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.
Bạn có thể không nhận ra điều này, trong cơ thể bạn số vi khuẩn còn nhiều hơn số ngôi sao trên dãy ngân hà. Thế giới vi khuẩn tuyệt vời này ở bên trong chúng ta là một phần không thể thiếu của sức khỏe, và công nghệ đang phát triển nhanh chóng ngày nay chúng ta có thể lập trình vi khuẩn như lập trình máy tính.
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.
Bây giờ, biểu đồ mà bạn thấy ở đây, tôi biết nó trông giống cách chơi vài môn thể thao, nhưng nó thực sự là bản chương trình vi khuẩn đầu tiên tôi phát triển. Như việc viết phần mềm, chúng tôi có thể in và viết DNA trong những thuật toán và chương trình khác nhau bên trong vi khuẩn Những gì chương trình làm là tạo ra protein huỳnh quang trong một nhịp điệu đẹp đẽ và phát ra những phân tử nhỏ cho phép vi khuẩn giao tiếp và đồng bộ hóa, khi bạn đang xem phim này. Bầy vi khuẩn đang lớn lên mà bạn thấy ở đây rộng khoảng sợi tóc của loài người. Bạn không thể thấy chương trình di truyền học chỉ thị các vi khuẩn đến từng quá trình sản xuất các phân tử nhỏ, và các phân tử di chuyển giữa hàng ngàn cá thể vi khuẩn chỉ chúng biết khi nào nên bắt đầu và kết thúc. Vi khuẩn đồng bộ hóa khá tốt ở tỷ lệ này, nhưng vì các phân tử đồng bộ hóa với nhau nên di chuyển rất nhanh trong bầy vi khuẩn lớn hơn, dẫn đến làn sóng di chuyển giữa các vi khuẩn cách xa nhau, bạn có thể thấy làn sóng này đang di chuyển từ phải sang trái màn hình.
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.
Chương trình di truyền học này dựa trên hiện tượng tự nhiên gọi là "giao tiếp của vi khuẩn" (quorum sensing) tức là kích thích vi khuẩn phối hợp đôi khi là các phản ứng gây hại khi chúng đạt đến mật độ tới hạn. Bạn có thể xem cách giao tiếp của vi khuẩn hoạt động, nơi bầy vi khuẩn đang lớn lên chỉ bắt đầu phát sáng khi nó đạt đến mật độ cao hoặc tới hạn. Chương trình di truyền học của tôi tiếp tục sản xuất mẫu nhịp điệu này của protein huỳnh quang khi bầy vi khuẩn phát triển ra bên ngoài. Chúng tôi gọi đoạn phim và thí nghiệm này là Siêu sao mới, bởi vì trông nó giống như một ngôi sao nổ tung.
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.
Bên cạnh việc lập trình những mẫu xinh đẹp này, tôi tự hỏi, chúng tôi có thể dùng vi khuẩn để làm gì? Tôi quyết định khám phá việc lập trình vi khuẩn để tìm kiếm và điều trị các bệnh như ung thư. Một trong những điều ngạc nhiên khác về vi khuẩn là nó có thể phát triển tự nhiên trong khối u. Điều này xảy ra bởi vì những khối u là nơi hệ thống miễn dịch không thể chạm tới, vì vậy vi khuẩn tìm những khối u này và dùng chúng như thiên đường an toàn để lớn lên và sinh sôi. Chúng tôi dùng vi khuẩn chứa probiotic là loại vi khuẩn an toàn có lợi cho sức khỏe, và nhận thấy khi cho chuột ăn, những probiotic sẽ chọn lọc để lớn lên trong những khối u ở gan. Chúng tôi nhận ra cách thuận tiện nhất để đánh dấu sự hiện diện của probiotic, hay sự hiện diện của khối u, là dùng những vi khuẩn này để tạo ra tín hiệu mà có thể tìm thấy trong nước tiểu, và chúng tôi đặc biệt lập trình những probiotic để tạo ra phân tử có thể đổi màu trong nước tiểu để chỉ rõ sự hiện diện của ung thư. Chúng tôi tiếp tục chứng minh kỹ thuật này có thể tìm thấy ung thư gan rất nhạy và chính xác, điều đang thách thức chúng tôi là tìm ra những cái khác.
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.
Từ khi vi khuẩn định vị được khối u chính xác, chúng tôi đã lập trình chúng không chỉ để tìm ung thư mà còn điều trị ung thư bằng việc sản xuất những phân tử chữa bệnh trong môi trường khối u làm khối u nhỏ lại, chúng tôi vẫn sử dụng chương trình giao tiếp của vi khuẩn như trong đoạn phim bạn đã xem .
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.
Tổng hợp lại, trong tương lai probiotic được lập trình có thể tìm và điều trị ung thư, thậm chí là những bệnh khác. Khả năng lập trình vi khuẩn và lập trình cuộc sống mở ra chân trời mới trong việc nghiên cứu ung thư, để chia sẻ tầm nhìn này, tôi làm việc với họa sĩ Vik Muniz để tạo ra biểu tượng của thế giới, hiểu được toàn bộ vi khuẩn và tế bào ung thư. Cuối cùng, hy vọng của tôi là vẻ đẹp và mục đích của thế giới qua kính hiển vi này có thể tạo cảm hứng cho cách tiếp cận mới và sáng tạo cho nghiên cứu ung thư về sau.
Thank you.
Cám ơn
(Applause)
(Vỗ tay)