TED2015
Tal Danino: Programming bacteria to detect cancer (and maybe treat it)
Tal Danino: Na diagnostiku (a snáď i liečbu) rakoviny môžeme využiť baktérie
Filmed:
Readability: 6.6
1,329,748 views
Rakovina pečene bola vždy jednou z najnáročnejších na diagnostiku, ale syntetický biológ Tal Danino dostal neobyčaný nápad: Čo keby sa nám podarilo „naprogramovať“ probiotikum, požívateľné baktérie, ktoré by vyhľadávali nádory pečene? Jeho nápad využíva jav, ktorému ešte len začíname rozumieť: quorum sensing, teda schopnosť baktérií správať sa synchronizovane, akonáhle kolónia dosiahne kritickú hustotu. TED Fellow Danino vysvetľuje, ako quorum sensing funguje a ako by raz spolupráca inteligentných baktérií mohla zmeniť liečbu 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
Možno si to neuvedomujete,
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 vo vašom tele je viac baktérií,
než má naša galaxia hviezd.
00:20
This fascinating universe
of bacteria inside of us
of bacteria inside of us
2
8040
3127
Tento fascinujúci svet baktérií
v ľudskom tele
v ľudskom tele
00:23
is an integral part of our health,
3
11167
2276
je neoddeliteľnou súčasťou nášho zdravia
00:25
and our technology is evolving so rapidly
4
13443
2089
a vďaka rýchlemu technologickému pokroku
00:27
that today we can program these bacteria
like we program computers.
like we program computers.
5
15532
4759
dokážeme dnes tieto baktérie
programovať podobne ako počítače.
programovať podobne ako počítače.
00:33
Now, the diagram that you see here,
6
21060
1879
Tento diagram pripomína
00:34
I know it looks like
some kind of sports play,
some kind of sports play,
7
22939
2531
schému nejakého športového zápasu,
00:37
but it is actually a blueprint of
the first bacterial program I developed.
the first bacterial program I developed.
8
25470
4156
ale v skutočnosti ilustruje
môj prvý bakteriálny program.
môj prvý bakteriálny program.
Podobne ako je možné napísať softvér,
je možné vytlačiť a zapísať DNA informáciu
je možné vytlačiť a zapísať DNA informáciu
00:41
And like writing software,
we can print and write DNA
we can print and write DNA
9
29626
3321
00:44
into different algorithms
and programs inside of bacteria.
and programs inside of bacteria.
10
32947
3227
do rôznych algoritmov a programov
vo vnútri baktérie.
vo vnútri baktérie.
00:48
What this program does
is produces fluorescent proteins
is produces fluorescent proteins
11
36824
2695
Náš program núti baktérie
rytmicky produkovať fluorescenčné proteíny
00:51
in a rhythmic fashion
12
39519
1438
00:52
and generates a small molecule
13
40957
1602
a generovať malé molekuly,
ktoré im umožňujú
komunikovať a synchronizovať sa,
komunikovať a synchronizovať sa,
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
tak ako uvidíte na videu.
Rastúca kolónia, ktorú tu vidíte,
00:59
The growing colony of bacteria
that you see here
that you see here
16
47505
2280
má šírku asi ako ľudský vlas.
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
Na videu ale nevidíte,
že vďaka nášmu genetickému programu
že vďaka nášmu genetickému programu
01:06
instructs these bacteria
to each produce small molecules,
to each produce small molecules,
19
54285
3483
produkuje každá baktéria
tie malé molekuly,
tie malé molekuly,
01:09
and these molecules travel between
the thousands of individual bacteria
the thousands of individual bacteria
20
57768
3413
ktoré putujú k tisícom okolitých baktérií
01:13
telling them when to turn on and off.
21
61181
2716
a oznámia im,
kedy sa majú zapnúť a vypnúť.
kedy sa majú zapnúť a vypnúť.
01:15
And the bacteria synchronize
quite well at this scale,
quite well at this scale,
22
63897
3251
V tomto meradle je
synchronizácia dosť dobrá,
synchronizácia dosť dobrá,
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 kvôli limitovanej rýchlosti
synchronizačných molekúl
synchronizačných molekúl
01:23
in larger colonies of bacteria,
this results in traveling waves
this results in traveling waves
24
71142
3576
dochádza vo väčších kolóniách k vlnám,
01:26
between bacteria that are
far away from each other,
far away from each other,
25
74718
2902
ktoré sa šíria
medzi vzdialenými baktériami
medzi vzdialenými baktériami
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
a tu ich vidíte prechádzať sprava doľava.
01:33
Now, our genetic program
relies on a natural phenomenon
relies on a natural phenomenon
27
81356
2788
Náš genetický program
využíva prirodzený jav
využíva prirodzený jav
zvaný quorum sensing,
01:36
called quorum sensing,
28
84144
1173
01:37
in which bacteria trigger coordinated
and sometimes virulent behaviors
and sometimes virulent behaviors
29
85317
3332
ktorý v kolónii
pri dosiahnutí kritickej hustoty
pri dosiahnutí kritickej hustoty
01:40
once they reach a critical density.
30
88649
2941
spustí koordinované
a niekedy aj zhubné správanie.
a niekedy aj zhubné správanie.
01:43
You can observe quorum sensing
in action in this movie,
in action in this movie,
31
91590
2655
Na tomto zábere vidíte
quorum sensing v akcii:
quorum sensing v akcii:
01:46
where a growing colony of bacteria
only begins to glow
only begins to glow
32
94245
3642
Rastúca kolónia začne svietiť,
akonáhle dosiahne
svoju kritickú hustotu.
svoju kritickú hustotu.
01:49
once it reaches a high
or critical density.
or critical density.
33
97887
2371
01:52
Our genetic program
34
100258
1842
Náš genetický program udržuje
01:54
continues producing these
rhythmic patterns of fluorescent proteins
rhythmic patterns of fluorescent proteins
35
102100
3151
rytmické správanie
fluorescenčných proteínov
fluorescenčných proteínov
aj potom, ako sa kolónia rozšíri
a hustota opäť klesne.
a hustota opäť klesne.
01:57
as the colony grows outwards.
36
105251
2368
01:59
This particular movie and experiment
we call The Supernova,
we call The Supernova,
37
107619
3691
Pokus, z ktorého záber pochádza,
voláme Supernova,
voláme Supernova,
kedže pripomína explodujúcu hviezdu.
02:03
because it looks like an exploding star.
38
111310
3030
02:06
Now, besides programming
these beautiful patterns,
these beautiful patterns,
39
114340
2390
Okrem programovania týchto krásnych vzorov
02:08
I wondered, what else can we get
these bacteria to do?
these bacteria to do?
40
116730
2591
ma zaujímalo, čo ďalšieho
je možné s baktériami robiť.
je možné s baktériami robiť.
02:11
And I decided to explore
how we can program bacteria
how we can program bacteria
41
119321
2579
Rozhodol som sa skúmať,
ako baktérie naprogramovať
ako baktérie naprogramovať
02:13
to detect and treat diseases
in our bodies like cancer.
in our bodies like cancer.
42
121900
2789
na vyhľadávanie a liečbu
ľudských chorôb, ako je rakovina.
ľudských chorôb, ako je rakovina.
02:18
One of the surprising facts about bacteria
43
126009
2298
Prekvapujúcou vlastnosťou baktérií je,
02:20
is that they can naturally grow
inside of tumors.
inside of tumors.
44
128307
3437
že dokážu v nádoroch prirodzene rásť.
02:23
This happens because typically tumors
45
131744
1764
Deje sa to preto, že imunitný systém
02:25
are areas where the immune system
has no access,
has no access,
46
133508
2415
nemá do nádorov normálne prístup
02:27
and so bacteria find these tumors
47
135923
1997
a baktérie ich dokážu nájsť
02:29
and use them as a safe haven
to grow and thrive.
to grow and thrive.
48
137920
3831
a využiť ako bezpečný úkryt na svoj rast.
02:33
We started using probiotic bacteria
49
141751
1834
Používame probiotické baktérie,
02:35
which are safe bacteria
that have a health benefit,
that have a health benefit,
50
143585
2624
ktoré sú nielen bezpečné, ale aj zdravé,
02:38
and found that
when orally delivered to mice,
when orally delivered to mice,
51
146209
2461
a zistili sme, že keď ich
perorálne podáte myšiam,
perorálne podáte myšiam,
02:40
these probiotics would selectively
grow inside of liver tumors.
grow inside of liver tumors.
52
148670
4156
budú tieto probiotiká
selektívne rásť v nádoroch pečene.
selektívne rásť v nádoroch pečene.
Uvedomili sme si,
že najvhodnejším spôsobom,
že najvhodnejším spôsobom,
02:44
We realized that the most convenient way
53
152826
1954
02:46
to highlight the presence
of the probiotics,
of the probiotics,
54
154780
2081
ako upozorniť na prítomnosť probiotík
02:48
and hence, the presence of the tumors,
55
156861
1863
a tým aj nádoru,
02:50
was to get these bacteria
to produce a signal
to produce a signal
56
158724
2229
bude zabezpečiť, aby tieto baktérie
produkovali signál odhaliteľný v moči.
02:52
that would be detectable in the urine,
57
160953
2116
02:55
and so we specifically
programmed these probiotics
programmed these probiotics
58
163069
2412
Špeciálne sme teda
tieto probiotiká naprogramovali,
tieto probiotiká naprogramovali,
02:57
to make a molecule that would change
the color of your urine
the color of your urine
59
165481
2879
aby vyrábali látku, ktorá zmení farbu moču
03:00
to indicate the presence of cancer.
60
168360
2810
a odhalí tak rakovinu.
03:03
We went on to show that this technology
61
171170
2010
Ďalej sme ukázali, že naša technológia
dokáže citlivo a špecificky
odhaliť rakovinu pečene,
odhaliť rakovinu pečene,
03:05
could sensitively and specifically
detect liver cancer,
detect liver cancer,
62
173180
3190
ktorá sa dá inak
veľmi tažko diagnostikovať.
veľmi tažko diagnostikovať.
03:08
one that is challenging
to detect otherwise.
to detect otherwise.
63
176370
2690
03:11
Now, since these bacteria
specifically localize to tumors,
specifically localize to tumors,
64
179891
2999
Keďže sa tieto baktérie usadzujú
špecificky v nádoroch,
špecificky v nádoroch,
naprogramovali sme ich tak,
aby rakovinu nielen odhalili,
aby rakovinu nielen odhalili,
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
ale aj liečili,
a to tým, že budú vo vnútri nádoru
03:19
by producing therapeutic molecules
from within the tumor environment
from within the tumor environment
67
187266
3227
vyrábať liečivé molekuly,
ktoré nádor zmenšia.
ktoré nádor zmenšia.
03:22
that shrink the existing tumors,
68
190493
2322
03:24
and we've been doing this
using quorum sensing programs
using quorum sensing programs
69
192815
2755
Využili sme na to opäť quorum sensing,
podobne ako ste to videli
na predchádzajúcich videách.
na predchádzajúcich videách.
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
V budúcnosti tak snáď bude možné užívať
probiotiká naprogramované
na diagnostiku a liečbu rakoviny
na diagnostiku a liečbu rakoviny
03:33
that could detect and treat cancer,
72
201110
2479
03:35
or even other diseases.
73
203589
2581
alebo aj ďalších chorôb.
To, že dokážeme programovať baktérie,
03:38
Our ability to program bacteria
74
206960
1644
03:40
and program life
75
208604
1695
programovať život,
03:42
opens up new horizons in cancer research,
76
210299
2949
nám otvára nové obzory
vo výskume rakoviny.
vo výskume rakoviny.
03:45
and to share this vision,
I worked with artist Vik Muniz
I worked with artist Vik Muniz
77
213248
2735
Spolu s výtvarníkom Vikom Munizom
sme túto víziu zhmotnili
do symbolu vesmíru
do symbolu vesmíru
03:47
to create the symbol of the universe,
78
215983
1816
03:49
made entirely out of bacteria
or cancer cells.
or cancer cells.
79
217799
3641
vytvoreného z baktérií
a nádorových buniek.
a nádorových buniek.
03:53
Ultimately, my hope is that the beauty
and purpose of this microscopic universe
and purpose of this microscopic universe
80
221443
5202
Verím, že krása a význam
tohto mikroskopického vesmíru
tohto 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
podnieti nové tvorivé prístupy
vo výskume rakoviny.
vo výskume rakoviny.
04:03
Thank you.
82
231544
2624
Ďakujem.
(potlesk)
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