TED2015
Tal Danino: Programming bacteria to detect cancer (and maybe treat it)
Таль Даніно: Ми використовуємо бактерії для діагностики (та може навіть лікування) раку
Filmed:
Readability: 6.6
1,329,748 views
Рак печінки діагностувати дуже складно. Але біолог Таль Даніно якось замислився: "Що як ми створимо пробіотик, їстівну бактерію, яку "запрограмуємо" на пошук пухлин?" Він відкриває в бактерій таке, що ми тільки починаємо розуміти, як-от силу кворуму або те, як вони роблять разом одне й те саме, коли досягають критичних кількостей. Даніно пояснює, як працює відчуття кворуму - і як розумні бактерії, працюючи разом, одного дня змінять лікування злоякісних пухлин.
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
Скоріш за все, ви навіть
не здогадуєтесь,
не здогадуєтесь,
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
що у вашому тілі бактерій більше,
ніж зір у всій Галактиці.
ніж зір у всій Галактиці.
00:20
This fascinating universe
of bacteria inside of us
of bacteria inside of us
2
8040
3127
Цей захоплюючий всесвіт
бактерій всередині нас
бактерій всередині нас
00:23
is an integral part of our health,
3
11167
2276
є невід'ємною складовою нашого здоров'я,
00:25
and our technology is evolving so rapidly
4
13443
2089
і технології розвиваються
настільки швидко,
настільки швидко,
00:27
that today we can program these bacteria
like we program computers.
like we program computers.
5
15532
4759
що сьогодні ми можемо програмувати
ці бактерії так само, як і комп'ютери.
ці бактерії так само, як і комп'ютери.
00:33
Now, the diagram that you see here,
6
21060
1879
Графік перед вами
00:34
I know it looks like
some kind of sports play,
some kind of sports play,
7
22939
2531
дещо схожий на зображення
спортивної гри,
спортивної гри,
00:37
but it is actually a blueprint of
the first bacterial program I developed.
the first bacterial program I developed.
8
25470
4156
проте насправді це проект першої
бактеріальної програми, яку розробив я.
бактеріальної програми, яку розробив я.
00:41
And like writing software,
we can print and write DNA
we can print and write DNA
9
29626
3321
Як і з програмним забезпеченням,
ми можемо друкувати та вписувати ДНК
ми можемо друкувати та вписувати ДНК
00:44
into different algorithms
and programs inside of bacteria.
and programs inside of bacteria.
10
32947
3227
в різні алгоритми та програми
всередині бактерії.
всередині бактерії.
00:48
What this program does
is produces fluorescent proteins
is produces fluorescent proteins
11
36824
2695
Ця програма синтезує
флуоресцентні білки
флуоресцентні білки
00:51
in a rhythmic fashion
12
39519
1438
у циклічний спосіб
00:52
and generates a small molecule
13
40957
1602
та продукує невеликі молекули,
00:54
that allows bacteria
to communicate and synchronize,
to communicate and synchronize,
14
42559
2578
які дають бактеріям змогу
спілкуватися та координувати,
спілкуватися та координувати,
00:57
as you're seeing in this movie.
15
45137
1838
як ви бачите у цьому фільмі.
00:59
The growing colony of bacteria
that you see here
that you see here
16
47505
2280
Ви бачите на екрані щораз
більшу колонію бактерій,
більшу колонію бактерій,
01:01
is about the width of a human hair.
17
49785
1993
завтовшки з людську волосину.
01:03
Now, what you can't see
is that our genetic program
is that our genetic program
18
51778
2507
Проте ви не бачите, як наша
генетична програма
генетична програма
01:06
instructs these bacteria
to each produce small molecules,
to each produce small molecules,
19
54285
3483
інформує кожну з цих бактерій
продукувати малі молекули,
продукувати малі молекули,
01:09
and these molecules travel between
the thousands of individual bacteria
the thousands of individual bacteria
20
57768
3413
і ці молекули переміщаються
між тисячами окремих бактерій,
між тисячами окремих бактерій,
01:13
telling them when to turn on and off.
21
61181
2716
даючи їм сигнал увімкнутись
чи вимкнутись.
чи вимкнутись.
01:15
And the bacteria synchronize
quite well at this scale,
quite well at this scale,
22
63897
3251
Бактерії координуються доволі непогано
на цьому рівні,
на цьому рівні,
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
але оскільки молекули, які об'єднують їх,
можуть рухатись надзвичайно швидко,
можуть рухатись надзвичайно швидко,
01:23
in larger colonies of bacteria,
this results in traveling waves
this results in traveling waves
24
71142
3576
у великих колоніях це призводить
до утворення хвиль
до утворення хвиль
01:26
between bacteria that are
far away from each other,
far away from each other,
25
74718
2902
між бактеріями, що
знаходяться далеко одна від одної,
знаходяться далеко одна від одної,
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
і можна побачити, як ці хвилі рухаються
справа наліво на екрані.
справа наліво на екрані.
01:33
Now, our genetic program
relies on a natural phenomenon
relies on a natural phenomenon
27
81356
2788
Генетична програма ґрунтується
на природному феномені,
на природному феномені,
01:36
called quorum sensing,
28
84144
1173
який називається
відчуття кворуму.
відчуття кворуму.
01:37
in which bacteria trigger coordinated
and sometimes virulent behaviors
and sometimes virulent behaviors
29
85317
3332
При цьому бактеріям властива координована
та інколи небезпечна поведінка,
та інколи небезпечна поведінка,
01:40
once they reach a critical density.
30
88649
2941
як тільки вони досягають
критичної кількостіі.
критичної кількостіі.
01:43
You can observe quorum sensing
in action in this movie,
in action in this movie,
31
91590
2655
На цьому відео видно
відчуття кворуму в дії,
відчуття кворуму в дії,
01:46
where a growing colony of bacteria
only begins to glow
only begins to glow
32
94245
3642
де щораз більша колонія бактерій
починає світитись,
починає світитись,
01:49
once it reaches a high
or critical density.
or critical density.
33
97887
2371
тільки вона досягає
критичної щільності.
критичної щільності.
01:52
Our genetic program
34
100258
1842
Наша генетична програма
01:54
continues producing these
rhythmic patterns of fluorescent proteins
rhythmic patterns of fluorescent proteins
35
102100
3151
далі створює циклічні моделі
флуоресцентних білків
флуоресцентних білків
01:57
as the colony grows outwards.
36
105251
2368
у процесі того, як колонія росте.
01:59
This particular movie and experiment
we call The Supernova,
we call The Supernova,
37
107619
3691
Цей винятковий фільм та експеримент
ми називаємо Наднова,
ми називаємо Наднова,
02:03
because it looks like an exploding star.
38
111310
3030
оскільки він схожий на зорю, що вибухає.
02:06
Now, besides programming
these beautiful patterns,
these beautiful patterns,
39
114340
2390
Отож, окрім програмування
цих дивовижних моделей,
цих дивовижних моделей,
02:08
I wondered, what else can we get
these bacteria to do?
these bacteria to do?
40
116730
2591
я замислився над тим, що ще ми можемо
змусити ці бактерії робити?
змусити ці бактерії робити?
02:11
And I decided to explore
how we can program bacteria
how we can program bacteria
41
119321
2579
І я вирішив дослідити, як можна
запрограмувати бактерію
запрограмувати бактерію
02:13
to detect and treat diseases
in our bodies like cancer.
in our bodies like cancer.
42
121900
2789
знаходити та лікувати
хвороби на кшталт раку.
хвороби на кшталт раку.
02:18
One of the surprising facts about bacteria
43
126009
2298
Бактерії мають дивовижну властивість:
02:20
is that they can naturally grow
inside of tumors.
inside of tumors.
44
128307
3437
вони можуть зростати
всередині пухлин.
всередині пухлин.
Це відбувається тому,
що зазвичай пухлина -
що зазвичай пухлина -
02:23
This happens because typically tumors
45
131744
1764
це місце, до якого імунна система
не має доступу,
не має доступу,
02:25
are areas where the immune system
has no access,
has no access,
46
133508
2415
таким чином бактерії знаходять ці пухлини
02:27
and so bacteria find these tumors
47
135923
1997
і використовують їх як безпечне місце
для росту та розвитку.
для росту та розвитку.
02:29
and use them as a safe haven
to grow and thrive.
to grow and thrive.
48
137920
3831
Ми почали використовувати пробіотики,
02:33
We started using probiotic bacteria
49
141751
1834
02:35
which are safe bacteria
that have a health benefit,
that have a health benefit,
50
143585
2624
безпечні та корисні для здоров'я бактерії,
02:38
and found that
when orally delivered to mice,
when orally delivered to mice,
51
146209
2461
і дійшли висновку, що коли
мишам давати їх перорально,
мишам давати їх перорально,
02:40
these probiotics would selectively
grow inside of liver tumors.
grow inside of liver tumors.
52
148670
4156
ці пробіотики вибірково
ростимуть в пухлині печінки.
ростимуть в пухлині печінки.
02:44
We realized that the most convenient way
53
152826
1954
Ми зрозуміли, що найзручніший спосіб
02:46
to highlight the presence
of the probiotics,
of the probiotics,
54
154780
2081
виявити присутність пробіотиків,
02:48
and hence, the presence of the tumors,
55
156861
1863
а отже наявність пухлини -
02:50
was to get these bacteria
to produce a signal
to produce a signal
56
158724
2229
змусити ці бактерії давати сигнал,
02:52
that would be detectable in the urine,
57
160953
2116
який можна виявити у сечі,
02:55
and so we specifically
programmed these probiotics
programmed these probiotics
58
163069
2412
тож ми навмисно запрограмували
ці пробіотики
ці пробіотики
02:57
to make a molecule that would change
the color of your urine
the color of your urine
59
165481
2879
синтезувати молекулу, яка б
змінювала колір сечі,
змінювала колір сечі,
03:00
to indicate the presence of cancer.
60
168360
2810
повідомляючи про наявність раку.
03:03
We went on to show that this technology
61
171170
2010
Ми допрацювали цю технологію до того,
03:05
could sensitively and specifically
detect liver cancer,
detect liver cancer,
62
173180
3190
що вона є специфічним детектором
пухлин печінки,
пухлин печінки,
03:08
one that is challenging
to detect otherwise.
to detect otherwise.
63
176370
2690
яких іншими способами діагностувати
надзвичайно складно.
надзвичайно складно.
03:11
Now, since these bacteria
specifically localize to tumors,
specifically localize to tumors,
64
179891
2999
Оскільки тепер бактерії вибірково
локалізуються в пухлинах,
локалізуються в пухлинах,
03:14
we've been programming them
to not only detect cancer
to not only detect cancer
65
182890
2588
ми запрограмували їх не тільки
знаходити рак,
знаходити рак,
03:17
but also to treat cancer
66
185478
1788
а й лікувати його,
03:19
by producing therapeutic molecules
from within the tumor environment
from within the tumor environment
67
187266
3227
продукуючи терапевтичні молекули
всередині самого новоутворення,
всередині самого новоутворення,
03:22
that shrink the existing tumors,
68
190493
2322
що змушує його зменшуватись.
03:24
and we've been doing this
using quorum sensing programs
using quorum sensing programs
69
192815
2755
І ми робимо це, використовуючи програми,
що базуються на відчутті кворуму,
що базуються на відчутті кворуму,
03:27
like you saw in the previous movies.
70
195570
1843
так, як ви це бачили в попередніх відео.
03:29
Altogether, imagine in the future
taking a programmed probiotic
taking a programmed probiotic
71
197413
3697
Уявімо разом майбутнє,
що його відкривають нам програмовані пробіотики,
що його відкривають нам програмовані пробіотики,
03:33
that could detect and treat cancer,
72
201110
2479
які можуть знаходити і лікувати рак
03:35
or even other diseases.
73
203589
2581
або навіть інші захворювання.
03:38
Our ability to program bacteria
74
206960
1644
Наші можливості програмувати бактерії
03:40
and program life
75
208604
1695
та програмувати життя
03:42
opens up new horizons in cancer research,
76
210299
2949
відкривають нові горизонти
в онкологічних дослідженнях.
в онкологічних дослідженнях.
03:45
and to share this vision,
I worked with artist Vik Muniz
I worked with artist Vik Muniz
77
213248
2735
Для того, що поширити це,
я працював разом із художником Віком Мунісом
я працював разом із художником Віком Мунісом
03:47
to create the symbol of the universe,
78
215983
1816
над створенням символу всесвіту,
03:49
made entirely out of bacteria
or cancer cells.
or cancer cells.
79
217799
3641
зробленого лише з бактерій
та ракових клітин.
та ракових клітин.
03:53
Ultimately, my hope is that the beauty
and purpose of this microscopic universe
and purpose of this microscopic universe
80
221443
5202
Загалом, я сподіваюсь, що краса
мікроскопічного світу
мікроскопічного світу
03:58
can inspire new and creative approaches
for the future of cancer research.
for the future of cancer research.
81
226645
4899
надихне креативних дослідників
на майбутні пошуки в онкології.
на майбутні пошуки в онкології.
04:03
Thank you.
82
231544
2624
Дякую.
04:06
(Applause)
83
234168
3766
(Оплески)
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