TED2015
Tal Danino: Programming bacteria to detect cancer (and maybe treat it)
Tal Danino: Baktériumok programozása a rák felismerésére (és talán kezelésére is)
Filmed:
Readability: 6.6
1,329,748 views
A májrák az egyik legnehezebben felismerhető ráktípus. Tal Danino szintetikus biológusnak azonban támadt egy rendhagyó ötlete: Mi lenne, ha létre tudnánk hozni olyan probiotikus, fogyasztható baktériumokat, amelyek arra lennének "beprogramozva", hogy megtalálják a májdaganatokat? Ehhez a baktériumoknak egy olyan tulajdonságát használja fel, amelyet épp csak kezdünk megérteni: a kvórumérzékelést, vagyis a kritikus tömeg elérésekor beinduló kollektív cselekvést. Danino elmagyarázza, hogyan működik a kvórumérzékelés, és miképp hozhat egy napon változást az intelligens baktériumok kollektív cselekvése a rák gyógyításában.
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
Talán nincsenek is tudatában,
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
hogy több baktérium van a testükben,
mint ahány csillag az egész galaxisunkban.
mint ahány csillag az egész galaxisunkban.
00:20
This fascinating universe
of bacteria inside of us
of bacteria inside of us
2
8040
3127
A bennünk élő baktériumok
lenyűgöző univerzuma
lenyűgöző univerzuma
00:23
is an integral part of our health,
3
11167
2276
egészségünk szerves részét képezi,
00:25
and our technology is evolving so rapidly
4
13443
2089
és a technológiánk olyan gyorsan fejlődik,
00:27
that today we can program these bacteria
like we program computers.
like we program computers.
5
15532
4759
hogy ma már úgy tudjuk programozni ezeket
a baktériumokat, mint a számítógépeket.
a baktériumokat, mint a számítógépeket.
00:33
Now, the diagram that you see here,
6
21060
1879
Az itt látható ábra,
00:34
I know it looks like
some kind of sports play,
some kind of sports play,
7
22939
2531
tudom, úgy néz ki, mint egy
sportmeccs taktikai terve,
sportmeccs taktikai terve,
00:37
but it is actually a blueprint of
the first bacterial program I developed.
the first bacterial program I developed.
8
25470
4156
de valójában az első általam fejlesztett
bakteriális program rajza.
bakteriális program rajza.
00:41
And like writing software,
we can print and write DNA
we can print and write DNA
9
29626
3321
A szoftveríráshoz hasonlóan tudunk
DNS-t is írni és sokszorosítani
DNS-t is írni és sokszorosítani
00:44
into different algorithms
and programs inside of bacteria.
and programs inside of bacteria.
10
32947
3227
különféle algoritmusok és programok
szerint, baktériumok belsejében.
szerint, baktériumok belsejében.
00:48
What this program does
is produces fluorescent proteins
is produces fluorescent proteins
11
36824
2695
Ez a program fluoreszkáló
fehérjéket hoz létre
fehérjéket hoz létre
00:51
in a rhythmic fashion
12
39519
1438
ritmikus ütemben,
és egy olyan apró molekulát is,
00:52
and generates a small molecule
13
40957
1602
mely lehetővé teszi a baktériumok
kommunikációját, összehangolását,
kommunikációját, összehangolását,
00:54
that allows bacteria
to communicate and synchronize,
to communicate and synchronize,
14
42559
2578
00:57
as you're seeing in this movie.
15
45137
1838
ahogy ezen a filmen látható.
00:59
The growing colony of bacteria
that you see here
that you see here
16
47505
2280
A növekvő baktériumkolónia,
melyet itt látnak,
melyet itt látnak,
01:01
is about the width of a human hair.
17
49785
1993
kb. olyan vastag, mint az emberi haj.
01:03
Now, what you can't see
is that our genetic program
is that our genetic program
18
51778
2507
Azt viszont nem látják,
hogy genetikai programunk
hogy genetikai programunk
01:06
instructs these bacteria
to each produce small molecules,
to each produce small molecules,
19
54285
3483
apró molekulák termelésére
késztet minden egyes baktériumot,
késztet minden egyes baktériumot,
01:09
and these molecules travel between
the thousands of individual bacteria
the thousands of individual bacteria
20
57768
3413
és ezek a molekulák közlekednek az ezernyi
különálló baktérium között,
különálló baktérium között,
01:13
telling them when to turn on and off.
21
61181
2716
és megmondják nekik,
mikor kapcsoljanak ki és be.
mikor kapcsoljanak ki és be.
01:15
And the bacteria synchronize
quite well at this scale,
quite well at this scale,
22
63897
3251
A baktériumok igen jól
szinkronizálnak ezen a szinten,
szinkronizálnak ezen a szinten,
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
de mivel az őket összehangoló
molekula csak ilyen gyorsan tud mozogni,
molekula csak ilyen gyorsan tud mozogni,
01:23
in larger colonies of bacteria,
this results in traveling waves
this results in traveling waves
24
71142
3576
nagyobb baktériumkolóniákban
ez haladó hullámokat eredményez
ez haladó hullámokat eredményez
01:26
between bacteria that are
far away from each other,
far away from each other,
25
74718
2902
az egymástól távol lévő
baktériumok között.
baktériumok között.
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
Ezeket a hullámokat láthatják
jobbról balra haladni a képernyőn.
jobbról balra haladni a képernyőn.
01:33
Now, our genetic program
relies on a natural phenomenon
relies on a natural phenomenon
27
81356
2788
Genetikai programunk alapja
egy természetes jelenség,
egy természetes jelenség,
01:36
called quorum sensing,
28
84144
1173
a kvórumérzékelés,
01:37
in which bacteria trigger coordinated
and sometimes virulent behaviors
and sometimes virulent behaviors
29
85317
3332
amely a baktériumoknál koordinált,
néha virulens viselkedést vált ki
néha virulens viselkedést vált ki
01:40
once they reach a critical density.
30
88649
2941
a kritikus sűrűség elérésekor.
01:43
You can observe quorum sensing
in action in this movie,
in action in this movie,
31
91590
2655
Itt látható a kvórumérzékelés működés
közben,
közben,
01:46
where a growing colony of bacteria
only begins to glow
only begins to glow
32
94245
3642
ahol egy növekvő baktériumkolónia
akkor kezd csak el fényleni,
akkor kezd csak el fényleni,
01:49
once it reaches a high
or critical density.
or critical density.
33
97887
2371
ha magas vagy kritikus sűrűséget ér el.
01:52
Our genetic program
34
100258
1842
Genetikai programunk
01:54
continues producing these
rhythmic patterns of fluorescent proteins
rhythmic patterns of fluorescent proteins
35
102100
3151
folyamatosan termeli
a fluoreszkáló fehérjék ritmikus mintáit,
a fluoreszkáló fehérjék ritmikus mintáit,
01:57
as the colony grows outwards.
36
105251
2368
miközben a kolónia kifelé növekszik.
01:59
This particular movie and experiment
we call The Supernova,
we call The Supernova,
37
107619
3691
Ezt a különleges felvételt és kísérletet
Szupernovának hívjuk,
Szupernovának hívjuk,
02:03
because it looks like an exploding star.
38
111310
3030
mert egy szétrobbanó csillaghoz hasonlít.
02:06
Now, besides programming
these beautiful patterns,
these beautiful patterns,
39
114340
2390
Nos, ezeknek a szép mintáknak
a programozásán túl
a programozásán túl
02:08
I wondered, what else can we get
these bacteria to do?
these bacteria to do?
40
116730
2591
érdekelt, mire tudjuk még
rábírni a baktériumokat.
rábírni a baktériumokat.
02:11
And I decided to explore
how we can program bacteria
how we can program bacteria
41
119321
2579
Kutatni kezdtem, hogyan
programozható a baktérium arra,
programozható a baktérium arra,
02:13
to detect and treat diseases
in our bodies like cancer.
in our bodies like cancer.
42
121900
2789
hogy olyan betegségeket
észleljen és kezeljen, mint a rák.
észleljen és kezeljen, mint a rák.
02:18
One of the surprising facts about bacteria
43
126009
2298
Az egyik meglepő tény a baktériumokról,
02:20
is that they can naturally grow
inside of tumors.
inside of tumors.
44
128307
3437
hogy természetes módon képesek
növekedni daganatok belsejében.
növekedni daganatok belsejében.
02:23
This happens because typically tumors
45
131744
1764
Ennek oka, hogy a daganat tipikusan
02:25
are areas where the immune system
has no access,
has no access,
46
133508
2415
az a terület, melyet az immunrendszer
nem ér el,
nem ér el,
02:27
and so bacteria find these tumors
47
135923
1997
így a baktériumok megtalálják
e tumorokat,
e tumorokat,
02:29
and use them as a safe haven
to grow and thrive.
to grow and thrive.
48
137920
3831
és biztonságos menedéknek használják,
ahol növekedhetnek és gyarapodhatnak.
ahol növekedhetnek és gyarapodhatnak.
02:33
We started using probiotic bacteria
49
141751
1834
Probiotikus baktériumokat használtunk,
02:35
which are safe bacteria
that have a health benefit,
that have a health benefit,
50
143585
2624
amelyek biztonságosak
és az egészségre jó hatásúak,
és az egészségre jó hatásúak,
02:38
and found that
when orally delivered to mice,
when orally delivered to mice,
51
146209
2461
és azt találtuk, hogy
ha egereknek adjuk szájon át,
ha egereknek adjuk szájon át,
02:40
these probiotics would selectively
grow inside of liver tumors.
grow inside of liver tumors.
52
148670
4156
ezek a probiotikumok kifejezetten
májdaganatok belsejében növekednek.
májdaganatok belsejében növekednek.
02:44
We realized that the most convenient way
53
152826
1954
Rájöttünk, hogy a legkönnyebben
02:46
to highlight the presence
of the probiotics,
of the probiotics,
54
154780
2081
úgy tudjuk kimutatni
a probiotikumok
a probiotikumok
02:48
and hence, the presence of the tumors,
55
156861
1863
és ezáltal a daganatok jelenlétét,
02:50
was to get these bacteria
to produce a signal
to produce a signal
56
158724
2229
ha a baktériumokat
egy jel termelésére bírjuk,
egy jel termelésére bírjuk,
02:52
that would be detectable in the urine,
57
160953
2116
amely a vizeletből kimutatható.
02:55
and so we specifically
programmed these probiotics
programmed these probiotics
58
163069
2412
Ezért arra programoztuk
a probiotikumokat,
a probiotikumokat,
02:57
to make a molecule that would change
the color of your urine
the color of your urine
59
165481
2879
hogy a vizelet színét megváltoztató
molekulát állítsanak elő,
molekulát állítsanak elő,
03:00
to indicate the presence of cancer.
60
168360
2810
amely jelzi a rák jelenlétét.
03:03
We went on to show that this technology
61
171170
2010
Ezután kimutattuk, hogy ez a technológia
03:05
could sensitively and specifically
detect liver cancer,
detect liver cancer,
62
173180
3190
érzékenyen és specifikusan
képes észlelni a májtumort,
képes észlelni a májtumort,
03:08
one that is challenging
to detect otherwise.
to detect otherwise.
63
176370
2690
amit más módon igen nehéz felderíteni.
03:11
Now, since these bacteria
specifically localize to tumors,
specifically localize to tumors,
64
179891
2999
Mivel ezek a baktériumok
kifejezetten tumorokban találhatók,
kifejezetten tumorokban találhatók,
03:14
we've been programming them
to not only detect cancer
to not only detect cancer
65
182890
2588
arra programoztuk őket,
hogy ne csak jelezzék,
hogy ne csak jelezzék,
03:17
but also to treat cancer
66
185478
1788
hanem kezeljék is a rákot azáltal,
03:19
by producing therapeutic molecules
from within the tumor environment
from within the tumor environment
67
187266
3227
hogy gyógyhatású molekulákat
termelnek a daganat belsejében,
termelnek a daganat belsejében,
03:22
that shrink the existing tumors,
68
190493
2322
amelyek a szóban forgó
daganatot zsugorítják.
daganatot zsugorítják.
03:24
and we've been doing this
using quorum sensing programs
using quorum sensing programs
69
192815
2755
Ezt kvórumérzékelési programok
használatával tettük,
használatával tettük,
03:27
like you saw in the previous movies.
70
195570
1843
ahogy az előző felvételeken láthatták.
03:29
Altogether, imagine in the future
taking a programmed probiotic
taking a programmed probiotic
71
197413
3697
Összegzésképp képzeld el a jövőt, amikor
programozott probiotikumot veszel be,
programozott probiotikumot veszel be,
03:33
that could detect and treat cancer,
72
201110
2479
amely képes észlelni és kezelni a rákot,
03:35
or even other diseases.
73
203589
2581
vagy akár más betegségeket.
03:38
Our ability to program bacteria
74
206960
1644
Képességünk baktériumok
03:40
and program life
75
208604
1695
és az élet programozására
03:42
opens up new horizons in cancer research,
76
210299
2949
új távlatokat nyit a rákkutatásban.
03:45
and to share this vision,
I worked with artist Vik Muniz
I worked with artist Vik Muniz
77
213248
2735
Vik Muniz művésszel
e vízió kifejezésén dolgoztam,
e vízió kifejezésén dolgoztam,
03:47
to create the symbol of the universe,
78
215983
1816
és megalkottuk az univerzum jelképét
03:49
made entirely out of bacteria
or cancer cells.
or cancer cells.
79
217799
3641
kizárólag baktériumok
és ráksejtek felhasználásával.
és ráksejtek felhasználásával.
03:53
Ultimately, my hope is that the beauty
and purpose of this microscopic universe
and purpose of this microscopic universe
80
221443
5202
Végezetül, azt remélem, hogy e
mikroszkopikus világ szépsége és célja
mikroszkopikus világ szépsége és célja
03:58
can inspire new and creative approaches
for the future of cancer research.
for the future of cancer research.
81
226645
4899
új és kreatív megközelítéseket
ihlet a rákkutatás jövőjében.
ihlet a rákkutatás jövőjében.
04:03
Thank you.
82
231544
2624
Köszönöm!
04:06
(Applause)
83
234168
3766
(Taps)
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