TED2015
Tal Danino: Programming bacteria to detect cancer (and maybe treat it)
Tal Danino: Můžeme využít bakterie k detekci rakoviny (a možná ji i léčit)
Filmed:
Readability: 6.6
1,329,748 views
Rakovina jater je jednou z nejobtížněji detekovatelných rakovin, ale syntetický biolog Tal Danino měl originální myšlenku: Co kdybychom mohli vytvořit probiotika, jedlé bakterie, které by byly naprogramovány k nalezení jaterních nádorů? Jeho pohled využívá něčeho, čemu o bakteriích teprve začínáme rozumět: jejich schopnosti quorum sensing; dělání nečeho společně ve chvíli, kdy dosáhnou kritické velikosti. Danino, TED Fellow, vysvětluje jak quorum sensing funguje – a jak chytré spolupracující bakterie mohou jednoho dne změnit léčbu rakoviny.
Tal Danino - Synthetic biologist
Tal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow. Full bio
Tal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
You may not realize this,
0
788
1745
Zřejmě si to neuvědomujete,
00:14
but there are more bacteria in your body
than stars in our entire galaxy.
than stars in our entire galaxy.
1
2533
4880
ale ve vašem těle je více bakterií
než hvězd v celé galaxii.
než hvězd v celé galaxii.
00:20
This fascinating universe
of bacteria inside of us
of bacteria inside of us
2
8040
3127
Tento fascinující vesmír
bakterií v nás
bakterií v nás
00:23
is an integral part of our health,
3
11167
2276
je nedílnou součástí našeho zdraví
00:25
and our technology is evolving so rapidly
4
13443
2089
a naše technologie se vyvíjí tak rapidně,
00:27
that today we can program these bacteria
like we program computers.
like we program computers.
5
15532
4759
že dnes můžeme programovat tyto bakterie
jako programujeme počítače.
jako programujeme počítače.
00:33
Now, the diagram that you see here,
6
21060
1879
Schéma, které zde vidíte,
00:34
I know it looks like
some kind of sports play,
some kind of sports play,
7
22939
2531
možná vypadá jako
nějaký popis sportovního utkání,
nějaký popis sportovního utkání,
00:37
but it is actually a blueprint of
the first bacterial program I developed.
the first bacterial program I developed.
8
25470
4156
je ve skutečnosti plán prvního takového
programu, který jsem vytvořil.
programu, který jsem vytvořil.
00:41
And like writing software,
we can print and write DNA
we can print and write DNA
9
29626
3321
A stejně jako píšeme software,
můžeme tisknout a psát DNA
můžeme tisknout a psát DNA
00:44
into different algorithms
and programs inside of bacteria.
and programs inside of bacteria.
10
32947
3227
do různých algoritmů a
programů uvnitř bakterií.
programů uvnitř bakterií.
00:48
What this program does
is produces fluorescent proteins
is produces fluorescent proteins
11
36824
2695
Tento program produkuje
fluorescenční proteiny,
fluorescenční proteiny,
00:51
in a rhythmic fashion
12
39519
1438
rytmickým způsobem,
00:52
and generates a small molecule
13
40957
1602
a generuje malou molekulu
00:54
that allows bacteria
to communicate and synchronize,
to communicate and synchronize,
14
42559
2578
umožňující bakteriím komunikaci
a synchronizaci tak,
a synchronizaci tak,
00:57
as you're seeing in this movie.
15
45137
1838
jak vidíte v tomto videu.
00:59
The growing colony of bacteria
that you see here
that you see here
16
47505
2280
Zvětšující se kolonie bakterií,
kterou zde vidíte,
kterou zde vidíte,
01:01
is about the width of a human hair.
17
49785
1993
je zhruba šířky lidského vlasu.
01:03
Now, what you can't see
is that our genetic program
is that our genetic program
18
51778
2507
To, co nemůžete vidět, je, že
náš genetický program
náš genetický program
01:06
instructs these bacteria
to each produce small molecules,
to each produce small molecules,
19
54285
3483
instruuje tyto bakterie
k produkci malých molekul,
k produkci malých molekul,
01:09
and these molecules travel between
the thousands of individual bacteria
the thousands of individual bacteria
20
57768
3413
které putují mezi tisíci
jednotlivými bakteriemi
jednotlivými bakteriemi
01:13
telling them when to turn on and off.
21
61181
2716
a říkají jim, kdy se mají
zapnout a vypnout.
zapnout a vypnout.
01:15
And the bacteria synchronize
quite well at this scale,
quite well at this scale,
22
63897
3251
A bakterie se velmi dobře
při této velikosti synchronizují,
při této velikosti synchronizují,
01:19
but because the molecule that synchronizes
them together can only travel so fast,
them together can only travel so fast,
23
67148
3994
ale protože molekula, která je
synchronizuje, cestuje omezenou rychlostí,
synchronizuje, cestuje omezenou rychlostí,
01:23
in larger colonies of bacteria,
this results in traveling waves
this results in traveling waves
24
71142
3576
ve větších koloniích to způsobuje
cestující vlny
cestující vlny
01:26
between bacteria that are
far away from each other,
far away from each other,
25
74718
2902
mezi bakteriemi, které jsou od sebe
velmi vzdáleny.
velmi vzdáleny.
01:29
and you can see these waves going
from right to left across the screen.
from right to left across the screen.
26
77620
3736
Můžete vidět tyto vlny, jak se pohybují
zprava doleva napříč obrazovkou.
zprava doleva napříč obrazovkou.
01:33
Now, our genetic program
relies on a natural phenomenon
relies on a natural phenomenon
27
81356
2788
Náš genetický program spoléhá
na přírodní jev,
na přírodní jev,
01:36
called quorum sensing,
28
84144
1173
kterému se říká quorum sensing,
01:37
in which bacteria trigger coordinated
and sometimes virulent behaviors
and sometimes virulent behaviors
29
85317
3332
při kterém bakterie spustí koordinované
a občas nakažlivé chování,
a občas nakažlivé chování,
01:40
once they reach a critical density.
30
88649
2941
jakmile dosáhnou kritické hustoty.
01:43
You can observe quorum sensing
in action in this movie,
in action in this movie,
31
91590
2655
Quorum sensing v akci můžete
vidět v tomto videu,
vidět v tomto videu,
01:46
where a growing colony of bacteria
only begins to glow
only begins to glow
32
94245
3642
kde zvětšující se kolonie bakterií,
začíná zářit,
začíná zářit,
01:49
once it reaches a high
or critical density.
or critical density.
33
97887
2371
jakmile dosáhne vysoké nebo
kritické hustoty.
kritické hustoty.
Náš genetický program
01:52
Our genetic program
34
100258
1842
01:54
continues producing these
rhythmic patterns of fluorescent proteins
rhythmic patterns of fluorescent proteins
35
102100
3151
pokračuje v produkci těchto
rytmický vzorů fluorescenčních proteinů
rytmický vzorů fluorescenčních proteinů
01:57
as the colony grows outwards.
36
105251
2368
současně s růstem kolonie.
01:59
This particular movie and experiment
we call The Supernova,
we call The Supernova,
37
107619
3691
Tomuto konkrétnímu videu a pokusu
říkáme Supernova,
říkáme Supernova,
02:03
because it looks like an exploding star.
38
111310
3030
protože vypadá jako explodující hvězda.
02:06
Now, besides programming
these beautiful patterns,
these beautiful patterns,
39
114340
2390
Kromě programování těchto krásných vzorců,
02:08
I wondered, what else can we get
these bacteria to do?
these bacteria to do?
40
116730
2591
jsem přemýšlel. Co dalšího bychom mohli
přimět bakterie dělat?
přimět bakterie dělat?
02:11
And I decided to explore
how we can program bacteria
how we can program bacteria
41
119321
2579
Rozhodl jsem se prozkoumat,
jak programovat bakterie,
jak programovat bakterie,
02:13
to detect and treat diseases
in our bodies like cancer.
in our bodies like cancer.
42
121900
2789
aby detekovaly a léčily nemoci
jako rakovina.
jako rakovina.
02:18
One of the surprising facts about bacteria
43
126009
2298
Jeden z překvapivých
faktů o bakteriích je,
faktů o bakteriích je,
02:20
is that they can naturally grow
inside of tumors.
inside of tumors.
44
128307
3437
že mohou přirozeně růst uvnitř nádorů.
02:23
This happens because typically tumors
45
131744
1764
To se děje proto, že nádory
jsou obvykle
jsou obvykle
02:25
are areas where the immune system
has no access,
has no access,
46
133508
2415
nepřístupné imunitnímu systému,
02:27
and so bacteria find these tumors
47
135923
1997
takže bakterie tyto tumory najdou
02:29
and use them as a safe haven
to grow and thrive.
to grow and thrive.
48
137920
3831
a užívají je jako bezpečné útočiště,
aby rostly a vzkvétaly.
aby rostly a vzkvétaly.
02:33
We started using probiotic bacteria
49
141751
1834
Začali jsme používat
probiotické bakterie,
probiotické bakterie,
02:35
which are safe bacteria
that have a health benefit,
that have a health benefit,
50
143585
2624
což jsou bezpečné, zdraví
prospěšné bakterie
prospěšné bakterie
02:38
and found that
when orally delivered to mice,
when orally delivered to mice,
51
146209
2461
a zjistili jsme, že
při ústním podání myším
při ústním podání myším
02:40
these probiotics would selectively
grow inside of liver tumors.
grow inside of liver tumors.
52
148670
4156
rostou tato probiotika selektivně
v jaterních nádorech.
v jaterních nádorech.
02:44
We realized that the most convenient way
53
152826
1954
Uvědomili jsme si, že nejlepší způsob,
02:46
to highlight the presence
of the probiotics,
of the probiotics,
54
154780
2081
jak zvýraznit přítomnost probiotik,
02:48
and hence, the presence of the tumors,
55
156861
1863
a tedy přítomnost nádorů,
02:50
was to get these bacteria
to produce a signal
to produce a signal
56
158724
2229
bylo přimět bakterie produkovat signál,
02:52
that would be detectable in the urine,
57
160953
2116
který by byl detekovatelný v moči.
02:55
and so we specifically
programmed these probiotics
programmed these probiotics
58
163069
2412
Tak jsme tato probiotika
přímo naprogramovali,
přímo naprogramovali,
02:57
to make a molecule that would change
the color of your urine
the color of your urine
59
165481
2879
aby vytvářela molekulu,
která změní barvu moči,
která změní barvu moči,
03:00
to indicate the presence of cancer.
60
168360
2810
což by signalizovalo přítomnost rakoviny.
03:03
We went on to show that this technology
61
171170
2010
Prokázali jsme, že tato technologie
03:05
could sensitively and specifically
detect liver cancer,
detect liver cancer,
62
173180
3190
může citlivě a cíleně detekovat
rakovinu jater,
rakovinu jater,
03:08
one that is challenging
to detect otherwise.
to detect otherwise.
63
176370
2690
rakovinu, kterou je jinak
velmi obtížné detekovat.
velmi obtížné detekovat.
03:11
Now, since these bacteria
specifically localize to tumors,
specifically localize to tumors,
64
179891
2999
Protože se tyto bakterie specificky
umisťují v nádorech,
umisťují v nádorech,
03:14
we've been programming them
to not only detect cancer
to not only detect cancer
65
182890
2588
naprogramovali jsme je nejenom
na detekci rakoviny,
na detekci rakoviny,
03:17
but also to treat cancer
66
185478
1788
ale i na léčbu rakoviny,
03:19
by producing therapeutic molecules
from within the tumor environment
from within the tumor environment
67
187266
3227
pomocí produkce terapeutických
molekul zevnitř nádoru,
molekul zevnitř nádoru,
03:22
that shrink the existing tumors,
68
190493
2322
které zmenší
existující tumory.
existující tumory.
03:24
and we've been doing this
using quorum sensing programs
using quorum sensing programs
69
192815
2755
To děláme pomocí programů
užívající quorum sensing,
užívající quorum sensing,
03:27
like you saw in the previous movies.
70
195570
1843
jak jste viděli v předchozím videu.
03:29
Altogether, imagine in the future
taking a programmed probiotic
taking a programmed probiotic
71
197413
3697
Představte si, že v budoucnosti
užijete naprogramovaných probiotik,
užijete naprogramovaných probiotik,
03:33
that could detect and treat cancer,
72
201110
2479
která mohou detekovat a léčit rakovinu
03:35
or even other diseases.
73
203589
2581
nebo dokonce i jiné nemoci.
03:38
Our ability to program bacteria
74
206960
1644
Naše schopnost programovat bakterie
03:40
and program life
75
208604
1695
a programovat život
03:42
opens up new horizons in cancer research,
76
210299
2949
otevírá nové obzory výzkumu rakoviny.
03:45
and to share this vision,
I worked with artist Vik Muniz
I worked with artist Vik Muniz
77
213248
2735
Pro sdílení této vize spolupracuji s
umělcem Vikem Munizem
umělcem Vikem Munizem
03:47
to create the symbol of the universe,
78
215983
1816
na vytvoření symbolu vesmíru
03:49
made entirely out of bacteria
or cancer cells.
or cancer cells.
79
217799
3641
tvořeného zcela z bakterií nebo
rakovinových buněk.
rakovinových buněk.
03:53
Ultimately, my hope is that the beauty
and purpose of this microscopic universe
and purpose of this microscopic universe
80
221443
5202
Ve výsledku doufám, že krása a účel
mikroskopického vesmíru
mikroskopického vesmíru
03:58
can inspire new and creative approaches
for the future of cancer research.
for the future of cancer research.
81
226645
4899
inspiruje nové a tvůrčí přístupy
v budoucnosti výzkumu rakoviny.
v budoucnosti výzkumu rakoviny.
04:03
Thank you.
82
231544
2624
Děkuji.
04:06
(Applause)
83
234168
3766
(Potlesk)
ABOUT THE SPEAKER
Tal Danino - Synthetic biologistTal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow.
Why you should listen
Tal Danino's research explores the emerging frontier of combining biology, engineering and medicine. His work as a synthetic biologist focuses on reprogramming bacteria to detect and treat diseases in our bodies such as cancer.
Originally from Los Angeles, Danino received B.S. degrees from UCLA in Physics, Chemistry and Math, and received his Ph.D. in Bioengineering from UCSD. He did a postdoctoral fellowship at the Massachusetts Institute of Technology and is currently an assistant professor at Columbia University in New York.
Danino's work has been published in scientific journals and highlighted in several popular press venues. He actively develops "Bio-Art" projects that share perspectives and stories about science with recent projects featured in the New York Times, WIRED, and the Wall Street Journal.
Tal Danino | Speaker | TED.com