TED2015
Tal Danino: Programming bacteria to detect cancer (and maybe treat it)
Tal Danino: Met bacteriën kunnen we kanker vaststellen (en misschien zelfs behandelen)
Filmed:
Readability: 6.6
1,329,748 views
Leverkanker is een van de slechtst herkenbare kankersoorten. Synthetisch bioloog Tal Danino kreeg echter een lumineus idee: als we nu eens een probiotische, eetbare bacterie konden maken die 'geprogrammeerd' is om levertumoren te ontdekken? Zijn inzicht benut een eigenschap die we pas sinds kort aan bacteriën toeschrijven: hun vermogen tot quorum sensing oftewel samen iets doen als ze met genoeg zijn. TED-fellow Danino legt uit hoe quorum sensing werkt - en hoe slimme bacteriën die samenwerken op een dag een verandering in de behandeling van kanker teweeg kunnen brengen.
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
Je beseft het misschien niet,
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
maar er zijn meer bacteriën in je lichaam
dan er sterren zijn in het heelal.
dan er sterren zijn in het heelal.
00:20
This fascinating universe
of bacteria inside of us
of bacteria inside of us
2
8040
3127
Deze fascinerende wereld
van bacteriën in ons lichaam
van bacteriën in ons lichaam
00:23
is an integral part of our health,
3
11167
2276
vormt een integraal deel
van onze gezondheid,
van onze gezondheid,
00:25
and our technology is evolving so rapidly
4
13443
2089
en onze technologie
ontwikkelt zich zo snel
ontwikkelt zich zo snel
00:27
that today we can program these bacteria
like we program computers.
like we program computers.
5
15532
4759
dat we deze bacteriën nu,
net als computers, kunnen programmeren.
net als computers, kunnen programmeren.
00:33
Now, the diagram that you see here,
6
21060
1879
Het schema dat je hier ziet,
00:34
I know it looks like
some kind of sports play,
some kind of sports play,
7
22939
2531
lijkt op een wedstrijdstrategie
00:37
but it is actually a blueprint of
the first bacterial program I developed.
the first bacterial program I developed.
8
25470
4156
maar is eigenlijk een overzicht van
mijn eerste bacterieprogramma.
mijn eerste bacterieprogramma.
00:41
And like writing software,
we can print and write DNA
we can print and write DNA
9
29626
3321
En net zoals bij software,
kunnen we DNA printen en schrijven
kunnen we DNA printen en schrijven
00:44
into different algorithms
and programs inside of bacteria.
and programs inside of bacteria.
10
32947
3227
in verschillende logaritmes
en programma's in de bacteriën.
en programma's in de bacteriën.
00:48
What this program does
is produces fluorescent proteins
is produces fluorescent proteins
11
36824
2695
Dit programma produceert
fluorescerende eiwitten
fluorescerende eiwitten
00:51
in a rhythmic fashion
12
39519
1438
in een regelmatig tempo
00:52
and generates a small molecule
13
40957
1602
en genereert kleine moleculen
00:54
that allows bacteria
to communicate and synchronize,
to communicate and synchronize,
14
42559
2578
waardoor de bacteriën communiceren
en synchroniseren,
en synchroniseren,
00:57
as you're seeing in this movie.
15
45137
1838
zoals je kunt zien in deze video.
Deze groeiende kolonie van bacteriën
00:59
The growing colony of bacteria
that you see here
that you see here
16
47505
2280
heeft ongeveer de breedte
van een menselijk haar.
van een menselijk haar.
01:01
is about the width of a human hair.
17
49785
1993
01:03
Now, what you can't see
is that our genetic program
is that our genetic program
18
51778
2507
Wat je niet ziet,
is dat ons genetisch programma
is dat ons genetisch programma
01:06
instructs these bacteria
to each produce small molecules,
to each produce small molecules,
19
54285
3483
elke bacterie voorschrijft om
kleine moleculen aan te maken,
kleine moleculen aan te maken,
01:09
and these molecules travel between
the thousands of individual bacteria
the thousands of individual bacteria
20
57768
3413
en deze moleculen verspreiden zich
tussen duizenden andere bacteriën
tussen duizenden andere bacteriën
01:13
telling them when to turn on and off.
21
61181
2716
om die al dan niet te activeren.
01:15
And the bacteria synchronize
quite well at this scale,
quite well at this scale,
22
63897
3251
De bacteriën synchroniseren
redelijk goed op deze schaal,
redelijk goed op deze schaal,
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
maar omdat de molecule die
ze synchroniseert in snelheid beperkt is,
ze synchroniseert in snelheid beperkt is,
01:23
in larger colonies of bacteria,
this results in traveling waves
this results in traveling waves
24
71142
3576
ontstaan in grotere bacteriekolonies
bewegende golven
bewegende golven
01:26
between bacteria that are
far away from each other,
far away from each other,
25
74718
2902
tussen bacteriën die
ver uit elkaar liggen.
ver uit elkaar liggen.
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
Je ziet deze golven op het scherm
van rechts naar links bewegen.
van rechts naar links bewegen.
Ons genetisch programma is gebaseerd
op het natuurlijke fenomeen
op het natuurlijke fenomeen
01:33
Now, our genetic program
relies on a natural phenomenon
relies on a natural phenomenon
27
81356
2788
01:36
called quorum sensing,
28
84144
1173
'quorum sensing',
01:37
in which bacteria trigger coordinated
and sometimes virulent behaviors
and sometimes virulent behaviors
29
85317
3332
waarbij bacteriën gelijktijdig
en soms heftig reageren
en soms heftig reageren
01:40
once they reach a critical density.
30
88649
2941
wanneer ze een kritische
dichtheid bereiken.
dichtheid bereiken.
01:43
You can observe quorum sensing
in action in this movie,
in action in this movie,
31
91590
2655
Je kan 'quorum sensing' in actie zien
in deze video,
in deze video,
01:46
where a growing colony of bacteria
only begins to glow
only begins to glow
32
94245
3642
waarbij een groeiende kolonie bacteriën
pas begint te gloeien
pas begint te gloeien
als een hoge of kritische
dichtheid wordt bereikt.
dichtheid wordt bereikt.
01:49
once it reaches a high
or critical density.
or critical density.
33
97887
2371
01:52
Our genetic program
34
100258
1842
Ons genetisch programma
blijft deze regelmatige patronen van
fluorescente eiwitten produceren
fluorescente eiwitten produceren
01:54
continues producing these
rhythmic patterns of fluorescent proteins
rhythmic patterns of fluorescent proteins
35
102100
3151
01:57
as the colony grows outwards.
36
105251
2368
terwijl de kolonie groeit.
01:59
This particular movie and experiment
we call The Supernova,
we call The Supernova,
37
107619
3691
Dit is een video van een experiment
dat we de Supernova noemen,
dat we de Supernova noemen,
02:03
because it looks like an exploding star.
38
111310
3030
omdat het op een exploderende ster lijkt.
02:06
Now, besides programming
these beautiful patterns,
these beautiful patterns,
39
114340
2390
Naast het programmeren van
deze mooie patronen
deze mooie patronen
vroeg ik mij af: wat kunnen deze
bacteriën nog meer doen?
bacteriën nog meer doen?
02:08
I wondered, what else can we get
these bacteria to do?
these bacteria to do?
40
116730
2591
Daarom onderzocht ik hoe we
bacteriën kunnen programmeren
bacteriën kunnen programmeren
02:11
And I decided to explore
how we can program bacteria
how we can program bacteria
41
119321
2579
02:13
to detect and treat diseases
in our bodies like cancer.
in our bodies like cancer.
42
121900
2789
om ziektes als kanker
te herkennen en te genezen.
te herkennen en te genezen.
02:18
One of the surprising facts about bacteria
43
126009
2298
Een van de verrassende feiten
over bacteriën
over bacteriën
02:20
is that they can naturally grow
inside of tumors.
inside of tumors.
44
128307
3437
is dat ze zonder hulp kunnen
groeien in tumoren.
groeien in tumoren.
02:23
This happens because typically tumors
45
131744
1764
Dit gebeurt omdat tumoren in principe
02:25
are areas where the immune system
has no access,
has no access,
46
133508
2415
plekken zijn waar
het immuunsysteem niet werkt.
het immuunsysteem niet werkt.
02:27
and so bacteria find these tumors
47
135923
1997
Bacteriën vinden deze tumoren,
02:29
and use them as a safe haven
to grow and thrive.
to grow and thrive.
48
137920
3831
die een vrijhaven is
voor hun groei en ontwikkeling.
voor hun groei en ontwikkeling.
02:33
We started using probiotic bacteria
49
141751
1834
We gebruikten probiotische bacteriën,
02:35
which are safe bacteria
that have a health benefit,
that have a health benefit,
50
143585
2624
veilige bacteriën
die goed zijn voor de gezondheid,
die goed zijn voor de gezondheid,
02:38
and found that
when orally delivered to mice,
when orally delivered to mice,
51
146209
2461
die, wanneer ze oraal
aan muizen werden toegediend,
aan muizen werden toegediend,
02:40
these probiotics would selectively
grow inside of liver tumors.
grow inside of liver tumors.
52
148670
4156
uitsluitend in levertumoren
verder groeiden.
verder groeiden.
02:44
We realized that the most convenient way
53
152826
1954
Het bleek dat de makkelijkste manier
02:46
to highlight the presence
of the probiotics,
of the probiotics,
54
154780
2081
om de probioticums te vinden,
02:48
and hence, the presence of the tumors,
55
156861
1863
en dus ook tumoren,
was om deze bacteriën een signaal
te laten produceren
te laten produceren
02:50
was to get these bacteria
to produce a signal
to produce a signal
56
158724
2229
02:52
that would be detectable in the urine,
57
160953
2116
dat we konden detecteren in urine.
02:55
and so we specifically
programmed these probiotics
programmed these probiotics
58
163069
2412
Deze probioticums zijn dan ook
speciaal geprogrammeerd
speciaal geprogrammeerd
02:57
to make a molecule that would change
the color of your urine
the color of your urine
59
165481
2879
om een molecuul aan te maken
dat de kleur van je urine verandert
dat de kleur van je urine verandert
03:00
to indicate the presence of cancer.
60
168360
2810
om de aanwezigheid van kanker
aan te tonen.
aan te tonen.
Het bleek dat deze technologie
03:03
We went on to show that this technology
61
171170
2010
zeer precies en nauwkeurig
leverkanker kon herkennen,
leverkanker kon herkennen,
03:05
could sensitively and specifically
detect liver cancer,
detect liver cancer,
62
173180
3190
03:08
one that is challenging
to detect otherwise.
to detect otherwise.
63
176370
2690
wat normaal gesproken erg lastig is.
03:11
Now, since these bacteria
specifically localize to tumors,
specifically localize to tumors,
64
179891
2999
Omdat deze bacteriën zich
specifiek aan tumoren vastkleven,
specifiek aan tumoren vastkleven,
hebben we ze geprogrammeerd
om kanker niet alleen te herkennen
om kanker niet alleen te herkennen
03:14
we've been programming them
to not only detect cancer
to not only detect cancer
65
182890
2588
03:17
but also to treat cancer
66
185478
1788
maar het ook te behandelen
03:19
by producing therapeutic molecules
from within the tumor environment
from within the tumor environment
67
187266
3227
door binnenin de tumor
helende moleculen te produceren
helende moleculen te produceren
03:22
that shrink the existing tumors,
68
190493
2322
die de bestaande tumoren laten krimpen.
03:24
and we've been doing this
using quorum sensing programs
using quorum sensing programs
69
192815
2755
Dit deden we met
quorum-sensingprogramma's,
quorum-sensingprogramma's,
zoals die uit de voorgaande video's.
03:27
like you saw in the previous movies.
70
195570
1843
03:29
Altogether, imagine in the future
taking a programmed probiotic
taking a programmed probiotic
71
197413
3697
Samengevat: stel je een toekomst voor
waarin een geprogrammeerd probioticum
waarin een geprogrammeerd probioticum
03:33
that could detect and treat cancer,
72
201110
2479
kanker kan herkennen en behandelen,
03:35
or even other diseases.
73
203589
2581
maar ook andere ziektes.
03:38
Our ability to program bacteria
74
206960
1644
Ons vermogen om bacteriën
en leven te programmeren,
en leven te programmeren,
03:40
and program life
75
208604
1695
03:42
opens up new horizons in cancer research,
76
210299
2949
opent nieuwe mogelijkheden
in kankeronderzoek.
in kankeronderzoek.
03:45
and to share this vision,
I worked with artist Vik Muniz
I worked with artist Vik Muniz
77
213248
2735
Om dit toekomstbeeld te delen,
werkte ik met kunstenaar Vik Muniz
werkte ik met kunstenaar Vik Muniz
03:47
to create the symbol of the universe,
78
215983
1816
aan het symbool van het universum
gemaakt uit bacteriën en kankercellen.
gemaakt uit bacteriën en kankercellen.
03:49
made entirely out of bacteria
or cancer cells.
or cancer cells.
79
217799
3641
03:53
Ultimately, my hope is that the beauty
and purpose of this microscopic universe
and purpose of this microscopic universe
80
221443
5202
Ik hoop dat de schoonheid en het doel
van dit microscopische universum
van dit microscopische universum
03:58
can inspire new and creative approaches
for the future of cancer research.
for the future of cancer research.
81
226645
4899
als inspiratie kan dienen voor nieuwe en
creatieve richtingen in kankeronderzoek.
creatieve richtingen in kankeronderzoek.
Dankjewel.
04:03
Thank you.
82
231544
2624
(Applaus)
04:06
(Applause)
83
234168
3766
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