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.
Скоріш за все, ви навіть не здогадуєтесь, що у вашому тілі бактерій більше, ніж зір у всій Галактиці. Цей захоплюючий всесвіт бактерій всередині нас є невід'ємною складовою нашого здоров'я, і технології розвиваються настільки швидко, що сьогодні ми можемо програмувати ці бактерії так само, як і комп'ютери.
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.
Графік перед вами дещо схожий на зображення спортивної гри, проте насправді це проект першої бактеріальної програми, яку розробив я. Як і з програмним забезпеченням, ми можемо друкувати та вписувати ДНК в різні алгоритми та програми всередині бактерії. Ця програма синтезує флуоресцентні білки у циклічний спосіб та продукує невеликі молекули, які дають бактеріям змогу спілкуватися та координувати, як ви бачите у цьому фільмі. Ви бачите на екрані щораз більшу колонію бактерій, завтовшки з людську волосину. Проте ви не бачите, як наша генетична програма інформує кожну з цих бактерій продукувати малі молекули, і ці молекули переміщаються між тисячами окремих бактерій, даючи їм сигнал увімкнутись чи вимкнутись. Бактерії координуються доволі непогано на цьому рівні, але оскільки молекули, які об'єднують їх, можуть рухатись надзвичайно швидко, у великих колоніях це призводить до утворення хвиль між бактеріями, що знаходяться далеко одна від одної, і можна побачити, як ці хвилі рухаються справа наліво на екрані.
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.
Генетична програма ґрунтується на природному феномені, який називається відчуття кворуму. При цьому бактеріям властива координована та інколи небезпечна поведінка, як тільки вони досягають критичної кількостіі. На цьому відео видно відчуття кворуму в дії, де щораз більша колонія бактерій починає світитись, тільки вона досягає критичної щільності. Наша генетична програма далі створює циклічні моделі флуоресцентних білків у процесі того, як колонія росте. Цей винятковий фільм та експеримент ми називаємо Наднова, оскільки він схожий на зорю, що вибухає.
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.
Отож, окрім програмування цих дивовижних моделей, я замислився над тим, що ще ми можемо змусити ці бактерії робити? І я вирішив дослідити, як можна запрограмувати бактерію знаходити та лікувати хвороби на кшталт раку. Бактерії мають дивовижну властивість: вони можуть зростати всередині пухлин. Це відбувається тому, що зазвичай пухлина - це місце, до якого імунна система не має доступу, таким чином бактерії знаходять ці пухлини і використовують їх як безпечне місце для росту та розвитку. Ми почали використовувати пробіотики, безпечні та корисні для здоров'я бактерії, і дійшли висновку, що коли мишам давати їх перорально, ці пробіотики вибірково ростимуть в пухлині печінки. Ми зрозуміли, що найзручніший спосіб виявити присутність пробіотиків, а отже наявність пухлини - змусити ці бактерії давати сигнал, який можна виявити у сечі, тож ми навмисно запрограмували ці пробіотики синтезувати молекулу, яка б змінювала колір сечі, повідомляючи про наявність раку. Ми допрацювали цю технологію до того, що вона є специфічним детектором пухлин печінки, яких іншими способами діагностувати надзвичайно складно.
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.
Оскільки тепер бактерії вибірково локалізуються в пухлинах, ми запрограмували їх не тільки знаходити рак, а й лікувати його, продукуючи терапевтичні молекули всередині самого новоутворення, що змушує його зменшуватись. І ми робимо це, використовуючи програми, що базуються на відчутті кворуму, так, як ви це бачили в попередніх відео.
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.
Уявімо разом майбутнє, що його відкривають нам програмовані пробіотики, які можуть знаходити і лікувати рак або навіть інші захворювання. Наші можливості програмувати бактерії та програмувати життя відкривають нові горизонти в онкологічних дослідженнях. Для того, що поширити це, я працював разом із художником Віком Мунісом над створенням символу всесвіту, зробленого лише з бактерій та ракових клітин. Загалом, я сподіваюсь, що краса мікроскопічного світу надихне креативних дослідників на майбутні пошуки в онкології.
Thank you.
Дякую.
(Applause)
(Оплески)