TED2009
Bonnie Bassler: How bacteria "talk"
Бонни Басслер о том, как общаются бактерии
Filmed:
Readability: 4
2,683,171 views
Бонни Басслер обнаружила, что бактерии "разговаривают" друг с другом, используя язык химии, который позволяет им координировать защиту и подготавливать атаки. Открытие имеет ошеломляющие последствия для медицины, промышленности и нашего понимания самих себя.
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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:18
Bacteria are the oldest living organisms on the earth.
0
0
3000
Бактерии это древнейшие живые организмы на Земле.
00:21
They've been here for billions of years,
1
3000
2000
Они существовали миллиарды лет,
00:23
and what they are are single-celled microscopic organisms.
2
5000
4000
они представляют собой микроскопические одноклеточные организмы.
00:27
So they are one cell and they have this special property
3
9000
3000
Итак, они состоят из одной клетки и у них есть эта особенность
00:30
that they only have one piece of DNA.
4
12000
2000
у них есть только одна часть ДНК.
00:32
They have very few genes,
5
14000
2000
У них очень мало генов
00:34
and genetic information to encode all of the traits that they carry out.
6
16000
4000
и генетической информации, чтобы закодировать все их особенности.
00:38
And the way bacteria make a living
7
20000
2000
Образ жизни бактерий заключается в том,
00:40
is that they consume nutrients from the environment,
8
22000
3000
что они потребляют питательные вещества из окружающей среды,
00:43
they grow to twice their size, they cut themselves down in the middle,
9
25000
3000
увеличиваются в два раза, разрезают себя посередине
00:46
and one cell becomes two, and so on and so on.
10
28000
3000
и одна клетка превращается в две и так далее.
00:49
They just grow and divide, and grow and divide -- so a kind of boring life,
11
31000
4000
Они только и делают, что растут и делятся, растут и делятся - такая скучная жизнь,
00:53
except that what I would argue is that you have
12
35000
2000
за исключением того, что я утверждаю, что вы
00:55
an amazing interaction with these critters.
13
37000
3000
потрясающе взаимодействуете с этими существами.
00:58
I know you guys think of yourself as humans, and this is sort of how I think of you.
14
40000
3000
Я знаю, вы считаете себя человеческими существами, и это примерно то, что я о вас думаю.
01:01
This man is supposed to represent
15
43000
2000
Предположим, что этот человек представляет собой
01:03
a generic human being,
16
45000
2000
типичное человеческое существо,
01:05
and all of the circles in that man are all of the cells that make up your body.
17
47000
4000
и все эти круги внутри человека это клетки, из которых состоит ваше тело.
01:09
There is about a trillion human cells that make each one of us
18
51000
3000
Триллионы человеческих клеток, которые делают каждого из нас теми,
01:12
who we are and able to do all the things that we do,
19
54000
3000
кем мы являемся, и способными делать все те вещи, которые мы делаем,
01:15
but you have 10 trillion bacterial cells
20
57000
3000
но в то же время есть 10 триллионов клеток бактерий
01:18
in you or on you at any moment in your life.
21
60000
2000
внутри или на вас в любой момент вашей жизни.
01:20
So, 10 times more bacterial cells
22
62000
2000
Итак, бактериальных клеток в 10 раз больше,
01:22
than human cells on a human being.
23
64000
3000
чем человеческих клеток в одном человеческом существе.
01:25
And of course it's the DNA that counts,
24
67000
2000
И конечно ДНК, которая имеет значение,
01:27
so here's all the A, T, Gs and Cs
25
69000
2000
итак, все эти атенины, тимины, гуанины и цитозины,
01:29
that make up your genetic code, and give you all your charming characteristics.
26
71000
3000
которые формируют ваш генетический код и дают вам все ваши очаровательные черты.
01:32
You have about 30,000 genes.
27
74000
2000
У вас около 30 000 генов.
01:34
Well it turns out you have 100 times more bacterial genes
28
76000
3000
Но оказывается, что в 100 раз больше генов бактерий
01:37
playing a role in you or on you all of your life.
29
79000
4000
со своими функциями внутри вас или на поверхности всю вашу жизнь.
01:41
At the best, you're 10 percent human,
30
83000
3000
В лучшем случае вы на 10 процентов человек,
01:44
but more likely about one percent human,
31
86000
2000
но вероятнее около одного процента человек,
01:46
depending on which of these metrics you like.
32
88000
2000
в зависимости от того, какие метрики вам нравятся.
01:48
I know you think of yourself as human beings,
33
90000
2000
Я знаю, вы считаете себя человеческими существами,
01:50
but I think of you as 90 or 99 percent bacterial.
34
92000
4000
но в моем представлении вы на 90 или 99 процентов бактерии.
01:54
(Laughter)
35
96000
1000
(Смех)
01:55
These bacteria are not passive riders,
36
97000
3000
Эти бактерии не пассивные участники,
01:58
these are incredibly important, they keep us alive.
37
100000
3000
они необычайно важны: они поддерживают нашу жизнедеятельность.
02:01
They cover us in an invisible body armor
38
103000
3000
Они покрывают нас невидимыми доспехами,
02:04
that keeps environmental insults out
39
106000
2000
которые сдерживают атаки окружающей среды,
02:06
so that we stay healthy.
40
108000
2000
так что мы остаемся здоровыми.
02:08
They digest our food, they make our vitamins,
41
110000
2000
Они переваривают нашу пищу, производят витамины,
02:10
they actually educate your immune system
42
112000
2000
они обучают нашу имунную систему
02:12
to keep bad microbes out.
43
114000
2000
противостоять вредным микробам.
02:14
So they do all these amazing things
44
116000
2000
Итак, они делают все эти удивительные вещи,
02:16
that help us and are vital for keeping us alive,
45
118000
4000
которые помогают нам и являются жизненно необходимыми,
02:20
and they never get any press for that.
46
122000
2000
но никто не вспоминает об этом.
02:22
But they get a lot of press because they do a lot of
47
124000
2000
Однако о них вспоминают, потому что они также
02:24
terrible things as well.
48
126000
2000
делают много плохого.
02:26
So, there's all kinds of bacteria on the Earth
49
128000
3000
Итак, на Земле есть разные виды бактерий,
02:29
that have no business being in you or on you at any time,
50
131000
3000
у которых нет никакого права находиться на или внутри вас,
02:32
and if they are, they make you incredibly sick.
51
134000
4000
и если они внутри или на вас, вы заболеваете.
02:36
And so, the question for my lab is whether you want to think about all the
52
138000
3000
Поэтому вопрос для моей лаборатории в том, хотите ли вы думать
02:39
good things that bacteria do, or all the bad things that bacteria do.
53
141000
4000
о пользе, которую приносят бактерии, или о вреде бактерий.
02:43
The question we had is how could they do anything at all?
54
145000
2000
Вопрос в том, как бактерии могут делать хоть что-то?
02:45
I mean they're incredibly small,
55
147000
2000
Они же так необычайно малы,
02:47
you have to have a microscope to see one.
56
149000
2000
необходим микроскоп, чтобы увидеть их.
02:49
They live this sort of boring life where they grow and divide,
57
151000
3000
Они живут достаточно скучную жизнь, в которой они растут и делятся,
02:52
and they've always been considered to be these asocial reclusive organisms.
58
154000
5000
и их всегда считали асоциальными организмами, живущими в уединении.
02:57
And so it seemed to us that they are just too small to have an impact
59
159000
3000
И нам показалось, что они слишком малы, чтобы влиять
03:00
on the environment
60
162000
2000
на окружающую среду,
03:02
if they simply act as individuals.
61
164000
2000
если они просто действуют индивидуально.
03:04
And so we wanted to think if there couldn't be a different
62
166000
2000
Поэтому мы решили подумать над тем, может ли быть другой
03:06
way that bacteria live.
63
168000
2000
способ, которым живут бактерии.
03:08
The clue to this came from another marine bacterium,
64
170000
4000
Мы получили ключ к разгадке от морской бактерии,
03:12
and it's a bacterium called Vibrio fischeri.
65
174000
3000
это бактерия, которая называется Вибрио фишери.
03:15
What you're looking at on this slide is just a person from my lab
66
177000
3000
На этом слайде вы видите сотрудника моей лаборатории,
03:18
holding a flask of a liquid culture of a bacterium,
67
180000
3000
который держит колбу с водянистой культурой бактерии,
03:21
a harmless beautiful bacterium that comes from the ocean,
68
183000
3000
безобидной красивой бактерии, которая живет в океане
03:24
named Vibrio fischeri.
69
186000
2000
и называется Вибрио фишери.
03:26
This bacterium has the special property that it makes light,
70
188000
3000
У этой бактерии есть особенное свойство: она производит свечение,
03:29
so it makes bioluminescence,
71
191000
2000
биолюминесценцию,
03:31
like fireflies make light.
72
193000
2000
похоже на то, как светятся светлячки.
03:33
We're not doing anything to the cells here.
73
195000
2000
Мы ничего не делаем с клетками в данном случае.
03:35
We just took the picture by turning the lights off in the room,
74
197000
2000
Мы просто сделали фото, выключив свет в комнате,
03:37
and this is what we see.
75
199000
2000
и вот то, что мы увидели.
03:39
What was actually interesting to us
76
201000
2000
Нам было интересно не то,
03:41
was not that the bacteria made light,
77
203000
2000
что бактерии светились,
03:43
but when the bacteria made light.
78
205000
2000
а то, когда они светились.
03:45
What we noticed is when the bacteria were alone,
79
207000
3000
Мы заметили, что когда бактерии в малом количестве,
03:48
so when they were in dilute suspension, they made no light.
80
210000
3000
то есть когда они в разбавленной взвеси, они не светятся.
03:51
But when they grew to a certain cell number
81
213000
2000
Но когда они размножатся до определенного количества клеток,
03:53
all the bacteria turned on light simultaneously.
82
215000
4000
все бактерии одновременно включают свечение.
03:57
The question that we had is how can bacteria, these primitive organisms,
83
219000
4000
Вопрос, который был у нас, это как бактерии, эти примитивные организмы,
04:01
tell the difference from times when they're alone,
84
223000
2000
отличают период, когда они в одиночестве,
04:03
and times when they're in a community,
85
225000
2000
от периода, когда они объединены,
04:05
and then all do something together.
86
227000
3000
и когда они делают что-то все вместе.
04:08
What we've figured out is that the way that they do that is that they talk to each other,
87
230000
4000
Мы выяснили, что они понимают это, потому что общаются друг с другом,
04:12
and they talk with a chemical language.
88
234000
2000
и разговаривают при помощи языка химии.
04:14
This is now supposed to be my bacterial cell.
89
236000
3000
Предположим, что это клетка бактерии.
04:17
When it's alone it doesn't make any light.
90
239000
3000
Когда она одна, она не светится.
04:20
But what it does do is to make and secrete small molecules
91
242000
4000
Но она производит и выделяет маленькие молекулы,
04:24
that you can think of like hormones,
92
246000
2000
которые вы себе можете представлять как гормоны,
04:26
and these are the red triangles, and when the bacteria is alone
93
248000
3000
вот эти красные треугольники, и когда бактерия одна,
04:29
the molecules just float away and so no light.
94
251000
3000
молекулы просто уплывают, поэтому нет свечения.
04:32
But when the bacteria grow and double
95
254000
2000
Но когда бактерии растут и удваиваются,
04:34
and they're all participating in making these molecules,
96
256000
3000
и все они участвуют в производстве этих молекул,
04:37
the molecule -- the extracellular amount of that molecule
97
259000
4000
молекул - внеклеточное число этих молекул -
04:41
increases in proportion to cell number.
98
263000
3000
становится больше пропорционально количеству клеток.
04:44
And when the molecule hits a certain amount
99
266000
2000
И когда молекулы достигают определенного количества,
04:46
that tells the bacteria how many neighbors there are,
100
268000
3000
это говорит бактериям, сколько у них соседей,
04:49
they recognize that molecule
101
271000
2000
они узнают эти молекулы
04:51
and all of the bacteria turn on light in synchrony.
102
273000
3000
и все бактерии синхронно включают свечение.
04:54
That's how bioluminescence works --
103
276000
2000
Это то, как происходит биолюминесценция, -
04:56
they're talking with these chemical words.
104
278000
2000
они разговаривают, используя химические слова.
04:58
The reason that Vibrio fischeri is doing that comes from the biology.
105
280000
4000
Причина, по которой Вибрио фишери делает это, понятна из биологии.
05:02
Again, another plug for the animals in the ocean,
106
284000
3000
И снова реклама животных океана:
05:05
Vibrio fischeri lives in this squid.
107
287000
3000
Вибрио фишери живет в этом кальмаре.
05:08
What you are looking at is the Hawaiian Bobtail Squid,
108
290000
2000
То, что вы видите, это Гавайский короткохвостый кальмар,
05:10
and it's been turned on its back,
109
292000
2000
его перевернули на спину,
05:12
and what I hope you can see are these two glowing lobes
110
294000
3000
и то, что, я надеюсь, вы видите, это две светящиеся доли,
05:15
and these house the Vibrio fischeri cells,
111
297000
3000
это дом для клеток Вибрио фишери,
05:18
they live in there, at high cell number
112
300000
2000
они живут там и при большом количестве
05:20
that molecule is there, and they're making light.
113
302000
2000
молекул они светятся.
05:22
The reason the squid is willing to put up with these shenanigans
114
304000
3000
Причина, по которой кальмар согласен мириться с этой ерундой, в том,
05:25
is because it wants that light.
115
307000
2000
что ему нужен этот свет.
05:27
The way that this symbiosis works
116
309000
2000
Симбиоз происходит так:
05:29
is that this little squid lives just off the coast of Hawaii,
117
311000
4000
этот маленький кальмар живет неподалеку от берега на Гавайях,
05:33
just in sort of shallow knee-deep water.
118
315000
2000
в мелкой, в колено глубиной воде.
05:35
The squid is nocturnal, so during the day
119
317000
3000
Кальмар ведет ночной образ жизни, поэтому днем
05:38
it buries itself in the sand and sleeps,
120
320000
2000
он закапывается в песок и спит,
05:40
but then at night it has to come out to hunt.
121
322000
3000
а затем ночью выходит охотиться.
05:43
On bright nights when there is lots of starlight or moonlight
122
325000
2000
В яркие ночи, когда много света луны и звезд,
05:45
that light can penetrate the depth of the water
123
327000
3000
этот свет проникает в воду,
05:48
the squid lives in, since it's just in those couple feet of water.
124
330000
3000
где живет кальмар, так как это всего сантиметров 50 воды.
05:51
What the squid has developed is a shutter
125
333000
3000
У кальмара есть пластины,
05:54
that can open and close over this specialized light organ housing the bacteria.
126
336000
4000
которые открывают и закрывают специализированный световой орган, где живут бактерии.
05:58
Then it has detectors on its back
127
340000
2000
Кроме того у него есть детекторы на спине,
06:00
so it can sense how much starlight or moonlight is hitting its back.
128
342000
4000
и он чувствует, как много света луны или звезд попадают на его спину.
06:04
And it opens and closes the shutter
129
346000
2000
И он открывает и закрывает пластины,
06:06
so the amount of light coming out of the bottom --
130
348000
2000
так что объем света, идущего снизу -
06:08
which is made by the bacterium --
131
350000
2000
тот свет, который производится бактериями, -
06:10
exactly matches how much light hits the squid's back,
132
352000
2000
точно соответствует количеству света, попадающего на спину кальмара,
06:12
so the squid doesn't make a shadow.
133
354000
2000
так что кальмар не оставляет тени.
06:14
It actually uses the light from the bacteria
134
356000
3000
Он вообще-то использует свечение бактерий,
06:17
to counter-illuminate itself in an anti-predation device
135
359000
3000
чтобы направить свет ко дну как устройство от хищников,
06:20
so predators can't see its shadow,
136
362000
2000
так что хищники не видят его тени,
06:22
calculate its trajectory, and eat it.
137
364000
2000
не могут просчитать его траекторию и съесть его.
06:24
This is like the stealth bomber of the ocean.
138
366000
3000
Он как самолет-невидимка океана.
06:27
(Laughter)
139
369000
1000
(Смех)
06:28
But then if you think about it, the squid has this terrible problem
140
370000
3000
Но если задуматься над этим, то у кальмара ужасная проблема,
06:31
because it's got this dying, thick culture of bacteria
141
373000
3000
потому что в нем эта умирающая густая культура бактерий,
06:34
and it can't sustain that.
142
376000
2000
и это не может продолжаться долго.
06:36
And so what happens is every morning when the sun comes up
143
378000
2000
И вот каждое утро, когда восходит солнце,
06:38
the squid goes back to sleep, it buries itself in the sand,
144
380000
3000
кальмар возвращается спать, закапывается в песок,
06:41
and it's got a pump that's attached to its circadian rhythm,
145
383000
3000
и у него есть насос, связанный с его циркадным ритмом,
06:44
and when the sun comes up it pumps out like 95 percent of the bacteria.
146
386000
5000
и когда восходит солнце, насос выкачивает около 95 процентов бактерий.
06:49
Now the bacteria are dilute, that little hormone molecule is gone,
147
391000
3000
Теперь бактерии разбавлены, их маленькая молекула-гормон исчезла,
06:52
so they're not making light --
148
394000
2000
поэтому они не светятся,
06:54
but of course the squid doesn't care. It's asleep in the sand.
149
396000
2000
но, конечно, кальмара это не волнует. Он спит в песке.
06:56
And as the day goes by the bacteria double,
150
398000
2000
И пока день проходит, бактерии удваиваются,
06:58
they release the molecule, and then light comes on
151
400000
3000
они выпускают молекулу и затем свечение начинается
07:01
at night, exactly when the squid wants it.
152
403000
3000
ночью, как раз когда это нужно кальмару.
07:04
First we figured out how this bacterium does this,
153
406000
3000
Сначала мы выяснили, как бактерия делает это,
07:07
but then we brought the tools of molecular biology to this
154
409000
3000
но затем мы применили знания молекулярной биологии,
07:10
to figure out really what's the mechanism.
155
412000
2000
чтобы понять механизм.
07:12
And what we found -- so this is now supposed to be, again, my bacterial cell --
156
414000
4000
И мы обнаружили, - опять возьмем нашу клетку бактерии, -
07:16
is that Vibrio fischeri has a protein --
157
418000
2000
что у Вибрио фишери есть белок,
07:18
that's the red box -- it's an enzyme that makes
158
420000
3000
вот этот красный прямоугольник, это фермент, который производит
07:21
that little hormone molecule, the red triangle.
159
423000
3000
эту маленькую молекулу-гормон - красный треугольник.
07:24
And then as the cells grow, they're all releasing that molecule
160
426000
2000
Затем вместе с ростом клеток все они выпускают молекулу
07:26
into the environment, so there's lots of molecule there.
161
428000
3000
в окружающую среду, так что там становится много молекул.
07:29
And the bacteria also have a receptor on their cell surface
162
431000
4000
Также у бактерий есть рецептор на поверхности их клетки,
07:33
that fits like a lock and key with that molecule.
163
435000
3000
которому молекула подходит, как ключ к замку.
07:36
These are just like the receptors on the surfaces of your cells.
164
438000
3000
Они точно такие же, как рецепторы на поверхности клеток вашего тела.
07:39
When the molecule increases to a certain amount --
165
441000
3000
Когда молекулы увеличиваются до определенного количества,
07:42
which says something about the number of cells --
166
444000
2000
которое кое-что говорит о количестве клеток,
07:44
it locks down into that receptor
167
446000
2000
они попадают в рецептор
07:46
and information comes into the cells
168
448000
2000
и информация идет в клетки,
07:48
that tells the cells to turn on
169
450000
2000
что говорит клеткам включить
07:50
this collective behavior of making light.
170
452000
3000
коллективное поведение по созданию свечения.
07:53
Why this is interesting is because in the past decade
171
455000
3000
Это интересно потому, что за прошедшие десятилетия
07:56
we have found that this is not just some anomaly
172
458000
2000
мы обнаружили, что это не просто случайная аномалия
07:58
of this ridiculous, glow-in-the-dark bacterium that lives in the ocean --
173
460000
3000
этой нелепой светящейся в темноте бактерии, которая живет в океане, -
08:01
all bacteria have systems like this.
174
463000
3000
у всех бактерий есть похожая система.
08:04
So now what we understand is that all bacteria can talk to each other.
175
466000
3000
Итак, теперь мы знаем, что бактерии умеют общаться друг с другом.
08:07
They make chemical words, they recognize those words,
176
469000
3000
Они составляют химические слова, опознают эти слова
08:10
and they turn on group behaviors
177
472000
2000
и включают групповое поведение,
08:12
that are only successful when all of the cells participate in unison.
178
474000
5000
которое успешно только когда все клетки действуют в согласии.
08:17
We have a fancy name for this: we call it quorum sensing.
179
479000
3000
У нас есть занятное название для этого: мы называем это чувством кворума.
08:20
They vote with these chemical votes,
180
482000
2000
Они голосуют своими химическими голосами,
08:22
the vote gets counted, and then everybody responds to the vote.
181
484000
4000
голоса подсчитываются и каждый отвечает на голосование.
08:26
What's important for today's talk
182
488000
2000
Что важно для сегодняшнего выступления,
08:28
is that we know that there are hundreds of behaviors
183
490000
2000
это что мы знаем, что есть сотни действий,
08:30
that bacteria carry out in these collective fashions.
184
492000
3000
которые бактерии выполняют вместе.
08:33
But the one that's probably the most important to you is virulence.
185
495000
3000
Но есть одно, вероятно, наиболее важное для вас, это вирулентность.
08:36
It's not like a couple bacteria get in you
186
498000
3000
Это не то, чтобы пара бактерий попадает внутрь вас
08:39
and they start secreting some toxins --
187
501000
2000
и начинают выделять токсины, -
08:41
you're enormous, that would have no effect on you. You're huge.
188
503000
3000
вы огромны, поэтому это не будет иметь эффекта на вас. Вы громадны.
08:44
What they do, we now understand,
189
506000
3000
То, что они делают, теперь мы понимаем,
08:47
is they get in you, they wait, they start growing,
190
509000
3000
это попадают в вас, выжидают, затем начинают расти,
08:50
they count themselves with these little molecules,
191
512000
2000
они считают свое количество с помощью этих маленьких молекул,
08:52
and they recognize when they have the right cell number
192
514000
2000
узнают, когда их нужное количество,
08:54
that if all of the bacteria launch their virulence attack together,
193
516000
4000
так что если все бактерии вместе начнут вирулентную атаку,
08:58
they are going to be successful at overcoming an enormous host.
194
520000
4000
они достигнут успеха в преодолении огромного хозяина.
09:02
Bacteria always control pathogenicity with quorum sensing.
195
524000
4000
Бактерия всегда контролирует патогенность чувством кворума.
09:06
That's how it works.
196
528000
2000
Вот как это работает.
09:08
We also then went to look at what are these molecules --
197
530000
3000
Тогда же мы решили посмотреть, какие они эти молекулы,
09:11
these were the red triangles on my slides before.
198
533000
3000
те красные треугольники на предыдущих слайдах.
09:14
This is the Vibrio fischeri molecule.
199
536000
2000
Это молекула Вибрио фишери.
09:16
This is the word that it talks with.
200
538000
2000
Это слово, которым она разговаривает.
09:18
So then we started to look at other bacteria,
201
540000
2000
Итак, мы начали рассматривать другие бактерии,
09:20
and these are just a smattering of the molecules that we've discovered.
202
542000
3000
и это просто небольшое число молекул, которое мы обнаружили.
09:23
What I hope you can see
203
545000
2000
Я надеюсь вы сможете увидеть
09:25
is that the molecules are related.
204
547000
2000
что молекулы близки.
09:27
The left-hand part of the molecule is identical
205
549000
2000
Левые части молекул идентичны
09:29
in every single species of bacteria.
206
551000
3000
для каждого вида бактерий.
09:32
But the right-hand part of the molecule is a little bit different in every single species.
207
554000
4000
Но правые части молекул немного отличаются для каждого вида.
09:36
What that does is to confer
208
558000
2000
Это придает
09:38
exquisite species specificities to these languages.
209
560000
4000
тонкие видовые различия этим языкам.
09:42
Each molecule fits into its partner receptor and no other.
210
564000
4000
Каждая молекула подходит только рецептору своего партнера и никому другому.
09:46
So these are private, secret conversations.
211
568000
3000
Поэтому это личные, тайные разговоры.
09:49
These conversations are for intraspecies communication.
212
571000
4000
Эти разговоры для общения внутри вида.
09:53
Each bacteria uses a particular molecule that's its language
213
575000
4000
Каждая бактерия использует определенную молекулу, которая является ее языком,
09:57
that allows it to count its own siblings.
214
579000
4000
который позволяет посчитать своих братьев.
10:01
Once we got that far we thought
215
583000
2000
Продвинувшись столь далеко, мы подумали,
10:03
we were starting to understand that bacteria have these social behaviors.
216
585000
3000
что мы начинаем понимать, что у бактерий есть социальное поведение.
10:06
But what we were really thinking about is that most of the time
217
588000
3000
Но то, о чем мы главным образом задумались, это что в основном
10:09
bacteria don't live by themselves, they live in incredible mixtures,
218
591000
3000
бактерии не живут поодиночке, они живут в невероятных смесях
10:12
with hundreds or thousands of other species of bacteria.
219
594000
4000
с сотнями или тысячами других видов бактерий.
10:16
And that's depicted on this slide. This is your skin.
220
598000
3000
И это изображено на слайде. Это ваша кожа.
10:19
So this is just a picture -- a micrograph of your skin.
221
601000
3000
Это просто картинка, микроснимок вашей кожи.
10:22
Anywhere on your body, it looks pretty much like this,
222
604000
2000
Везде на вашем теле она выглядит почти точно так же,
10:24
and what I hope you can see is that there's all kinds of bacteria there.
223
606000
4000
и я надеюсь, вы видите здесь разные виды бактерий.
10:28
And so we started to think if this really is about communication in bacteria,
224
610000
4000
Мы начали думать, если действительно все дело в общении между бактериями
10:32
and it's about counting your neighbors,
225
614000
2000
и подсчете соседей,
10:34
it's not enough to be able to only talk within your species.
226
616000
3000
то недостаточно иметь возможность общаться только в пределах своего вида.
10:37
There has to be a way to take a census
227
619000
2000
Должен быть быть способ подсчета
10:39
of the rest of the bacteria in the population.
228
621000
3000
остальных бактерий в популяции.
10:42
So we went back to molecular biology
229
624000
2000
Итак, мы вернулись к молекулярной биологии,
10:44
and started studying different bacteria,
230
626000
2000
стали изучать другии бактерии
10:46
and what we've found now is that
231
628000
2000
и теперь обнаружили, что
10:48
in fact, bacteria are multilingual.
232
630000
2000
в действительности бактерии многоязычны.
10:50
They all have a species-specific system --
233
632000
3000
У всех них есть специфическая для каждого вида система:
10:53
they have a molecule that says "me."
234
635000
2000
в ней есть молекула, которая говорит "я".
10:55
But then, running in parallel to that is a second system
235
637000
3000
Вместе с ней существует и вторая система,
10:58
that we've discovered, that's generic.
236
640000
2000
которую мы обнаружили, и она универсальная.
11:00
So, they have a second enzyme that makes a second signal
237
642000
3000
Итак, у них есть второй фермент, который производит второй сигнал
11:03
and it has its own receptor,
238
645000
2000
и имеет свой рецептор,
11:05
and this molecule is the trade language of bacteria.
239
647000
3000
и эта молекула является языком торговли бактерий.
11:08
It's used by all different bacteria
240
650000
2000
Он используется всеми бактериями
11:10
and it's the language of interspecies communication.
241
652000
4000
и это язык общения между видами.
11:14
What happens is that bacteria are able to count
242
656000
3000
То, что происходит, это бактерия способна посчитать,
11:17
how many of me and how many of you.
243
659000
3000
сколько "нас" и сколько "вас".
11:20
They take that information inside,
244
662000
2000
Они берут эту информацию
11:22
and they decide what tasks to carry out
245
664000
2000
и решают, какие задания выполнять,
11:24
depending on who's in the minority and who's in the majority
246
666000
4000
в зависимости от того, кто в меньшинстве, а кто в большинстве
11:28
of any given population.
247
670000
2000
в любой популяции.
11:30
Then again we turn to chemistry,
248
672000
2000
Затем мы снова обращаемся к химии:
11:32
and we figured out what this generic molecule is --
249
674000
3000
мы выяснили, какова универсальная молекула,
11:35
that was the pink ovals on my last slide, this is it.
250
677000
3000
это те розовые овалы на последнем слайде.
11:38
It's a very small, five-carbon molecule.
251
680000
2000
Это очень маленькая пятиуглеродная молекула.
11:40
What the important thing is that we learned
252
682000
3000
Важная вещь, которую мы узнали,
11:43
is that every bacterium has exactly the same enzyme
253
685000
3000
это что у каждой бактерии есть точно такой же фермент
11:46
and makes exactly the same molecule.
254
688000
2000
и производится точно такая же молекула.
11:48
So they're all using this molecule
255
690000
2000
Поэтому все они используют эту молекулу
11:50
for interspecies communication.
256
692000
2000
для общения между видами.
11:52
This is the bacterial Esperanto.
257
694000
3000
Это эсперанто бактерий.
11:55
(Laughter)
258
697000
1000
(Смех)
11:56
Once we got that far, we started to learn
259
698000
2000
Преуспев в этом, мы начали понимать,
11:58
that bacteria can talk to each other with this chemical language.
260
700000
3000
что бактерии могут разговаривать друг с другом этим химическим языком.
12:01
But what we started to think is that maybe there is something
261
703000
2000
И мы решили, что, может быть, этому есть
12:03
practical that we can do here as well.
262
705000
2000
также практическое применение.
12:05
I've told you that bacteria do have all these social behaviors,
263
707000
3000
Я уже сказала, что у бактерий есть социальное поведение,
12:08
they communicate with these molecules.
264
710000
3000
они общаются с помощью этих молекул.
12:11
Of course, I've also told you that one of the important things they do
265
713000
3000
И как я тоже уже сказала, одна из важных вещей, которые они делают,
12:14
is to initiate pathogenicity using quorum sensing.
266
716000
3000
это инициируют патогенность, используя чувство кворума.
12:17
We thought, what if we made these bacteria
267
719000
2000
Мы подумали о том, что будет, если мы сделаем что-то с бактериями,
12:19
so they can't talk or they can't hear?
268
721000
3000
что они не смогут говорить или слышать.
12:22
Couldn't these be new kinds of antibiotics?
269
724000
3000
Может, это могли бы быть новые виды антибиотиков?
12:25
Of course, you've just heard and you already know
270
727000
2000
Конечно, вы уже слышали и знаете,
12:27
that we're running out of antibiotics.
271
729000
2000
что у нас недостаточно антибиотиков.
12:29
Bacteria are incredibly multi-drug-resistant right now,
272
731000
3000
Сейчас бактерии необычайно стойкие ко многим лекарствам,
12:32
and that's because all of the antibiotics that we use kill bacteria.
273
734000
4000
и все потому что все антибиотики, которые мы используем, убивают бактерии.
12:36
They either pop the bacterial membrane,
274
738000
2000
Они либо разрывают мембрану бактерии,
12:38
they make the bacterium so it can't replicate its DNA.
275
740000
3000
либо не позволяют бактериям воспроизвести свою ДНК.
12:41
We kill bacteria with traditional antibiotics
276
743000
3000
Мы убиваем бактерии традиционными антибиотиками
12:44
and that selects for resistant mutants.
277
746000
2000
и это порождает стойких мутантов.
12:46
And so now of course we have this global problem
278
748000
3000
И поэтому сейчас мы имеем глобальную проблему
12:49
in infectious diseases.
279
751000
2000
с инфекционными болезнями.
12:51
We thought, well what if we could sort of do behavior modifications,
280
753000
3000
Мы подумали, вот если бы мы могли бы сделать изменения в поведении,
12:54
just make these bacteria so they can't talk, they can't count,
281
756000
3000
достаточные, чтобы бактерии не могли говорить, считать
12:57
and they don't know to launch virulence.
282
759000
3000
и не знали, когда начать вирулентную атаку.
13:00
And so that's exactly what we've done, and we've sort of taken two strategies.
283
762000
3000
Это то, что мы действительно сделали, и мы использовали две стратегии.
13:03
The first one is we've targeted
284
765000
2000
Первая заключается в том, что мы нацелились
13:05
the intraspecies communication system.
285
767000
3000
на систему общения внутри вида.
13:08
So we made molecules that look kind of like the real molecules --
286
770000
3000
Мы создали молекулы, которые выглядят как настоящие,
13:11
which you saw -- but they're a little bit different.
287
773000
2000
которые вы видели, но они немного отличаются.
13:13
And so they lock into those receptors,
288
775000
2000
Итак, они забиваются в рецепторы
13:15
and they jam recognition of the real thing.
289
777000
3000
и препятствуют узнаванию настоящих молекул.
13:18
By targeting the red system,
290
780000
2000
Нацеливаясь на красную систему,
13:20
what we are able to do is to make
291
782000
2000
мы смогли создать
13:22
species-specific, or disease-specific, anti-quorum sensing molecules.
292
784000
5000
молекулы с характерным для конкретного вида или болезни чувством антикворума.
13:27
We've also done the same thing with the pink system.
293
789000
3000
То же самое мы сделали с розовой системой.
13:30
We've taken that universal molecule and turned it around a little bit
294
792000
3000
Мы взяли универсальную молекулу, изменили ее немного,
13:33
so that we've made antagonists
295
795000
2000
так что мы создали противников
13:35
of the interspecies communication system.
296
797000
2000
общения между видами.
13:37
The hope is that these will be used as broad-spectrum antibiotics
297
799000
5000
Я надеюсь, что это будет использовано в широком спектре антибиотиков,
13:42
that work against all bacteria.
298
804000
2000
которые противостоят бактериям.
13:44
To finish I'll just show you the strategy.
299
806000
3000
Чтобы закончить, я покажу вам одну стратегию.
13:47
In this one I'm just using the interspecies molecule,
300
809000
2000
Здесь я просто использую межвидовую молекулу,
13:49
but the logic is exactly the same.
301
811000
2000
но логика точно такая же.
13:51
What you know is that when that bacterium gets into the animal,
302
813000
3000
Как вы знаете, когда бактерия попадает в животное,
13:54
in this case, a mouse,
303
816000
2000
в данном случае мышь,
13:56
it doesn't initiate virulence right away.
304
818000
2000
она не инициирует вирулентность сразу.
13:58
It gets in, it starts growing, it starts secreting
305
820000
3000
Она попадает внутрь, начинает расти, выделять
14:01
its quorum sensing molecules.
306
823000
2000
свои молекулы с чувством кворума.
14:03
It recognizes when it has enough bacteria
307
825000
2000
Она понимает, когда бактерий достаточно,
14:05
that now they're going to launch their attack,
308
827000
2000
все они начинают атаку
14:07
and the animal dies.
309
829000
2000
и животное умирает.
14:09
What we've been able to do is to give these virulent infections,
310
831000
3000
Нам удалось передать эти вирулентные инфекции,
14:12
but we give them in conjunction with our anti-quorum sensing molecules --
311
834000
4000
но мы передавали их вместе с молекулами с чувством антикворума,
14:16
so these are molecules that look kind of like the real thing,
312
838000
2000
эти молекулы выглядят как настоящие,
14:18
but they're a little bit different which I've depicted on this slide.
313
840000
3000
но они немного отличаются, что я показала на этом слайде.
14:21
What we now know is that if we treat the animal
314
843000
3000
Нам теперь известно, что если мы передадим животному
14:24
with a pathogenic bacterium -- a multi-drug-resistant pathogenic bacterium --
315
846000
4000
патогенные бактерии, стойкие ко многим лекарствам патогенные бактерии,
14:28
in the same time we give our anti-quorum sensing molecule,
316
850000
4000
вместе с передачей наших молекул с чувством антикворума,
14:32
in fact, the animal lives.
317
854000
2000
то животное продолжит жить.
14:34
We think that this is the next generation of antibiotics
318
856000
4000
Мы думаем, что это новое поколение антибиотиков,
14:38
and it's going to get us around, at least initially,
319
860000
2000
и это позволит нам преодолеть, по крайней мере в начале,
14:40
this big problem of resistance.
320
862000
2000
эту большую проблему стойкости.
14:42
What I hope you think, is that bacteria can talk to each other,
321
864000
3000
Теперь вы знаете, что бактерии могут разговаривать друг с другом,
14:45
they use chemicals as their words,
322
867000
3000
они используют вещества в качестве слов,
14:48
they have an incredibly complicated chemical lexicon
323
870000
3000
у них необычайно сложный химический лексикон,
14:51
that we're just now starting to learn about.
324
873000
2000
который мы только сейчас начинаем изучать.
14:53
Of course what that allows bacteria to do
325
875000
3000
Конечно, это позволяет бактериям
14:56
is to be multicellular.
326
878000
2000
быть многоклеточной системой.
14:58
So in the spirit of TED they're doing things together
327
880000
3000
В духе TED они все делают вместе,
15:01
because it makes a difference.
328
883000
2000
потому что это дает желаемый результат.
15:03
What happens is that bacteria have these collective behaviors,
329
885000
4000
То, что происходит, это у бактерий есть коллективное поведение
15:07
and they can carry out tasks
330
889000
2000
и они могут выполнять задания,
15:09
that they could never accomplish
331
891000
2000
которые им никогда не выполнить,
15:11
if they simply acted as individuals.
332
893000
2000
если бы они действовали по отдельности.
15:13
What I would hope that I could further argue to you
333
895000
3000
Я надеюсь, что смогла бы убедить вас,
15:16
is that this is the invention of multicellularity.
334
898000
3000
что это открытие многоклеточности.
15:19
Bacteria have been on the Earth for billions of years;
335
901000
4000
Бактерии жили на Земле миллиарды лет.
15:23
humans, couple hundred thousand.
336
905000
2000
Люди - пару сотен тысяч лет.
15:25
We think bacteria made the rules
337
907000
2000
Мы думаем, что бактерии создали правила того,
15:27
for how multicellular organization works.
338
909000
3000
как работает многоклеточная система.
15:30
We think, by studying bacteria,
339
912000
3000
Мы думаем, что изучая бактерии,
15:33
we're going to be able to have insight about multicellularity in the human body.
340
915000
4000
мы сможем постичь многоклеточность человеческого тела.
15:37
We know that the principles and the rules,
341
919000
2000
Мы знаем, что законы и правила,
15:39
if we can figure them out in these sort of primitive organisms,
342
921000
2000
если мы сможем понять их в этих примитивных организмах,
15:41
the hope is that they will be applied
343
923000
2000
есть надежда, что они также будут применимы
15:43
to other human diseases and human behaviors as well.
344
925000
4000
к человеческим болезням и человеческому поведению.
15:47
I hope that what you've learned
345
929000
2000
Я надеюсь, вы узнали,
15:49
is that bacteria can distinguish self from other.
346
931000
3000
что бактерии могут отличать своих от чужих.
15:52
By using these two molecules they can say "me" and they can say "you."
347
934000
3000
Используя эти две молекулы, они могут сказать "я" и могут сказать "ты".
15:55
Again of course that's what we do,
348
937000
2000
И конечно это то, что происходит
15:57
both in a molecular way,
349
939000
2000
и молекулярным способом,
15:59
and also in an outward way,
350
941000
2000
и видимым способом,
16:01
but I think about the molecular stuff.
351
943000
2000
но мне интересен молекулярный способ.
16:03
This is exactly what happens in your body.
352
945000
2000
Это именно то, что происходит в вашем теле.
16:05
It's not like your heart cells and your kidney cells get all mixed up every day,
353
947000
3000
Не так, что клетки вашего сердца и почек смешиваются каждый день,
16:08
and that's because there's all of this chemistry going on,
354
950000
3000
и это потому, что происходит вся эта химия,
16:11
these molecules that say who each of these groups of cells is,
355
953000
3000
эти молекулы, которые определяют, кто принадлежит какой группе клеток
16:14
and what their tasks should be.
356
956000
2000
и каковы их задачи.
16:16
Again, we think that bacteria invented that,
357
958000
3000
Мы думаем, что бактерии создали это,
16:19
and you've just evolved a few more bells and whistles,
358
961000
3000
вы просто более развиты,
16:22
but all of the ideas are in these simple systems that we can study.
359
964000
4000
но все идеи находятся в этих простых системах, которые мы изучаем.
16:26
The final thing is, again just to reiterate that there's this practical part,
360
968000
4000
И наконец снова хочу повторить, что возможно практическое применение,
16:30
and so we've made these anti-quorum sensing molecules
361
972000
3000
и мы создали эти молекулы с чувством антикворума,
16:33
that are being developed as new kinds of therapeutics.
362
975000
3000
они совершенствуются как новый вид терапии.
16:36
But then, to finish with a plug for all the good and miraculous bacteria
363
978000
3000
И чтобы закончить с рекламой всех хороших и волшебных бактерий,
16:39
that live on the Earth,
364
981000
2000
живущих на Земле,
16:41
we've also made pro-quorum sensing molecules.
365
983000
2000
мы также создали молекулы, поддерживающие чувство кворума.
16:43
So, we've targeted those systems to make the molecules work better.
366
985000
3000
Итак, нашей целью являются эти системы, чтобы заставить молекулы работать лучше.
16:46
Remember you have these 10 times or more bacterial cells
367
988000
4000
Вы помните, внутри или на вас десятикратное или большее количество клеток бактерий
16:50
in you or on you, keeping you healthy.
368
992000
2000
и они поддерживают ваше здоровье.
16:52
What we're also trying to do is to beef up the conversation
369
994000
3000
Мы также пытаемся усилить общение
16:55
of the bacteria that live as mutualists with you,
370
997000
3000
бактерий, которые живут во взаимовыгодном симбиозе с вами,
16:58
in the hopes of making you more healthy,
371
1000000
2000
надеясь сделать вас здоровее,
17:00
making those conversations better,
372
1002000
2000
улучшая это общение таким образом,
17:02
so bacteria can do things that we want them to do
373
1004000
3000
чтобы бактерии совершали нужные нам действия
17:05
better than they would be on their own.
374
1007000
3000
лучше, чем если бы они их совершали самостоятельно.
17:08
Finally, I wanted to show you
375
1010000
2000
Наконец, я хотела бы показать вам:
17:10
this is my gang at Princeton, New Jersey.
376
1012000
2000
это моя банда из Принстона, Нью Джерси.
17:12
Everything I told you about was discovered by someone in that picture.
377
1014000
4000
Все, о чем я вам рассказала, было обнаружено кем-то на этой фотографии.
17:16
I hope when you learn things,
378
1018000
2000
Надеюсь, когда вы узнаете что-то,
17:18
like about how the natural world works --
379
1020000
2000
как, например, живет мир природы,
17:20
I just want to say that whenever you read something in the newspaper
380
1022000
3000
я просто хочу сказать, что когда вы читаете что-нибудь в газете
17:23
or you get to hear some talk about something ridiculous in the natural world
381
1025000
3000
или вам случается услышать разговор о чем-то смешном в мире природы,
17:26
it was done by a child.
382
1028000
2000
все это было сделано ребенком.
17:28
Science is done by that demographic.
383
1030000
2000
Наука делается этими людьми.
17:30
All of those people are between 20 and 30 years old,
384
1032000
4000
Все эти люди в возрасте от 20 до 30 лет
17:34
and they are the engine that drives scientific discovery in this country.
385
1036000
4000
и они двигатель научных открытий в этой стране.
17:38
It's a really lucky demographic to work with.
386
1040000
3000
Это очень удачные люди для сотрудничества.
17:41
I keep getting older and older and they're always the same age,
387
1043000
3000
Я становлюсь старше, а они всегда одного возраста,
17:44
and it's just a crazy delightful job.
388
1046000
3000
и это просто безумно увлекательная работа.
17:47
I want to thank you for inviting me here.
389
1049000
2000
Я хочу поблагодарить вас за приглашение сюда.
17:49
It's a big treat for me to get to come to this conference.
390
1051000
3000
Для меня это большое удовольствие участвовать в этой конференции.
17:52
(Applause)
391
1054000
5000
(Аплодисменты)
17:57
Thanks.
392
1059000
1000
Спасибо.
17:58
(Applause)
393
1060000
14000
(Аплодисменты)
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