TED2015
Tal Danino: Programming bacteria to detect cancer (and maybe treat it)
Тал Данино: Можем да използваме бактерии за откриване на рак (а може би и да го лекуваме)
Filmed:
Readability: 6.6
1,329,748 views
Ракът на черния дроб е един от най-трудните за откриване, но синтетичния биолог Тал Данино имал идея от лявото полукълбо: Какво би станало, ако можем да създадем пробиотични ядливи бактерии, които се "програмирани" да открият тумори на черния дроб? Неговото прозрение експлоатира нещо, което тепърва започваме да разбираме за бактериите: тяхната сила на кворум-наблюдение, или да правят нещо заедно, когато достигнат критична маса. Данино, TED стипендиант, обяснява как кворум-наблюдението работи -- и как умни бактерии, които работят заедно, биха могли да променят някой ден раковото лечение.
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
Може би не знаете,
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
но има повече бактерии в тялото ни
отколкото звезди в нашата галактика.
отколкото звезди в нашата галактика.
00:20
This fascinating universe
of bacteria inside of us
of bacteria inside of us
2
8040
3127
Този внушителен брой бактерии
00:23
is an integral part of our health,
3
11167
2276
играе важна роля за здравето ни,
00:25
and our technology is evolving so rapidly
4
13443
2089
и благодарение на развитието
на технологиите
на технологиите
00:27
that today we can program these bacteria
like we program computers.
like we program computers.
5
15532
4759
днес можем да програмираме тези бактерии,
така както програмираме компютри.
така както програмираме компютри.
00:33
Now, the diagram that you see here,
6
21060
1879
Диаграмата, която виждате
00:34
I know it looks like
some kind of sports play,
some kind of sports play,
7
22939
2531
може би ви прилича на спортна схема,
00:37
but it is actually a blueprint of
the first bacterial program I developed.
the first bacterial program I developed.
8
25470
4156
но всъщност е първата
програма за бактерии, която разработих.
програма за бактерии, която разработих.
00:41
And like writing software,
we can print and write DNA
we can print and write DNA
9
29626
3321
И също като компютърен софтуер,
можем да използваме ДНК
можем да използваме ДНК
00:44
into different algorithms
and programs inside of bacteria.
and programs inside of bacteria.
10
32947
3227
за алгоритми и програми
в самата бактерия.
в самата бактерия.
00:48
What this program does
is produces fluorescent proteins
is produces fluorescent proteins
11
36824
2695
Тази програма циклично продуцира
флуоресцентни белтъци
флуоресцентни белтъци
00:51
in a rhythmic fashion
12
39519
1438
и генерира малки молекули,
00:52
and generates a small molecule
13
40957
1602
чрез които бактериите комуникират
00:54
that allows bacteria
to communicate and synchronize,
to communicate and synchronize,
14
42559
2578
и се синхронизират,
00:57
as you're seeing in this movie.
15
45137
1838
както виждате на клипчето.
00:59
The growing colony of bacteria
that you see here
that you see here
16
47505
2280
Колонията от бактерии, която виждате
01:01
is about the width of a human hair.
17
49785
1993
е с размерите на човешки косъм.
01:03
Now, what you can't see
is that our genetic program
is that our genetic program
18
51778
2507
Не се вижда обаче, че нашата
генетична програма
генетична програма
01:06
instructs these bacteria
to each produce small molecules,
to each produce small molecules,
19
54285
3483
задава на всяка бактерия
да произведе малки молекули,
да произведе малки молекули,
01:09
and these molecules travel between
the thousands of individual bacteria
the thousands of individual bacteria
20
57768
3413
които, пътувайки измежду бактериите,
определят кога
определят кога
01:13
telling them when to turn on and off.
21
61181
2716
бактериите да се активират
и кога да се деактивират.
и кога да се деактивират.
01:15
And the bacteria synchronize
quite well at this scale,
quite well at this scale,
22
63897
3251
В такъв мащаб бактериите
се синхронизират доста добре,
се синхронизират доста добре,
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
но понеже молекулите
се движат с ограничена скорост,
се движат с ограничена скорост,
01:23
in larger colonies of bacteria,
this results in traveling waves
this results in traveling waves
24
71142
3576
в по-големи бактериални колонии,
това води до образуване на вълни
това води до образуване на вълни
01:26
between bacteria that are
far away from each other,
far away from each other,
25
74718
2902
между отдалечените едни от други бактерии,
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
и вие виждате тези вълни да преминават
от дясно на ляво на екрана.
от дясно на ляво на екрана.
01:33
Now, our genetic program
relies on a natural phenomenon
relies on a natural phenomenon
27
81356
2788
Нашата генетична програма
се основава на явление наречено
се основава на явление наречено
01:36
called quorum sensing,
28
84144
1173
"кворум-наблюдение",
01:37
in which bacteria trigger coordinated
and sometimes virulent behaviors
and sometimes virulent behaviors
29
85317
3332
при което бактериите задействат
координирано поведение
координирано поведение
01:40
once they reach a critical density.
30
88649
2941
щом достигнат критична гъстота.
01:43
You can observe quorum sensing
in action in this movie,
in action in this movie,
31
91590
2655
Кворум-наблюдението се забелязва
в следващото клипче,
в следващото клипче,
01:46
where a growing colony of bacteria
only begins to glow
only begins to glow
32
94245
3642
където разрастваща се колония от бактерии
започва да свети,
започва да свети,
01:49
once it reaches a high
or critical density.
or critical density.
33
97887
2371
само когато достигне висока
или критична гъстота.
или критична гъстота.
01:52
Our genetic program
34
100258
1842
Нашата генетична програма
01:54
continues producing these
rhythmic patterns of fluorescent proteins
rhythmic patterns of fluorescent proteins
35
102100
3151
поддържа продуцирането
на флуоресцентни белтъци
на флуоресцентни белтъци
01:57
as the colony grows outwards.
36
105251
2368
при разрастването на колонията навън.
01:59
This particular movie and experiment
we call The Supernova,
we call The Supernova,
37
107619
3691
Този експеримент
ние нарекохме "Супернова",
ние нарекохме "Супернова",
02:03
because it looks like an exploding star.
38
111310
3030
защото прилича на избухваща звезда.
02:06
Now, besides programming
these beautiful patterns,
these beautiful patterns,
39
114340
2390
Освен тези красиви осветявания,
02:08
I wondered, what else can we get
these bacteria to do?
these bacteria to do?
40
116730
2591
се запитах, какво друго може
да направим с бактериите?
да направим с бактериите?
02:11
And I decided to explore
how we can program bacteria
how we can program bacteria
41
119321
2579
Реших да изследвам как можем
да програмираме бактериите
да програмираме бактериите
02:13
to detect and treat diseases
in our bodies like cancer.
in our bodies like cancer.
42
121900
2789
да откриват и лекуват болести
като рак например.
като рак например.
02:18
One of the surprising facts about bacteria
43
126009
2298
Изненадващ факт за бактериите е,
02:20
is that they can naturally grow
inside of tumors.
inside of tumors.
44
128307
3437
че те лесно се развиват вътре в тумори.
02:23
This happens because typically tumors
45
131744
1764
Това е защото туморите са области,
02:25
are areas where the immune system
has no access,
has no access,
46
133508
2415
в които имунната система не действа,
02:27
and so bacteria find these tumors
47
135923
1997
и така бактериите използват туморите
02:29
and use them as a safe haven
to grow and thrive.
to grow and thrive.
48
137920
3831
за да се разрастват.
02:33
We started using probiotic bacteria
49
141751
1834
Използвахме
пробиотични бактерии,
пробиотични бактерии,
02:35
which are safe bacteria
that have a health benefit,
that have a health benefit,
50
143585
2624
които са от полза за здравето,
02:38
and found that
when orally delivered to mice,
when orally delivered to mice,
51
146209
2461
и установихме, че когато
се дават на мишки,
се дават на мишки,
02:40
these probiotics would selectively
grow inside of liver tumors.
grow inside of liver tumors.
52
148670
4156
те избирателно се насочват и се развиват
вътре в чернодробните тумори.
вътре в чернодробните тумори.
02:44
We realized that the most convenient way
53
152826
1954
Установихме, че най-удобният начин
02:46
to highlight the presence
of the probiotics,
of the probiotics,
54
154780
2081
за откриването на наличие на пробиотици,
02:48
and hence, the presence of the tumors,
55
156861
1863
и следователно, наличието на тумори,
02:50
was to get these bacteria
to produce a signal
to produce a signal
56
158724
2229
е да накараме тези бактерии
да сигнализират
да сигнализират
02:52
that would be detectable in the urine,
57
160953
2116
чрез урината,
02:55
and so we specifically
programmed these probiotics
programmed these probiotics
58
163069
2412
и ги програмирахме така, че
02:57
to make a molecule that would change
the color of your urine
the color of your urine
59
165481
2879
да променят цвета на урината
03:00
to indicate the presence of cancer.
60
168360
2810
за да индикират наличието на рак.
03:03
We went on to show that this technology
61
171170
2010
Продължихме и показахме,
че тази технология
че тази технология
03:05
could sensitively and specifically
detect liver cancer,
detect liver cancer,
62
173180
3190
може лесно да открива чернодробен рак,
03:08
one that is challenging
to detect otherwise.
to detect otherwise.
63
176370
2690
който е трудно да бъде открит
по друг начин.
по друг начин.
03:11
Now, since these bacteria
specifically localize to tumors,
specifically localize to tumors,
64
179891
2999
Тъй като тези бактерии
се локализират в тумори,
се локализират в тумори,
03:14
we've been programming them
to not only detect cancer
to not only detect cancer
65
182890
2588
ние ги програмираме не само да откриват,
03:17
but also to treat cancer
66
185478
1788
но и да лекуват рак,
03:19
by producing therapeutic molecules
from within the tumor environment
from within the tumor environment
67
187266
3227
като произвеждат терапевтични молекули
вътре в тумора,
вътре в тумора,
03:22
that shrink the existing tumors,
68
190493
2322
което намалява съществуващия тумор,
03:24
and we've been doing this
using quorum sensing programs
using quorum sensing programs
69
192815
2755
и това го правим посредством
кворум-наблюдаващи програми,
кворум-наблюдаващи програми,
03:27
like you saw in the previous movies.
70
195570
1843
като тези в показаните клипчета.
03:29
Altogether, imagine in the future
taking a programmed probiotic
taking a programmed probiotic
71
197413
3697
Представете си, че в бъдеще ще може
да се взимат програмирани пробиотици,
да се взимат програмирани пробиотици,
03:33
that could detect and treat cancer,
72
201110
2479
които ще откриват и лекуват рак,
03:35
or even other diseases.
73
203589
2581
и дори и други болести.
03:38
Our ability to program bacteria
74
206960
1644
Възможността да програмираме бактерии
03:40
and program life
75
208604
1695
и да програмираме живот
03:42
opens up new horizons in cancer research,
76
210299
2949
разкриват нови хоризонти
в изследването на рака,
в изследването на рака,
03:45
and to share this vision,
I worked with artist Vik Muniz
I worked with artist Vik Muniz
77
213248
2735
и за да споделя тази визия,
работих с художника Вик Муниз
работих с художника Вик Муниз
03:47
to create the symbol of the universe,
78
215983
1816
за да създадем символа на вселената,
03:49
made entirely out of bacteria
or cancer cells.
or cancer cells.
79
217799
3641
направен изцяло от
бактерии и ракови клетки.
бактерии и ракови клетки.
03:53
Ultimately, my hope is that the beauty
and purpose of this microscopic universe
and purpose of this microscopic universe
80
221443
5202
В крайна сметка, моята надежда е, че тази
красота и смисъл на микроскопичната вселена
красота и смисъл на микроскопичната вселена
03:58
can inspire new and creative approaches
for the future of cancer research.
for the future of cancer research.
81
226645
4899
може да вдъхнови нови и креативни
подходи за изследването на рака.
подходи за изследването на рака.
04:03
Thank you.
82
231544
2624
Благодаря ви.
04:06
(Applause)
83
234168
3766
(Аплодисменти)
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