TED2009
Bonnie Bassler: How bacteria "talk"
Bonnie Bassler über die Kommunikation der Bakterien
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Bonnie Bassler entdeckte, dass Bakterien miteinander sprechen. Mithilfe einer chemischen Sprache koordinieren sie Verteidigung und laden für Angriffe auf. Der Fund hat überwältigende Auswirkungen für Medizin, Industrie aber auch für das Verstehen unser selbst.
Bonnie Bassler - Molecular biologist
Bonnie Bassler studies how bacteria can communicate with one another, through chemical signals, to act as a unit. Her work could pave the way for new, more potent medicine. Full bio
Bonnie Bassler studies how bacteria can communicate with one another, through chemical signals, to act as a unit. Her work could pave the way for new, more potent medicine. Full bio
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Bacteria are the oldest living organisms on the earth.
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Bakterien sind die ältesten Organismen, die auf der Erde leben.
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They've been here for billions of years,
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Sie sind schon seit Milliarden von Jahren hier
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and what they are are single-celled microscopic organisms.
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und sind einzellige, mikroskopisch kleine Organismen.
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So they are one cell and they have this special property
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Sie bestehen nur aus einer Zelle und haben die spezielle Eigenschaft,
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that they only have one piece of DNA.
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dass sie nur einen DNA Strang beinhalten.
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They have very few genes,
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Bakterien haben also nur sehr wenige Gene
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and genetic information to encode all of the traits that they carry out.
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und genetische Informationen um sämtliche Merkmale, die sie ausführen, zu encodieren.
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And the way bacteria make a living
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Die Art und Weise wie ein Bakterium überlebt ist,
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is that they consume nutrients from the environment,
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dass sie sich von den Nährstoffen in der Umgebung ernähren.
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they grow to twice their size, they cut themselves down in the middle,
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Sie wachsen auf die doppelte Größe an, teilen sich in der Mitte
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and one cell becomes two, and so on and so on.
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und aus einer Zelle werden zwei. Und so weiter und so fort.
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They just grow and divide, and grow and divide -- so a kind of boring life,
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Also wachsen und teilen, wachsen und teilen. Eigentlich ein ziemlich langweiliges Leben.
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except that what I would argue is that you have
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Stattdessen würde ich behaupten, dass Menschen
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an amazing interaction with these critters.
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eine erstaunliche Wechselbeziehung mit diesen Kreaturen haben.
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I know you guys think of yourself as humans, and this is sort of how I think of you.
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Ich weiß, dass Sie sich als Menschen betrachten. Und so denke ich fast auch.
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This man is supposed to represent
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Dieser Mann hier ist dazu bestimmt,
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a generic human being,
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den allgemeinen Menschen zu repräsentieren.
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and all of the circles in that man are all of the cells that make up your body.
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Und alle Kreise in diesem Mann sind alle Zellen, die Ihren Körper erschaffen.
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There is about a trillion human cells that make each one of us
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Es sind ungefähr 1 Billionen Zellen, die einen jeden von uns ausmachen,
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who we are and able to do all the things that we do,
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und uns ermöglichen, all die Dinge zu bewerkstelligen, die wir machen.
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but you have 10 trillion bacterial cells
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Sie haben jedoch 10 Billionen Bakterien
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in you or on you at any moment in your life.
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in oder auf Ihnen, zu jeden Zeitpunkt ihres Lebens.
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So, 10 times more bacterial cells
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Also 10 mal so viele Bakterien
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than human cells on a human being.
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wie menschliche Zellen in einem Menschen.
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And of course it's the DNA that counts,
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Es ist jedoch die DNA die zählt.
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so here's all the A, T, Gs and Cs
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69000
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Hier sind also alle A, T, Gs und Cs,
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that make up your genetic code, and give you all your charming characteristics.
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die Ihren genetischen Code bilden und Ihnen all die charmanten Charakterzüge verleihen.
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You have about 30,000 genes.
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Sie haben ungefähr 30.000 Gene.
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Well it turns out you have 100 times more bacterial genes
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Wie sich herausstellt, haben Sie etwa 100 mal mehr bakterielle Gene,
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playing a role in you or on you all of your life.
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die eine Rolle in Ihrem Leben auf oder in Ihnen spielt.
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At the best, you're 10 percent human,
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Bestenfalls sind sie 10% Mensch,
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but more likely about one percent human,
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86000
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wahrscheinlich eher 1%,
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depending on which of these metrics you like.
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88000
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abhängig welche dieser Zahlen Sie bevorzugen.
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I know you think of yourself as human beings,
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Ich weiß, Sie glauben Sie sind Menschen,
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but I think of you as 90 or 99 percent bacterial.
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aber ich betrachte Sie vielmehr zu 90 bis 99 Prozent aus Bakterien bestehend.
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(Laughter)
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(Lachen)
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These bacteria are not passive riders,
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Diese Bakterien sind keine blinden Passagiere.
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these are incredibly important, they keep us alive.
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100000
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Nein, sie sind vielmehr erstaunlich wichtig. Sie erhalten uns am Leben.
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They cover us in an invisible body armor
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Sie bedecken uns mit einer unsichtbaren Körperschutzhülle,
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that keeps environmental insults out
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die Angriffe aus der Umwelt fernhält,
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so that we stay healthy.
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so dass wir gesund bleiben.
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They digest our food, they make our vitamins,
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Sie verdauen unsere Nahrung. Sie produzieren unsere Vitamine.
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they actually educate your immune system
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Sie bilden sogar unser Immunsystem aus,
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to keep bad microbes out.
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gefährliche Mikroben abzuwehren.
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So they do all these amazing things
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Die Bakterien vollbringen also alle diese erstaunlichen Dinge,
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that help us and are vital for keeping us alive,
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die uns helfen, uns sogar erst ermöglichen, ein gesundes Leben zu führen.
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and they never get any press for that.
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Dafür wird ihnen niemals Beachtung geschenkt.
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But they get a lot of press because they do a lot of
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Jedoch bekommen sie viel schlechte Presse, für all die
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terrible things as well.
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grauenvollen Sachen, die sie auch anrichten.
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So, there's all kinds of bacteria on the Earth
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Es gibt so viele verschiede Bakterien auf der Erde,
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that have no business being in you or on you at any time,
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die zu keinem Zeitpunkt weder in noch auf Ihnen etwas zu suchen haben.
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and if they are, they make you incredibly sick.
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Und falls sie es sind, machen sie Sie unglaublich krank!
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And so, the question for my lab is whether you want to think about all the
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Und so stellt sich die Frage in meinem Labor, ob man über all die guten Taten,
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good things that bacteria do, or all the bad things that bacteria do.
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die Bakterien vollbringen, denken möchte, oder über all die schlechten.
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The question we had is how could they do anything at all?
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Wir fragten uns: Wie können sie überhaupt etwas erreichen?
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I mean they're incredibly small,
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Ich meine, sie sind so unglaublich klein,
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you have to have a microscope to see one.
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dass Sie ein Mikroskop brauchen, um welche zu sehen.
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They live this sort of boring life where they grow and divide,
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3000
Sie führen dieses langweilige Leben, währenddessen sie wachsen und sich teilen.
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and they've always been considered to be these asocial reclusive organisms.
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5000
Und sie wurden immer für zurückgezogene, unsoziale Organismen gehalten.
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And so it seemed to us that they are just too small to have an impact
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159000
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Es schien uns also, dass sie einfach zu klein sind, um einen Auswirkung
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on the environment
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auf die Umwelt zu haben,
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if they simply act as individuals.
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wenn sie nur als Individuen agieren.
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And so we wanted to think if there couldn't be a different
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So dachten wir uns, ob es nicht einen andere
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way that bacteria live.
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Art und Weise gäbe, wie ein Bakterium lebt.
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The clue to this came from another marine bacterium,
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4000
Einen Anhaltspunkt fanden wir aufgrund eines marinen Bakteriums,
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and it's a bacterium called Vibrio fischeri.
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174000
3000
und dieses Bakterium heißt "Vibrio fischeri"
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What you're looking at on this slide is just a person from my lab
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177000
3000
Auf dieser Folie sehen Sie ein Mitglied aus meinem Labor,
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holding a flask of a liquid culture of a bacterium,
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180000
3000
welches einen Glasbehälter mit einer flüssigen Bakterienkultur in der Hand hält.
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a harmless beautiful bacterium that comes from the ocean,
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3000
Ein ungefährliches, wunderschönes Bakterium, das aus dem Ozean stammt,
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named Vibrio fischeri.
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186000
2000
mit dem Namen "Vibrio fischeri".
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This bacterium has the special property that it makes light,
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188000
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Dieses Bakterium hat die spezielle Eigenschaft, dass es Licht erzeugt,
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so it makes bioluminescence,
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es erzeugt also Bio-Lumineszenz,
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like fireflies make light.
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wie z.B. ein Glühwürmchen.
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We're not doing anything to the cells here.
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Wir machen nichts mit diesen Zellen hier.
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We just took the picture by turning the lights off in the room,
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Wir haben einfach ein Foto gemacht, während es im Raum dunkel war,
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and this is what we see.
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199000
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und das hier konnten wir beobachten.
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What was actually interesting to us
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2000
Aber was eigentlich interessant für uns war,
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was not that the bacteria made light,
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ist nicht, dass das Bakterium Licht erzeugt hat,
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but when the bacteria made light.
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205000
2000
sondern wann es zu leuchten begann.
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What we noticed is when the bacteria were alone,
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207000
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Uns ist aufgefallen, dass, wenn die Bakterien alleine waren,
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so when they were in dilute suspension, they made no light.
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also in verdünnter Suspension, sie kein Licht erzeugten.
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But when they grew to a certain cell number
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2000
Aber als sie zu einer gewissen Zellanzahl herangewachsen waren,
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all the bacteria turned on light simultaneously.
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215000
4000
begannen sie alle gleichzeitig zu leuchten.
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The question that we had is how can bacteria, these primitive organisms,
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219000
4000
Die Frage war für uns also: Wie können Bakterien, diese primitiven Organismen,
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tell the difference from times when they're alone,
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unterscheiden ob sie entweder allein sind
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and times when they're in a community,
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2000
oder sich in einer Gemeinschaft befinden,
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and then all do something together.
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3000
um dann alle zusammen etwas zu bewirken.
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What we've figured out is that the way that they do that is that they talk to each other,
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4000
Wir haben herausgefunden, dass sie untereinander kommunizieren.
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and they talk with a chemical language.
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2000
Und sie bewerkstelligen das mit Hilfe einer chemischen Sprache.
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This is now supposed to be my bacterial cell.
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3000
Das hier stellt eine bakterielle Zelle dar.
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When it's alone it doesn't make any light.
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239000
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Wenn sie alleine ist erzeugt sie kein Licht.
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But what it does do is to make and secrete small molecules
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Aber sie stellt kleine Moleküle her und scheidet diese aus.
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that you can think of like hormones,
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246000
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Sie können sich die als eine Art Hormon vorstellen.
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and these are the red triangles, and when the bacteria is alone
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Das sind diese roten Dreiecke. Wenn das Bakterium alleine ist
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the molecules just float away and so no light.
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schwimmen die Moleküle einfach weg. Folglich kein Licht.
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But when the bacteria grow and double
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254000
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Aber wenn die Bakterien wachsen und sich verdoppeln
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and they're all participating in making these molecules,
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256000
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und sich alle daran beteiligen, diese Moleküle herzustellen,
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the molecule -- the extracellular amount of that molecule
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dann steigt die Zahl dieser Moleküle außerhalb der Zelle
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increases in proportion to cell number.
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proportional zu der Zellanzahl.
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And when the molecule hits a certain amount
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266000
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Wenn die Moleküle dann eine gewisse Anzahl übersteigen,
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that tells the bacteria how many neighbors there are,
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die das Bakterium informiert wie viele Nachbarn es gibt,
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they recognize that molecule
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werden sie vom Bakterium wahrgenommen
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and all of the bacteria turn on light in synchrony.
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und alle fangen synchron an, zu leuchten.
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That's how bioluminescence works --
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So funktioniert Bio-Lumineszenz --
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they're talking with these chemical words.
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sie sprechen mit Hilfe dieser chemischen Wörter.
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The reason that Vibrio fischeri is doing that comes from the biology.
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280000
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Der Grund, weswegen Vibrio fischeri das macht entstammt der Biologie.
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Again, another plug for the animals in the ocean,
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284000
3000
Ein bisschen mehr Werbung für die Tiere der Meere:
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Vibrio fischeri lives in this squid.
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287000
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Vibrio fischeri lebt in diesem Tintenfisch.
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What you are looking at is the Hawaiian Bobtail Squid,
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Sie sehen den Bobtail Tintenfisch aus Hawaii.
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and it's been turned on its back,
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Er liegt auf dem Rücken.
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and what I hope you can see are these two glowing lobes
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294000
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Ich hoffe, sie könne diese zwei leuchtenden Lappen sehen.
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and these house the Vibrio fischeri cells,
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297000
3000
Vibrio fischeri lebt dort
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they live in there, at high cell number
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300000
2000
in hoch konzentrierter Zellanzahl.
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that molecule is there, and they're making light.
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302000
2000
Das Molekül ist vorhanden und sie machen Licht.
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The reason the squid is willing to put up with these shenanigans
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304000
3000
Der Grund, weswegen sich der Tintenfisch auf diese Spielerei eingelassen hat,
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is because it wants that light.
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307000
2000
ist, dass er das Licht will.
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The way that this symbiosis works
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309000
2000
Die Symbiose funktioniert folgendermaßen.
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is that this little squid lives just off the coast of Hawaii,
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311000
4000
Jener Tintenfisch lebt etwas von der Küste Hawaiis entfernt.
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just in sort of shallow knee-deep water.
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315000
2000
Also im seichten, Knie tiefen Wasser.
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The squid is nocturnal, so during the day
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317000
3000
Der Tintenfisch ist nachtaktiv, also vergräbt er sich tagsüber
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it buries itself in the sand and sleeps,
120
320000
2000
in den sandigen Boden und schläft.
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but then at night it has to come out to hunt.
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322000
3000
Aber in der Nacht muss er hervorkommen, um zu jagen.
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On bright nights when there is lots of starlight or moonlight
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2000
In hellen Nächten, wenn es viel Sternen- oder Mondlicht gibt,
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that light can penetrate the depth of the water
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327000
3000
kann das Licht bis in den Lebensraum des Tintenfisches
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the squid lives in, since it's just in those couple feet of water.
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330000
3000
vordringen, weil es nicht allzu tief ist.
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What the squid has developed is a shutter
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333000
3000
Dieser Tintenfisch hat eine Blende entwickelt,
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that can open and close over this specialized light organ housing the bacteria.
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336000
4000
die er über diesem speziellen Lichtorgan, in dem sich die Bakterien befinden, öffnen und schließen kann.
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Then it has detectors on its back
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340000
2000
Außerdem hat er Sensoren auf seinem Rücken,
06:00
so it can sense how much starlight or moonlight is hitting its back.
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342000
4000
mit denen er das einfallende Licht der Sterne und des Mondes erfassen kann.
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And it opens and closes the shutter
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346000
2000
Nun reguliert der Tintenfisch die Blende so,
06:06
so the amount of light coming out of the bottom --
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348000
2000
dass das Licht, was unten herauskommt,
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which is made by the bacterium --
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350000
2000
welches von den Bakterien erzeugt wird,
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exactly matches how much light hits the squid's back,
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352000
2000
genau an das einfallende Licht angepasst wird
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so the squid doesn't make a shadow.
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354000
2000
und er keinen Schatten wirft.
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It actually uses the light from the bacteria
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356000
3000
Er nutzt also das Licht der Bakterien,
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to counter-illuminate itself in an anti-predation device
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359000
3000
um sich selbst zu beleuchten als Verteidigungsmaßnahme,
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so predators can't see its shadow,
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362000
2000
denn so können seine Feinde keinen Schatten mehr sehen,
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calculate its trajectory, and eat it.
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364000
2000
um seine Bewegungsabläufe zu bestimmen und ihn dann zu essen.
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This is like the stealth bomber of the ocean.
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366000
3000
Das ist quasi der Tarnkappenbomber der Meere.
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(Laughter)
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369000
1000
(Lachen)
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But then if you think about it, the squid has this terrible problem
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370000
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Aber wenn Sie jetzt darüber nachdenken hat dieser Tintenfisch dieses schreckliche Problem.
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because it's got this dying, thick culture of bacteria
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Er hat diese absterbende, fette Kultur von Bakterien,
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and it can't sustain that.
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die er nicht aufrechterhalten kann.
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And so what happens is every morning when the sun comes up
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Es geschehen also folgende Dinge: Jeden Morgen wenn die Sonne aufgeht,
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the squid goes back to sleep, it buries itself in the sand,
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legt sich der Tintenfisch wieder unter dem Sand schlafen.
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and it's got a pump that's attached to its circadian rhythm,
145
383000
3000
An seinem Biorhythmus ist eine Pumpe angeschlossen,
06:44
and when the sun comes up it pumps out like 95 percent of the bacteria.
146
386000
5000
die jeden Morgen ca. 95% der Bakterien nach draußen schleudert.
06:49
Now the bacteria are dilute, that little hormone molecule is gone,
147
391000
3000
Jetzt sind die Bakterien verdünnt, das winzige Hormonmolekül ist weg
06:52
so they're not making light --
148
394000
2000
und sie erzeugen folglich auch kein Licht.
06:54
but of course the squid doesn't care. It's asleep in the sand.
149
396000
2000
Das kümmert den Tintefisch natürlich nicht, denn er ist ja am schlafen.
06:56
And as the day goes by the bacteria double,
150
398000
2000
Im weiteren Tagesverlauf verdoppeln sich die Bakterien wieder,
06:58
they release the molecule, and then light comes on
151
400000
3000
lassen das Molekül frei und das Licht geht gegen Abend an,
07:01
at night, exactly when the squid wants it.
152
403000
3000
genau dann, wenn der Tintenfisch es braucht.
07:04
First we figured out how this bacterium does this,
153
406000
3000
Zuerst haben wir herausgefunden, wie Bakterien das anstellen,
07:07
but then we brought the tools of molecular biology to this
154
409000
3000
aber danach brachten wir die Werkzeuge der Molekularbiologie ein,
07:10
to figure out really what's the mechanism.
155
412000
2000
um den genauen Vorgang zu identifizieren.
07:12
And what we found -- so this is now supposed to be, again, my bacterial cell --
156
414000
4000
Wir entdeckten, - Also, das ist wieder meine bakterielle Zelle -
07:16
is that Vibrio fischeri has a protein --
157
418000
2000
dass Vibrio fischeri ein Protein hat
07:18
that's the red box -- it's an enzyme that makes
158
420000
3000
- dieser rote Kasten - welches ein Enzym ist,
07:21
that little hormone molecule, the red triangle.
159
423000
3000
das die kleinen Hormon-Moleküle - die roten Dreiecke - produziert.
07:24
And then as the cells grow, they're all releasing that molecule
160
426000
2000
Wenn die Zellen dann wachsen, geben sie alle dieses Molekül
07:26
into the environment, so there's lots of molecule there.
161
428000
3000
an die Umwelt ab und so sind diese dann reichhaltig vorhanden.
07:29
And the bacteria also have a receptor on their cell surface
162
431000
4000
Des Weiteren hat das Bakterium einen Rezeptor auf der Zellhülle,
07:33
that fits like a lock and key with that molecule.
163
435000
3000
der genau zu dem Molekül passt – nach einem Schlüssel-Schloss-Prinzip.
07:36
These are just like the receptors on the surfaces of your cells.
164
438000
3000
Genauso wie die Rezeptoren auf der Oberfläche Ihrer Zellen.
07:39
When the molecule increases to a certain amount --
165
441000
3000
Wenn die Moleküle zu einer gewissen Zahl heranwachsen,
07:42
which says something about the number of cells --
166
444000
2000
was etwas über die Anzahl der Bakterien aussagt,
07:44
it locks down into that receptor
167
446000
2000
dann geht es die Verbindung mit diesem Rezeptor ein.
07:46
and information comes into the cells
168
448000
2000
Die Information gelangt dann in die Zelle,
07:48
that tells the cells to turn on
169
450000
2000
die dann der Zelle "sagt", dass es
07:50
this collective behavior of making light.
170
452000
3000
das kollektive Verhalten, zu leuchten, einschalten soll.
07:53
Why this is interesting is because in the past decade
171
455000
3000
Das ist interessant, weil wir im letzten Jahrzehnt herausfanden,
07:56
we have found that this is not just some anomaly
172
458000
2000
dass dies nicht nur irgendeine Anomalie
07:58
of this ridiculous, glow-in-the-dark bacterium that lives in the ocean --
173
460000
3000
dieses lächerlichen "Leuchten bei Nacht"-Meeresbakteriums ist.
08:01
all bacteria have systems like this.
174
463000
3000
Alle Bakterien haben solche Systeme.
08:04
So now what we understand is that all bacteria can talk to each other.
175
466000
3000
Nun wissen wir, dass alle Bakterien miteinander sprechen können.
08:07
They make chemical words, they recognize those words,
176
469000
3000
Sie produzieren chemische Wörter, erkennen diese,
08:10
and they turn on group behaviors
177
472000
2000
und schalten dann das Gruppenverhalten ein,
08:12
that are only successful when all of the cells participate in unison.
178
474000
5000
welches nur erfolgreich ist, wenn sich alle gleichzeitig daran beteiligen.
08:17
We have a fancy name for this: we call it quorum sensing.
179
479000
3000
Wir haben dafür einen schicken Namen: "Quorum Sensing"
08:20
They vote with these chemical votes,
180
482000
2000
Die Bakterien stimmen mit Hilfe dieser chemischen Wörter ab.
08:22
the vote gets counted, and then everybody responds to the vote.
181
484000
4000
Dann wird ausgezählt, woraufhin jeder auf das Ergebnis reagiert.
08:26
What's important for today's talk
182
488000
2000
Aber was für den Vortrag heute wichtig ist,
08:28
is that we know that there are hundreds of behaviors
183
490000
2000
ist, dass es hunderte von Verhalten gibt,
08:30
that bacteria carry out in these collective fashions.
184
492000
3000
die Bakterien in dieser kollektiven Manier ausführen.
08:33
But the one that's probably the most important to you is virulence.
185
495000
3000
Aber die Sache, die für Sie am wahrscheinlich am wichtigsten ist, ist Virulenz.
08:36
It's not like a couple bacteria get in you
186
498000
3000
Es ist nicht so, dass ein paar Bakterien in Sie gelangen
08:39
and they start secreting some toxins --
187
501000
2000
und dann beginnen Gifte freizusetzen.
08:41
you're enormous, that would have no effect on you. You're huge.
188
503000
3000
Sie sind zu groß, das würde keinen Effekt hervorrufen.
08:44
What they do, we now understand,
189
506000
3000
Wir wissen jetzt, dass die Bakterien
08:47
is they get in you, they wait, they start growing,
190
509000
3000
in Sie gelangen, dort warten und heranwachsen,
08:50
they count themselves with these little molecules,
191
512000
2000
sich selbst mit diesen kleinen Molekülen zählen
08:52
and they recognize when they have the right cell number
192
514000
2000
erkennen, wann sie die erforderliche Zellanzahl erreicht haben,
08:54
that if all of the bacteria launch their virulence attack together,
193
516000
4000
und dann, wenn sie ihre Attacke zusammen starten,
08:58
they are going to be successful at overcoming an enormous host.
194
520000
4000
sind sie erfolgreich, einen riesigen Wirt zu übermannen.
09:02
Bacteria always control pathogenicity with quorum sensing.
195
524000
4000
Bakterien steuern das Auslösen von Krankheiten immer mit Quorum Sensing.
09:06
That's how it works.
196
528000
2000
So funktioniert es.
09:08
We also then went to look at what are these molecules --
197
530000
3000
Außerdem haben wir die Moleküle genauer unter die Lupe genommen -
09:11
these were the red triangles on my slides before.
198
533000
3000
das waren die roten Dreiecke auf meinen Folien zuvor.
09:14
This is the Vibrio fischeri molecule.
199
536000
2000
Das ist das Vibrio fischeri Molekül.
09:16
This is the word that it talks with.
200
538000
2000
Das ist das Wort, mit dem es spricht.
09:18
So then we started to look at other bacteria,
201
540000
2000
Wir begannen, uns weitere Bakterien anzusehen
09:20
and these are just a smattering of the molecules that we've discovered.
202
542000
3000
und das ist nur ein Bruchteil der Moleküle, die wir fanden.
09:23
What I hope you can see
203
545000
2000
Ich hoffe, Sie können erkennen,
09:25
is that the molecules are related.
204
547000
2000
dass die Moleküle verwandt sind.
09:27
The left-hand part of the molecule is identical
205
549000
2000
Der linke Teil des Moleküls ist identisch
09:29
in every single species of bacteria.
206
551000
3000
in jeder einzelnen Bakterienspezies.
09:32
But the right-hand part of the molecule is a little bit different in every single species.
207
554000
4000
Aber der rechte Teil des Moleküls ist in jeder Spezies ein klein wenig anders.
09:36
What that does is to confer
208
558000
2000
Das gewährleistet eine
09:38
exquisite species specificities to these languages.
209
560000
4000
speziesspezifische Exklusivität dieser Sprachen
09:42
Each molecule fits into its partner receptor and no other.
210
564000
4000
Jedes Molekül passt in seinen Partnerrezeptor und keinen anderen.
09:46
So these are private, secret conversations.
211
568000
3000
Es sind also private, geheime Unterhaltungen.
09:49
These conversations are for intraspecies communication.
212
571000
4000
Es ist eine speziesinterne Kommunikation.
09:53
Each bacteria uses a particular molecule that's its language
213
575000
4000
Jedes Bakterium benutzt die eigene Molekülsprache,
09:57
that allows it to count its own siblings.
214
579000
4000
um die eigenen Geschwister zählen zu können.
10:01
Once we got that far we thought
215
583000
2000
Als wir so weit gekommen waren, dachten wir,
10:03
we were starting to understand that bacteria have these social behaviors.
216
585000
3000
dass wir begannen, zu verstehen, dass Bakterien soziale Verhalten besitzen.
10:06
But what we were really thinking about is that most of the time
217
588000
3000
Aber woran wir wirklich fast den ganzen Tag lang dachten war,
10:09
bacteria don't live by themselves, they live in incredible mixtures,
218
591000
3000
dass Bakterien nicht alleine, sondern vielmehr in unglaublichen Mixturen,
10:12
with hundreds or thousands of other species of bacteria.
219
594000
4000
die aus vielen hunderten bis tausenden verschieden Bakterien bestehen können, leben.
10:16
And that's depicted on this slide. This is your skin.
220
598000
3000
Das ist auf der Folie beschrieben. Das ist Ihre Haut.
10:19
So this is just a picture -- a micrograph of your skin.
221
601000
3000
Das ist nur ein Foto – eine Mikroskopaufnahme Ihrer Haut.
10:22
Anywhere on your body, it looks pretty much like this,
222
604000
2000
Überall auf Ihren Körpern sieht es nahezu genauso aus wie auf dem Foto.
10:24
and what I hope you can see is that there's all kinds of bacteria there.
223
606000
4000
Ich hoffe sie können sehen, dass es hier von Bakterien aller Art nur so wimmelt.
10:28
And so we started to think if this really is about communication in bacteria,
224
610000
4000
Und so begannen wir, uns zu überlegen, ob es wirklich um Kommunikation zwischen Bakterien geht
10:32
and it's about counting your neighbors,
225
614000
2000
und darum ihre Nachbarn zu zählen,
10:34
it's not enough to be able to only talk within your species.
226
616000
3000
denn es ist nicht ausreichend, sich nur in der eigenen Spezies unterhalten zu können.
10:37
There has to be a way to take a census
227
619000
2000
Es musste einen Weg geben, eine Befragung
10:39
of the rest of the bacteria in the population.
228
621000
3000
der restlichen Bakterien in der Population durchzuführen.
10:42
So we went back to molecular biology
229
624000
2000
Wir gingen also wieder zurück zur Molekularbiologie
10:44
and started studying different bacteria,
230
626000
2000
und fingen an, verschiedene Bakterien zu untersuchen.
10:46
and what we've found now is that
231
628000
2000
Wir fanden heraus, dass
10:48
in fact, bacteria are multilingual.
232
630000
2000
Bakterien tatsächlich mehrsprachig sind.
10:50
They all have a species-specific system --
233
632000
3000
Sie haben alle ein speziesspezifisches System -
10:53
they have a molecule that says "me."
234
635000
2000
sie haben dafür ein Molekül das "ich" sagt.
10:55
But then, running in parallel to that is a second system
235
637000
3000
Aber dann fahren sie zweigleisig dazu noch ein zweites System,
10:58
that we've discovered, that's generic.
236
640000
2000
welches wir entdeckt haben, das allgemein ist.
11:00
So, they have a second enzyme that makes a second signal
237
642000
3000
Sie besitzen ein zweites Enzym, welches ein zweites Signal herstellt.
11:03
and it has its own receptor,
238
645000
2000
Das hat auch seinen eigenen Rezeptor
11:05
and this molecule is the trade language of bacteria.
239
647000
3000
und dieses Molekül ist die Handelssprache der Bakterien.
11:08
It's used by all different bacteria
240
650000
2000
Es wird von allen unterschiedlichen Bakterien verwendet
11:10
and it's the language of interspecies communication.
241
652000
4000
und stellt die interspezielle Kommunikation dar.
11:14
What happens is that bacteria are able to count
242
656000
3000
Nun sind Bakterien in der Lage zu zählen,
11:17
how many of me and how many of you.
243
659000
3000
wie viele es von "mir" und von "euch" gibt.
11:20
They take that information inside,
244
662000
2000
Diese Information verinnerlichen sie
11:22
and they decide what tasks to carry out
245
664000
2000
und entscheiden dann, welche Aufgabe sie ausführen
11:24
depending on who's in the minority and who's in the majority
246
666000
4000
abhängig davon, wer in der Minderheit bzw. in der Mehrheit
11:28
of any given population.
247
670000
2000
der vorhanden Population ist.
11:30
Then again we turn to chemistry,
248
672000
2000
Dann haben wir uns wieder an die Chemie gewandt
11:32
and we figured out what this generic molecule is --
249
674000
3000
und herausgefunden, was dieses generische Molekül ist -
11:35
that was the pink ovals on my last slide, this is it.
250
677000
3000
es war das rosa Oval auf meiner Folie, das ist es.
11:38
It's a very small, five-carbon molecule.
251
680000
2000
Es ist ein sehr kleines, fünfarmiges Kohlenstoffmolekül.
11:40
What the important thing is that we learned
252
682000
3000
Das Wichtige daran, was wir gelernt haben, ist,
11:43
is that every bacterium has exactly the same enzyme
253
685000
3000
dass jedes Bakterium das identische Enzym hat
11:46
and makes exactly the same molecule.
254
688000
2000
und das identische Molekül bildet.
11:48
So they're all using this molecule
255
690000
2000
Sie verwenden also alle dieses Molekül
11:50
for interspecies communication.
256
692000
2000
für die Kommunikation zwischen den Spezies.
11:52
This is the bacterial Esperanto.
257
694000
3000
Das ist quasi das bakterielle Esperanto.
11:55
(Laughter)
258
697000
1000
(Lachen)
11:56
Once we got that far, we started to learn
259
698000
2000
Als wir so weit waren, begannen wir zu verstehen,
11:58
that bacteria can talk to each other with this chemical language.
260
700000
3000
dass Bakterien miteinander reden können, mithilfe dieser chemischen Sprache.
12:01
But what we started to think is that maybe there is something
261
703000
2000
Aber wir dachten auch daran, dass es vielleicht etwas
12:03
practical that we can do here as well.
262
705000
2000
brauchbareres gibt, das wir nutzen können.
12:05
I've told you that bacteria do have all these social behaviors,
263
707000
3000
Ich habe Ihnen von dem sozialen Verhalten der Bakterien erzählt,
12:08
they communicate with these molecules.
264
710000
3000
dass sie mit Hilfe der Moleküle kommunizieren.
12:11
Of course, I've also told you that one of the important things they do
265
713000
3000
Natürlich habe ich Ihnen auch mitgeteilt, dass eine der wichtigen Dinge, die sie machen
12:14
is to initiate pathogenicity using quorum sensing.
266
716000
3000
das Auslösen von Krankheiten mit Hilfe von Quorum Sensing ist.
12:17
We thought, what if we made these bacteria
267
719000
2000
Wir dachten: Was passiert wenn wir die Bakterien beeinflussen,
12:19
so they can't talk or they can't hear?
268
721000
3000
so dass nicht sprechen oder hören können?
12:22
Couldn't these be new kinds of antibiotics?
269
724000
3000
Könnte das nicht eine neue Sorte Antibiotika sein?
12:25
Of course, you've just heard and you already know
270
727000
2000
Sie haben es sicherlich bereits vernommen und wissen auch,
12:27
that we're running out of antibiotics.
271
729000
2000
dass Antibiotika zur Neige gehen.
12:29
Bacteria are incredibly multi-drug-resistant right now,
272
731000
3000
Bakterien sind unglaublich arzneimittelresistent geworden,
12:32
and that's because all of the antibiotics that we use kill bacteria.
273
734000
4000
was darauf zurückzuführen ist, dass wir mit Antibiotika Bakterien töten.
12:36
They either pop the bacterial membrane,
274
738000
2000
Sie lassen die Zellmembrane aufplatzen,
12:38
they make the bacterium so it can't replicate its DNA.
275
740000
3000
sie bewirken, dass Bakterien keine DNA mehr replizieren können.
12:41
We kill bacteria with traditional antibiotics
276
743000
3000
Wir töten Bakterien mit traditionellen Antibiotika
12:44
and that selects for resistant mutants.
277
746000
2000
und das selektiert für resistente Mutanten.
12:46
And so now of course we have this global problem
278
748000
3000
Jetzt haben wir natürlich ein globales Problem
12:49
in infectious diseases.
279
751000
2000
auf dem Gebiet der Infektionskrankheiten.
12:51
We thought, well what if we could sort of do behavior modifications,
280
753000
3000
Wir dachten: Wie wäre es, wenn wir ein paar Verhaltenmodifikationen vornehmen,
12:54
just make these bacteria so they can't talk, they can't count,
281
756000
3000
so dass diese Bakterien nicht reden könnten, sich nicht zählen könnten
12:57
and they don't know to launch virulence.
282
759000
3000
und schließlich auch nicht wüssten, wann sie angreifen sollen.
13:00
And so that's exactly what we've done, and we've sort of taken two strategies.
283
762000
3000
Und das ist genau das, was wir taten. Wir verfolgten zwei Strategien.
13:03
The first one is we've targeted
284
765000
2000
Die erste zielt auf das
13:05
the intraspecies communication system.
285
767000
3000
speziesinterne Kommunikationssystem ab.
13:08
So we made molecules that look kind of like the real molecules --
286
770000
3000
Wir erstellten Moleküle, die fast wie die Echten aussahen -
13:11
which you saw -- but they're a little bit different.
287
773000
2000
die Sie schon sahen - aber diese unterscheiden sich etwas.
13:13
And so they lock into those receptors,
288
775000
2000
Deshalb verschließen sie die Rezeptoren
13:15
and they jam recognition of the real thing.
289
777000
3000
und stören das Erkennen der echten Moleküle.
13:18
By targeting the red system,
290
780000
2000
Wenn wir auf das rote System abzielen,
13:20
what we are able to do is to make
291
782000
2000
sind wir in der Lage,
13:22
species-specific, or disease-specific, anti-quorum sensing molecules.
292
784000
5000
speziesspezifische oder krankheitsspezifische Anti-Quorum-Sensing-Moleküle herzustellen.
13:27
We've also done the same thing with the pink system.
293
789000
3000
Wir haben das gleiche ebenfalls auf das rosa System angewandt.
13:30
We've taken that universal molecule and turned it around a little bit
294
792000
3000
Wir nahmen das Universalmolekül und veränderten es etwas,
13:33
so that we've made antagonists
295
795000
2000
so dass wir Gegenspieler
13:35
of the interspecies communication system.
296
797000
2000
des interspeziellen Kommunikationssystems herstellten.
13:37
The hope is that these will be used as broad-spectrum antibiotics
297
799000
5000
Wir hoffen, dass diese als allgemeine Antibiotika benutzt werden,
13:42
that work against all bacteria.
298
804000
2000
die gegen alle Bakterien wirken.
13:44
To finish I'll just show you the strategy.
299
806000
3000
Zum Ende werde ich Ihnen die Strategie vorstellen.
13:47
In this one I'm just using the interspecies molecule,
300
809000
2000
Hier verwende ich nur das speziesinterne Molekül
13:49
but the logic is exactly the same.
301
811000
2000
aber der Denkansatz ist exakt der gleiche.
13:51
What you know is that when that bacterium gets into the animal,
302
813000
3000
Sie wissen bereits, dass wenn ein Bakterium in ein Tier gelangt,
13:54
in this case, a mouse,
303
816000
2000
in diesem Fall eine Maus,
13:56
it doesn't initiate virulence right away.
304
818000
2000
es nicht sofort die Krankheit auslöst.
13:58
It gets in, it starts growing, it starts secreting
305
820000
3000
Es dringt ein, beginnt zu wachsen und dann
14:01
its quorum sensing molecules.
306
823000
2000
die Quorum-Sensing-Moleküle auszuscheiden.
14:03
It recognizes when it has enough bacteria
307
825000
2000
Die Bakterien erkennen wann sie ausreichend in Anzahl sind
14:05
that now they're going to launch their attack,
308
827000
2000
und erst jetzt starten sie ihren Angriff,
14:07
and the animal dies.
309
829000
2000
und das Tier stirbt.
14:09
What we've been able to do is to give these virulent infections,
310
831000
3000
Wir waren in der Lage diese Krankheitserreger zu spritzen,
14:12
but we give them in conjunction with our anti-quorum sensing molecules --
311
834000
4000
aber wir spritzten sie zusammen mit den Anti-Quorum-Sensing-Molekülen
14:16
so these are molecules that look kind of like the real thing,
312
838000
2000
also die Moleküle, die aussehen wie die Echten.
14:18
but they're a little bit different which I've depicted on this slide.
313
840000
3000
Aber sie unterscheiden sich etwas, was ich auf dieser Folie dargestellt habe.
14:21
What we now know is that if we treat the animal
314
843000
3000
Wir wissen nun, dass wenn wir einem Tier
14:24
with a pathogenic bacterium -- a multi-drug-resistant pathogenic bacterium --
315
846000
4000
krankheitsauslösende Bakterien - mehrfach resistente, krankheitsauslösende Bakterien - spritzen
14:28
in the same time we give our anti-quorum sensing molecule,
316
850000
4000
und zur selben Zeit das Anti-Quorum-Sensing-Molekül injizieren
14:32
in fact, the animal lives.
317
854000
2000
das Tier tatsächlich am Leben bleibt.
14:34
We think that this is the next generation of antibiotics
318
856000
4000
Wir glauben, dass dies die nächste Antibiotikageneration ist
14:38
and it's going to get us around, at least initially,
319
860000
2000
und wir werden damit, zumindest anfänglich,
14:40
this big problem of resistance.
320
862000
2000
dieses große Problem der Resistenz lösen.
14:42
What I hope you think, is that bacteria can talk to each other,
321
864000
3000
Ich hoffe Sie wissen jetzt, dass Bakterien miteinander sprechen können.
14:45
they use chemicals as their words,
322
867000
3000
Sie nutzten Chemikalien als deren Worte,
14:48
they have an incredibly complicated chemical lexicon
323
870000
3000
haben ein unwahrscheinlich komplexes chemisches Lexikon
14:51
that we're just now starting to learn about.
324
873000
2000
und wir beginnen gerade erst, es zu verstehen.
14:53
Of course what that allows bacteria to do
325
875000
3000
Das erlaubt Bakterien natürlich,
14:56
is to be multicellular.
326
878000
2000
multizellulär zu sein.
14:58
So in the spirit of TED they're doing things together
327
880000
3000
Mit dem Grundgedanken von TED bewerkstelligen sie Dinge zusammen,
15:01
because it makes a difference.
328
883000
2000
weil sie so etwas Signifikantes bewirken können.
15:03
What happens is that bacteria have these collective behaviors,
329
885000
4000
Fakt ist, dass Bakterien ein kollektives Verhalten haben
15:07
and they can carry out tasks
330
889000
2000
und dass sie Aufgaben erfüllen,
15:09
that they could never accomplish
331
891000
2000
die sie alleine nie verwirklichen könnten
15:11
if they simply acted as individuals.
332
893000
2000
wenn sie nur als Individuen agieren würden.
15:13
What I would hope that I could further argue to you
333
895000
3000
Ich hoffe an Sie heranbringen zu können,
15:16
is that this is the invention of multicellularity.
334
898000
3000
dass dies die Erfindung der Mehrzeller ist.
15:19
Bacteria have been on the Earth for billions of years;
335
901000
4000
Bakterien sind seit Milliarden von Jahren auf der Erde.
15:23
humans, couple hundred thousand.
336
905000
2000
Menschen - seit ein paar hunderttausend.
15:25
We think bacteria made the rules
337
907000
2000
Wir denken Bakterien haben die Regeln aufgestellt
15:27
for how multicellular organization works.
338
909000
3000
wie mehrzellige Organismen zu funktionieren haben.
15:30
We think, by studying bacteria,
339
912000
3000
Wir glauben, wenn wir Bakterien beobachten,
15:33
we're going to be able to have insight about multicellularity in the human body.
340
915000
4000
werden wir mehr Einsichten über komplexe Zellen im menschlichen Körper erlangen.
15:37
We know that the principles and the rules,
341
919000
2000
Wir wissen, dass die Prinzipien und die Regeln,
15:39
if we can figure them out in these sort of primitive organisms,
342
921000
2000
wenn wir sie in diesen primitiven Organismen entschlüsseln können,
15:41
the hope is that they will be applied
343
923000
2000
sich hoffentlich auf andere menschliche
15:43
to other human diseases and human behaviors as well.
344
925000
4000
Krankheiten und Verhaltensmuster anwenden lassen.
15:47
I hope that what you've learned
345
929000
2000
Ich hoffe, dass sie gelernt haben,
15:49
is that bacteria can distinguish self from other.
346
931000
3000
dass Bakterien zwischen sich selbst und anderen unterscheiden können.
15:52
By using these two molecules they can say "me" and they can say "you."
347
934000
3000
Mit diesen zwei Molekülen können sie „ich“ und „du“ sagen.
15:55
Again of course that's what we do,
348
937000
2000
Das ist, nochmals, was wir tun
15:57
both in a molecular way,
349
939000
2000
sowohl auf molekularer Ebene
15:59
and also in an outward way,
350
941000
2000
aber auch nach außen hin.
16:01
but I think about the molecular stuff.
351
943000
2000
Jedoch denke ich über die molekularen Dinge nach.
16:03
This is exactly what happens in your body.
352
945000
2000
Genau das passiert in Ihrem Körper.
16:05
It's not like your heart cells and your kidney cells get all mixed up every day,
353
947000
3000
Es ist aber nicht so, dass Ihre Herzzellen und Ihre Nierenzellen jeden Tag durcheinandergebracht werden.
16:08
and that's because there's all of this chemistry going on,
354
950000
3000
Das liegt daran, weil es diese Chemie dazwischen gibt,
16:11
these molecules that say who each of these groups of cells is,
355
953000
3000
die Moleküle, die sagen welche jede dieser Zellgruppen ist,
16:14
and what their tasks should be.
356
956000
2000
Und was ihre Aufgabe sein sollte.
16:16
Again, we think that bacteria invented that,
357
958000
3000
Wie bereits erwähnt, denken wir, dass Bakterien das erfunden haben
16:19
and you've just evolved a few more bells and whistles,
358
961000
3000
und wir haben nur etwas mehr Schnickschnack entwickelt.
16:22
but all of the ideas are in these simple systems that we can study.
359
964000
4000
Aber alle diese Ideen sind in diesen einfachsten Systemen, die wir studieren können.
16:26
The final thing is, again just to reiterate that there's this practical part,
360
968000
4000
Letztlich ist nochmals zu betonen, dass es einen effektiven Nutzen gibt,
16:30
and so we've made these anti-quorum sensing molecules
361
972000
3000
und dass daraus die Anti-Quorum-Sensing Moleküle entstanden sind,
16:33
that are being developed as new kinds of therapeutics.
362
975000
3000
die als neue therapeutische Maßnahmen entwickelt werden.
16:36
But then, to finish with a plug for all the good and miraculous bacteria
363
978000
3000
Aber um mit etwas Werbung für all die guten und wunderbaren Bakterien,
16:39
that live on the Earth,
364
981000
2000
die auf der Erde leben zu enden,
16:41
we've also made pro-quorum sensing molecules.
365
983000
2000
haben wir auch Pro-Quorum-Sensing Moleküle hergestellt.
16:43
So, we've targeted those systems to make the molecules work better.
366
985000
3000
Wir haben also auf diese Systeme abgezielt, so dass die Moleküle besser arbeiten.
16:46
Remember you have these 10 times or more bacterial cells
367
988000
4000
Denken Sie daran! Sie haben 10 mal mehr bakterielle Zellen
16:50
in you or on you, keeping you healthy.
368
992000
2000
in oder auf Ihnen, die Sie gesund halten.
16:52
What we're also trying to do is to beef up the conversation
369
994000
3000
Des Weiteren versuchen wir, die Unterhaltung etwas aufzupeppen,
16:55
of the bacteria that live as mutualists with you,
370
997000
3000
zwischen den Bakterien, die in Symbiose mit Ihnen leben,
16:58
in the hopes of making you more healthy,
371
1000000
2000
in der Hoffnung, Sie gesünder zu machen
17:00
making those conversations better,
372
1002000
2000
indem wir die Verständigung verbessern,
17:02
so bacteria can do things that we want them to do
373
1004000
3000
so dass Bakterien Dinge, die wir wollen, gemeinsam erledigen,
17:05
better than they would be on their own.
374
1007000
3000
und damit besser, als wenn sie alleine wären.
17:08
Finally, I wanted to show you
375
1010000
2000
Zum Schluss möchte ich Ihnen noch
17:10
this is my gang at Princeton, New Jersey.
376
1012000
2000
meine Gang in Princeton, New Jersey, zeigen.
17:12
Everything I told you about was discovered by someone in that picture.
377
1014000
4000
Alles was ich Ihnen heute erzählt habe, wurde von jemandem auf diesem Bild entdeckt.
17:16
I hope when you learn things,
378
1018000
2000
Ich hoffe, dass wenn sie neue Dinge erfahren,
17:18
like about how the natural world works --
379
1020000
2000
wie beispielsweise die Natur funktioniert --
17:20
I just want to say that whenever you read something in the newspaper
380
1022000
3000
Ich möchte nur ausdrücken, dass wenn Sie etwas in der Zeitung lesen
17:23
or you get to hear some talk about something ridiculous in the natural world
381
1025000
3000
oder einen Vortrag über etwas absurdes aus der Naturwissenschaft hören,
17:26
it was done by a child.
382
1028000
2000
es von einem Kind gemacht wurde.
17:28
Science is done by that demographic.
383
1030000
2000
Wissenschaft wird von jungen Menschen gemacht.
17:30
All of those people are between 20 and 30 years old,
384
1032000
4000
All diese Leute sind zwischen 20 und 30 Jahren alt
17:34
and they are the engine that drives scientific discovery in this country.
385
1036000
4000
und Sie sind der Motor, der die wissenschaftlichen Entdeckungen dieses Landes vorantreibt.
17:38
It's a really lucky demographic to work with.
386
1040000
3000
Es ist eine tolle Altersgruppe, mit der ich zusammenarbeite.
17:41
I keep getting older and older and they're always the same age,
387
1043000
3000
Ich werde immer älter und älter und Sie bleiben immer gleich alt
17:44
and it's just a crazy delightful job.
388
1046000
3000
aber es ist einfach ein erheiternder und zugleich verrückter Beruf.
17:47
I want to thank you for inviting me here.
389
1049000
2000
Ich möchte Ihnen für die Einlandung hierher danken.
17:49
It's a big treat for me to get to come to this conference.
390
1051000
3000
Es ist eine große Ehre für mich, zu dieser Konferenz kommen zu dürfen.
17:52
(Applause)
391
1054000
5000
(Beifall)
17:57
Thanks.
392
1059000
1000
Danke
17:58
(Applause)
393
1060000
14000
(Beifall)
ABOUT THE SPEAKER
Bonnie Bassler - Molecular biologistBonnie Bassler studies how bacteria can communicate with one another, through chemical signals, to act as a unit. Her work could pave the way for new, more potent medicine.
Why you should listen
In 2002, bearing her microscope on a microbe that lives in the gut of fish, Bonnie Bassler isolated an elusive molecule called AI-2, and uncovered the mechanism behind mysterious behavior called quorum sensing -- or bacterial communication. She showed that bacterial chatter is hardly exceptional or anomolous behavior, as was once thought -- and in fact, most bacteria do it, and most do it all the time. (She calls the signaling molecules "bacterial Esperanto.")
The discovery shows how cell populations use chemical powwows to stage attacks, evade immune systems and forge slimy defenses called biofilms. For that, she's won a MacArthur "genius" grant -- and is giving new hope to frustrated pharmacos seeking new weapons against drug-resistant superbugs.
Bassler teaches molecular biology at Princeton, where she continues her years-long study of V. harveyi, one such social microbe that is mainly responsible for glow-in-the-dark sushi. She also teaches aerobics at the YMCA.
Bonnie Bassler | Speaker | TED.com