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.
Možno si to neuvedomujete, ale vo vašom tele je viac baktérií, než má naša galaxia hviezd. Tento fascinujúci svet baktérií v ľudskom tele je neoddeliteľnou súčasťou nášho zdravia a vďaka rýchlemu technologickému pokroku dokážeme dnes tieto baktérie programovať podobne ako počítače.
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.
Tento diagram pripomína schému nejakého športového zápasu, ale v skutočnosti ilustruje môj prvý bakteriálny program. Podobne ako je možné napísať softvér, je možné vytlačiť a zapísať DNA informáciu do rôznych algoritmov a programov vo vnútri baktérie. Náš program núti baktérie rytmicky produkovať fluorescenčné proteíny a generovať malé molekuly, ktoré im umožňujú komunikovať a synchronizovať sa, tak ako uvidíte na videu. Rastúca kolónia, ktorú tu vidíte, má šírku asi ako ľudský vlas. Na videu ale nevidíte, že vďaka nášmu genetickému programu produkuje každá baktéria tie malé molekuly, ktoré putujú k tisícom okolitých baktérií a oznámia im, kedy sa majú zapnúť a vypnúť. V tomto meradle je synchronizácia dosť dobrá, ale kvôli limitovanej rýchlosti synchronizačných molekúl dochádza vo väčších kolóniách k vlnám, ktoré sa šíria medzi vzdialenými baktériami a tu ich vidíte prechádzať sprava doľava.
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.
Náš genetický program využíva prirodzený jav zvaný quorum sensing, ktorý v kolónii pri dosiahnutí kritickej hustoty spustí koordinované a niekedy aj zhubné správanie. Na tomto zábere vidíte quorum sensing v akcii: Rastúca kolónia začne svietiť, akonáhle dosiahne svoju kritickú hustotu. Náš genetický program udržuje rytmické správanie fluorescenčných proteínov aj potom, ako sa kolónia rozšíri a hustota opäť klesne. Pokus, z ktorého záber pochádza, voláme Supernova, kedže pripomína explodujúcu hviezdu.
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.
Okrem programovania týchto krásnych vzorov ma zaujímalo, čo ďalšieho je možné s baktériami robiť. Rozhodol som sa skúmať, ako baktérie naprogramovať na vyhľadávanie a liečbu ľudských chorôb, ako je rakovina. Prekvapujúcou vlastnosťou baktérií je, že dokážu v nádoroch prirodzene rásť. Deje sa to preto, že imunitný systém nemá do nádorov normálne prístup a baktérie ich dokážu nájsť a využiť ako bezpečný úkryt na svoj rast. Používame probiotické baktérie, ktoré sú nielen bezpečné, ale aj zdravé, a zistili sme, že keď ich perorálne podáte myšiam, budú tieto probiotiká selektívne rásť v nádoroch pečene. Uvedomili sme si, že najvhodnejším spôsobom, ako upozorniť na prítomnosť probiotík a tým aj nádoru, bude zabezpečiť, aby tieto baktérie produkovali signál odhaliteľný v moči. Špeciálne sme teda tieto probiotiká naprogramovali, aby vyrábali látku, ktorá zmení farbu moču a odhalí tak rakovinu. Ďalej sme ukázali, že naša technológia dokáže citlivo a špecificky odhaliť rakovinu pečene, ktorá sa dá inak veľmi tažko diagnostikovať.
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.
Keďže sa tieto baktérie usadzujú špecificky v nádoroch, naprogramovali sme ich tak, aby rakovinu nielen odhalili, ale aj liečili, a to tým, že budú vo vnútri nádoru vyrábať liečivé molekuly, ktoré nádor zmenšia. Využili sme na to opäť quorum sensing, podobne ako ste to videli na predchádzajúcich videách.
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.
V budúcnosti tak snáď bude možné užívať probiotiká naprogramované na diagnostiku a liečbu rakoviny alebo aj ďalších chorôb. To, že dokážeme programovať baktérie, programovať život, nám otvára nové obzory vo výskume rakoviny. Spolu s výtvarníkom Vikom Munizom sme túto víziu zhmotnili do symbolu vesmíru vytvoreného z baktérií a nádorových buniek. Verím, že krása a význam tohto mikroskopického vesmíru podnieti nové tvorivé prístupy vo výskume rakoviny.
Thank you.
Ďakujem.
(Applause)
(potlesk)