tworzyć różne algorytmy i programy wewnątrz bakterii. Ten program produkuje fluorescencyjne białka w rytmiczny sposób i generuje małe cząsteczki, pozwalające bakteriom komunikować się i synchronizować, tak jak widzicie na filmie. Dojrzała kolonia bakterii, którą tu widzicie, ma szerokość ludzkiego włosa. Nie widzicie natomiast, jak nasz program instruuje bakterie, aby produkowały małe cząsteczki, które podróżują między dziesiątkami tysięcy bakterii, mówiąc im, kiedy się włączyć i wyłączyć. Bakterie w tej skali synchronizują się całkiem dobrze, ale ponieważ cząsteczka ma ograniczoną prędkość, w większych koloniach bakterii powstają wędrujące fale między bakteriami, które są z dala od siebie. Widać te fale od prawa do lewa na całym ekranie.
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.
Program genetyczny opiera się na naturalnym zjawisku zwanym sygnalizatorem zagęszczenia, w którym bakterie przejawiają skoordynowane i mocno szkodliwe zachowania po osiągnięciu krytycznej gęstości. Widać to zjawisko na filmie. Rosnąca kolonia bakterii zacznie się świecić dopiero, gdy osiągnie wysoką lub krytyczna gęstość. Nasz program genetyczny ciągle produkuje wzory fluorescencyjnych białek, w miarę wzrostu kolonii. Ten film i eksperyment nazwaliśmy Supernową, bo wygląda jak eksplodująca gwiazda.
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.
Poza programowaniem tych pięknych wzorów zastanawiałem się, do czego jeszcze wykorzystać bakterie. Zacząłem badać, jak można zaprogramować bakterie na wykrywanie i leczenie chorób wewnętrznych takich jak rak. Co zaskakujące, bakterie mogą naturalnie rosnąć wewnątrz guza. Dzieje się tak, gdyż guzy są niedostępne dla układu odpornościowego, więc bakteria może je znaleźć i użyć jako bezpiecznej kryjówki dla rozwoju i rozmnażania. Użyliśmy bakterii probiotycznych, bezpiecznych bakterii przynoszących zdrowiu korzyści, i gdy podaliśmy je doustnie myszy, selektywnie rosły w guzach wątroby. Zdaliśmy sobie sprawę, że najlepszy sposób zaznaczenia obecności probiotyków, a jednocześnie obecności guzów, to zaprogramowanie sygnału, który byłby widoczny w moczu. Zaprogramowaliśmy probiotyki na tworzenie cząsteczek, które zmienią kolor moczu, aby wykazać obecność raka. Pokazaliśmy, że ta technologia jest dostatecznie czuła i dokładna, by wykryć raka wątroby, którego inaczej trudno wykryć.
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.
Ponieważ bakterie dokładnie lokalizują guzy, programowaliśmy je nie tylko na wykrycie, ale i leczenie raka przez produkcję w środowisku guza terapeutycznych cząsteczek, które kurczą istniejący nowotwór. Zrobiliśmy to za pomocą programów wyczuwania liczebności, które widzieliście wcześniej.
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.
Wyobraźcie sobie, że w przyszłości będziemy mieli programowalny probiotyk, który może znaleźć i zwalczyć raka, a nawet i inne choroby. Możliwość programowania bakterii i programowania życia otwiera nowe horyzonty w badaniu raka. Aby podzielić się tą wizją, wraz z artystą Vikiem Munizem stworzyliśmy symbol wszechświata wyłącznie z bakterii i komórek rakowych. Mam nadzieję, że piękno i użyteczność tego mikroskopowego wszechświata może stworzyć nowe i kreatywne podejścia w przyszłych badaniach nad rakiem.
Thank you.
Dziękuję.
(Applause)
(Brawa)