TED2009
Bonnie Bassler: How bacteria "talk"
Бони Баслър разказва как бактериите си общуват
Filmed:
Readability: 4
2,683,171 views
Бони Баслър открива, че бактериите "говорят" помежду си, използвайки химичен език, който им позволява да координират защитата си и да организират атака. Откритието води до поразяващи последствия за медицината, промишлеността и представата ни за нас самите.
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
Бактериите са най-старите живи организми на земята.
00:21
They've been here for billions of years,
1
3000
2000
Те са тук от милиарди години,
00:23
and what they are are single-celled microscopic organisms.
2
5000
4000
а всъщност са едноклетъчни микроскопични организми.
00:27
So they are one cell and they have this special property
3
9000
3000
Та, те се състоят от една клетка и това, което е особено при тях е,
00:30
that they only have one piece of DNA.
4
12000
2000
че ДНК-то им се състои само от една част.
00:32
They have very few genes,
5
14000
2000
Имат много малко гени
00:34
and genetic information to encode all of the traits that they carry out.
6
16000
4000
и генетична информация, в която да кодират всичките си характерни особености.
00:38
And the way bacteria make a living
7
20000
2000
Бактериите преживяват като
00:40
is that they consume nutrients from the environment,
8
22000
3000
консумират хранителни вещества от околната си среда,
00:43
they grow to twice their size, they cut themselves down in the middle,
9
25000
3000
докато удвоят размера си, след което се разцепват по средата,
00:46
and one cell becomes two, and so on and so on.
10
28000
3000
и всяка клетка става на две и т.н., и т.н.
00:49
They just grow and divide, and grow and divide -- so a kind of boring life,
11
31000
4000
Те растът и се делят, растът и се делят -- та, донякъде скучен живот,
00:53
except that what I would argue is that you have
12
35000
2000
като се изключи това, за което бих поспорила,
00:55
an amazing interaction with these critters.
13
37000
3000
че имаме изключителни взаимодействия с тези дребосъци.
00:58
I know you guys think of yourself as humans, and this is sort of how I think of you.
14
40000
3000
Знам, че всички вие се възприемате като хора, аз донякъде също ви възприемам така.
01:01
This man is supposed to represent
15
43000
2000
Този човек се предполага, че представлява
01:03
a generic human being,
16
45000
2000
средностатистическо човешко същество,
01:05
and all of the circles in that man are all of the cells that make up your body.
17
47000
4000
и всички тези кръгчета, символизират клетките, които съставят тялото му.
01:09
There is about a trillion human cells that make each one of us
18
51000
3000
Всеки от нас има около билион човешки клетки, от които сме съставени
01:12
who we are and able to do all the things that we do,
19
54000
3000
хората, които сме и ни позволяват да правим всичко, което правим,
01:15
but you have 10 trillion bacterial cells
20
57000
3000
но същевременно имаме и по 10 билиона бактериални клетки
01:18
in you or on you at any moment in your life.
21
60000
2000
вътре в нас или върху нас във всеки момент от живота си.
01:20
So, 10 times more bacterial cells
22
62000
2000
Така че - 10 пъти повече бактериални клетки
01:22
than human cells on a human being.
23
64000
3000
от човешки клетки.
01:25
And of course it's the DNA that counts,
24
67000
2000
И разбира се, най-важното е ДНК-то,
01:27
so here's all the A, T, Gs and Cs
25
69000
2000
ето това са всичките А, Т, Г и Ц-та,
01:29
that make up your genetic code, and give you all your charming characteristics.
26
71000
3000
които съставят генетичния ни код и определят всичките ни очарователни черти.
01:32
You have about 30,000 genes.
27
74000
2000
Имаме около 30 000 гена.
01:34
Well it turns out you have 100 times more bacterial genes
28
76000
3000
Е, оказва се, че имаме 100 пъти повече бактериални гени,
01:37
playing a role in you or on you all of your life.
29
79000
4000
които имат роля вътре в нас или върху нас през целия ни живот.
01:41
At the best, you're 10 percent human,
30
83000
3000
В най-добрия случай сте 10 процента човек,
01:44
but more likely about one percent human,
31
86000
2000
но по-скоро сте около 1 процент човек,
01:46
depending on which of these metrics you like.
32
88000
2000
в зависимост от мярката, която си изберате.
01:48
I know you think of yourself as human beings,
33
90000
2000
Знам, че мислите себе си за човешки същества,
01:50
but I think of you as 90 or 99 percent bacterial.
34
92000
4000
но аз мисля за вас като за 90 или 99 процента бактериални.
01:54
(Laughter)
35
96000
1000
(Смях в залата)
01:55
These bacteria are not passive riders,
36
97000
3000
Тези бактерии не са безучастни пътници,
01:58
these are incredibly important, they keep us alive.
37
100000
3000
те са невероятно важни, те ни поддържат живи.
02:01
They cover us in an invisible body armor
38
103000
3000
Те покриват телата ни с невидим щит,
02:04
that keeps environmental insults out
39
106000
2000
който ни предпазва от атаките на околната среда,
02:06
so that we stay healthy.
40
108000
2000
за да останем здрави.
02:08
They digest our food, they make our vitamins,
41
110000
2000
Те смилат храната ни, те произвеждат витамините ни,
02:10
they actually educate your immune system
42
112000
2000
те всъщност обучават нашата имунна система
02:12
to keep bad microbes out.
43
114000
2000
как да държи лошите микроби навън.
02:14
So they do all these amazing things
44
116000
2000
Така че те правят всички тези удивителни неща,
02:16
that help us and are vital for keeping us alive,
45
118000
4000
които ни помагат и са жизненоважни за нас,
02:20
and they never get any press for that.
46
122000
2000
но вестниците никога не пишат за това.
02:22
But they get a lot of press because they do a lot of
47
124000
2000
Затова пък пишат много за другите неща, които бактериите правят --
02:24
terrible things as well.
48
126000
2000
ужасните неща.
02:26
So, there's all kinds of bacteria on the Earth
49
128000
3000
Е, на Земята има какви ли не бактерии,
02:29
that have no business being in you or on you at any time,
50
131000
3000
които нямат никаква работа във вас или върху вас в който и да е момент,
02:32
and if they are, they make you incredibly sick.
51
134000
4000
а когато това се случи, ви правят много, много болни.
02:36
And so, the question for my lab is whether you want to think about all the
52
138000
3000
И така, въпросът в моята лаборатория е дали искаме да мислим за
02:39
good things that bacteria do, or all the bad things that bacteria do.
53
141000
4000
добрите неща, които бактериите правят или за лошите неща.
02:43
The question we had is how could they do anything at all?
54
145000
2000
Но въпросът, до който стигнахме е -- как изобщо правят каквото и да било?
02:45
I mean they're incredibly small,
55
147000
2000
В смисъл, те са невероятно малки,
02:47
you have to have a microscope to see one.
56
149000
2000
трябва ви микроскоп, за да ги видите.
02:49
They live this sort of boring life where they grow and divide,
57
151000
3000
Живеят донякъде отегчителен живот, изпълнен с растеж и делене
02:52
and they've always been considered to be these asocial reclusive organisms.
58
154000
5000
и винаги сме ги смятали за асоциални, самотни организми.
02:57
And so it seemed to us that they are just too small to have an impact
59
159000
3000
Струваше ни се, че просто са прекално малки, за да имат ефект
03:00
on the environment
60
162000
2000
върху околната си среда,
03:02
if they simply act as individuals.
61
164000
2000
ако действат поединично.
03:04
And so we wanted to think if there couldn't be a different
62
166000
2000
И така искахме да помислим дали не е възможно
03:06
way that bacteria live.
63
168000
2000
бактериите да живеят по някакъв друг начин.
03:08
The clue to this came from another marine bacterium,
64
170000
4000
Първата улика дойде от една морска бактерия,
03:12
and it's a bacterium called Vibrio fischeri.
65
174000
3000
която се нарича Vibrio fischeri.
03:15
What you're looking at on this slide is just a person from my lab
66
177000
3000
Това, което виждате на екрана е просто колега от лабораторията,
03:18
holding a flask of a liquid culture of a bacterium,
67
180000
3000
който държи колба с бактериална култура,
03:21
a harmless beautiful bacterium that comes from the ocean,
68
183000
3000
една невинна красива бактерия, която идва от океана,
03:24
named Vibrio fischeri.
69
186000
2000
наречена Vibrio fischeri.
03:26
This bacterium has the special property that it makes light,
70
188000
3000
Тази бактерия има специалната дарба да произвежда светлина,
03:29
so it makes bioluminescence,
71
191000
2000
тя прави биолуминисценция,
03:31
like fireflies make light.
72
193000
2000
също като светулките.
03:33
We're not doing anything to the cells here.
73
195000
2000
Ние не влияем по никакъв начин на клетките, които виждате.
03:35
We just took the picture by turning the lights off in the room,
74
197000
2000
Направихме снимката като просто изгасихме лампата в стаята
03:37
and this is what we see.
75
199000
2000
и това е резултатът.
03:39
What was actually interesting to us
76
201000
2000
Това, което ни заинтригува
03:41
was not that the bacteria made light,
77
203000
2000
не е, че бактериите правят светлина,
03:43
but when the bacteria made light.
78
205000
2000
а кога бактериите правят светлина.
03:45
What we noticed is when the bacteria were alone,
79
207000
3000
Това, което забелязахме бе, че когато бактериите са сами,
03:48
so when they were in dilute suspension, they made no light.
80
210000
3000
т.е., когато културата е много разредена, те не светят.
03:51
But when they grew to a certain cell number
81
213000
2000
Но когато броят им нарасне,
03:53
all the bacteria turned on light simultaneously.
82
215000
4000
всички бактерии светват едновременно.
03:57
The question that we had is how can bacteria, these primitive organisms,
83
219000
4000
Въпросът, който ни човъркаше е как могат бактериите, тези примитивни организми,
04:01
tell the difference from times when they're alone,
84
223000
2000
да разберат кога са сами и
04:03
and times when they're in a community,
85
225000
2000
кога са заобиколени от себеподобни
04:05
and then all do something together.
86
227000
3000
и после да направят нещо заедно.
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
Изводът, до който стигнахме е, че те си говорят помежду си
04:12
and they talk with a chemical language.
88
234000
2000
като използват химически език.
04:14
This is now supposed to be my bacterial cell.
89
236000
3000
Това се предполага, че е една бактерия.
04:17
When it's alone it doesn't make any light.
90
239000
3000
Когато е сама, тя не прави никаква светлина.
04:20
But what it does do is to make and secrete small molecules
91
242000
4000
Но произвежда и отделя малки молекули,
04:24
that you can think of like hormones,
92
246000
2000
за които можете да мислите като за хормони,
04:26
and these are the red triangles, and when the bacteria is alone
93
248000
3000
това са тези червени триъгълници. Когато бактерията е сама,
04:29
the molecules just float away and so no light.
94
251000
3000
тези молекули просто отплават в далечината и тя не светва.
04:32
But when the bacteria grow and double
95
254000
2000
Но когато бактериите растът и се множат
04:34
and they're all participating in making these molecules,
96
256000
3000
и всички те участват в произвеждането на тези молекули,
04:37
the molecule -- the extracellular amount of that molecule
97
259000
4000
молекулите -- извънклетъчното количество от тези молекули,
04:41
increases in proportion to cell number.
98
263000
3000
се повишава пропоционално на броя на клетките.
04:44
And when the molecule hits a certain amount
99
266000
2000
И когато молекулите достигнат определено количество,
04:46
that tells the bacteria how many neighbors there are,
100
268000
3000
това казва на бактериите колко съседа имат,
04:49
they recognize that molecule
101
271000
2000
те разпознават молекулата
04:51
and all of the bacteria turn on light in synchrony.
102
273000
3000
и всички бактерии включват светлината синхронно.
04:54
That's how bioluminescence works --
103
276000
2000
Така работи биолуминисценцията --
04:56
they're talking with these chemical words.
104
278000
2000
те си говорят с тези химически думи.
04:58
The reason that Vibrio fischeri is doing that comes from the biology.
105
280000
4000
Причината, поради която Vibrio fischeri прави тези неща са биологични.
05:02
Again, another plug for the animals in the ocean,
106
284000
3000
Още една рекламна пауза за животните в океана --
05:05
Vibrio fischeri lives in this squid.
107
287000
3000
Vibrio fischeri живее в тази сепия.
05:08
What you are looking at is the Hawaiian Bobtail Squid,
108
290000
2000
На снимката виждате Хавайска късоопашата сепия (Hawaiian Bobtail Squid),
05:10
and it's been turned on its back,
109
292000
2000
обърната по гръб
05:12
and what I hope you can see are these two glowing lobes
110
294000
3000
и се надявам виждате тези две светещи изпъкналости,
05:15
and these house the Vibrio fischeri cells,
111
297000
3000
които приютяват клетките на Vibrio fischeri,
05:18
they live in there, at high cell number
112
300000
2000
те живеят там, в голяма численост,
05:20
that molecule is there, and they're making light.
113
302000
2000
молекулата им също е там и те светят.
05:22
The reason the squid is willing to put up with these shenanigans
114
304000
3000
Причината, поради която сепията е готова да търпи подобни щуротии, е,
05:25
is because it wants that light.
115
307000
2000
че тя иска тази светлина.
05:27
The way that this symbiosis works
116
309000
2000
Начинът, по който работи тази симбиоза е следният:
05:29
is that this little squid lives just off the coast of Hawaii,
117
311000
4000
тази малка сепия живее по крайбрежието на Хаваи
05:33
just in sort of shallow knee-deep water.
118
315000
2000
в плитки води -- горе-долу до коленете.
05:35
The squid is nocturnal, so during the day
119
317000
3000
Сепията е нощна, така че през деня
05:38
it buries itself in the sand and sleeps,
120
320000
2000
се заравя в пясъка и спи,
05:40
but then at night it has to come out to hunt.
121
322000
3000
но през нощта трябва да излезе на лов.
05:43
On bright nights when there is lots of starlight or moonlight
122
325000
2000
Когато небето е чисто, светлината от звездите или луната
05:45
that light can penetrate the depth of the water
123
327000
3000
прониква във водата,
05:48
the squid lives in, since it's just in those couple feet of water.
124
330000
3000
в която живее сепията, защото е съвсем плитка.
05:51
What the squid has developed is a shutter
125
333000
3000
Това, което сепията е развила е една клапа,
05:54
that can open and close over this specialized light organ housing the bacteria.
126
336000
4000
върху органа, в който са бактериите, която може да се отваря и затваря .
05:58
Then it has detectors on its back
127
340000
2000
Освен това на гърба си има детектор,
06:00
so it can sense how much starlight or moonlight is hitting its back.
128
342000
4000
който чувства колко светлина от звездите и луната стига до него.
06:04
And it opens and closes the shutter
129
346000
2000
И така тя отваря и затваря клапата,
06:06
so the amount of light coming out of the bottom --
130
348000
2000
така че количеството светлина, което излиза откъм корема й,
06:08
which is made by the bacterium --
131
350000
2000
светлина, произведена от бактериите,
06:10
exactly matches how much light hits the squid's back,
132
352000
2000
е абсолютно същото като количеството, което достига до гърба й,
06:12
so the squid doesn't make a shadow.
133
354000
2000
така че сепията не прави сянка.
06:14
It actually uses the light from the bacteria
134
356000
3000
Всъщност тя използва светлината от бактериите,
06:17
to counter-illuminate itself in an anti-predation device
135
359000
3000
като механизъм за защита от хищниците,
06:20
so predators can't see its shadow,
136
362000
2000
така че те да не могат да видят сянката й,
06:22
calculate its trajectory, and eat it.
137
364000
2000
да изчислят траекторията и да я изядат.
06:24
This is like the stealth bomber of the ocean.
138
366000
3000
Тя е нещо като Стелт бомбардировачът на океана.
06:27
(Laughter)
139
369000
1000
(Смях в залата)
06:28
But then if you think about it, the squid has this terrible problem
140
370000
3000
Но като се замислите, сепията има и един ужасен проблем,
06:31
because it's got this dying, thick culture of bacteria
141
373000
3000
защото тя носи тази наситена, умираща култура бактерии,
06:34
and it can't sustain that.
142
376000
2000
които не може да поддържа.
06:36
And so what happens is every morning when the sun comes up
143
378000
2000
И това, което се случва е, че всяка сутрин, когато слънцето изгрее
06:38
the squid goes back to sleep, it buries itself in the sand,
144
380000
3000
сепията ляга да спи, заравя се в пясъка
06:41
and it's got a pump that's attached to its circadian rhythm,
145
383000
3000
и има една помпа, обвързана с 24-часовият й ритъм,
06:44
and when the sun comes up it pumps out like 95 percent of the bacteria.
146
386000
5000
която изпомпва 95% от бактериите всяка сутрин.
06:49
Now the bacteria are dilute, that little hormone molecule is gone,
147
391000
3000
Така бактериите се разреждат, хормоналната молекула я няма,
06:52
so they're not making light --
148
394000
2000
и те не светят --
06:54
but of course the squid doesn't care. It's asleep in the sand.
149
396000
2000
това естествено не вълнува сепията. Тя спи в пясъка.
06:56
And as the day goes by the bacteria double,
150
398000
2000
В продължение на деня бактериите се размножават,
06:58
they release the molecule, and then light comes on
151
400000
3000
отделят молекулата и включват светлината
07:01
at night, exactly when the squid wants it.
152
403000
3000
за през нощта, точно когато сепията я иска.
07:04
First we figured out how this bacterium does this,
153
406000
3000
Първо разбрахме как бактерията прави това,
07:07
but then we brought the tools of molecular biology to this
154
409000
3000
но после вкарахме в играта молекулярната биология,
07:10
to figure out really what's the mechanism.
155
412000
2000
за да разберем точно какъв е механизмът.
07:12
And what we found -- so this is now supposed to be, again, my bacterial cell --
156
414000
4000
Това което открихме -- това отново се предполага, че е една бактерия --
07:16
is that Vibrio fischeri has a protein --
157
418000
2000
е, че Vibrio fischeri има един протеин --
07:18
that's the red box -- it's an enzyme that makes
158
420000
3000
червената кутийка -- той е ензим, който произвежда
07:21
that little hormone molecule, the red triangle.
159
423000
3000
тази малка хормонална молекула -- червеният триъгълник.
07:24
And then as the cells grow, they're all releasing that molecule
160
426000
2000
И така, докато клетките растат, всички те отделят тази молекула
07:26
into the environment, so there's lots of molecule there.
161
428000
3000
в околното си пространство, така че там има много молекули.
07:29
And the bacteria also have a receptor on their cell surface
162
431000
4000
Освен това бактериите имат рецептор на клетъчната си стена,
07:33
that fits like a lock and key with that molecule.
163
435000
3000
който работи с тази молекула, като ключ с ключалка.
07:36
These are just like the receptors on the surfaces of your cells.
164
438000
3000
Те са също като рецепторите по повърхността на вашите клетки.
07:39
When the molecule increases to a certain amount --
165
441000
3000
Когато молекулата постигне определена наситеност,
07:42
which says something about the number of cells --
166
444000
2000
която е показателна за броя на клетките,
07:44
it locks down into that receptor
167
446000
2000
тя се заключва в рецептора и
07:46
and information comes into the cells
168
448000
2000
в клетката постъпва информация,
07:48
that tells the cells to turn on
169
450000
2000
която й казва да активира
07:50
this collective behavior of making light.
170
452000
3000
груповото поведение за излъчване на светлина.
07:53
Why this is interesting is because in the past decade
171
455000
3000
Това е интересно защото в последното десетилетие
07:56
we have found that this is not just some anomaly
172
458000
2000
открихме, че това не е просто някаква аномалия
07:58
of this ridiculous, glow-in-the-dark bacterium that lives in the ocean --
173
460000
3000
при тази щура светеща бактерия, която живее в океана --
08:01
all bacteria have systems like this.
174
463000
3000
всички бактерии имат такива системи.
08:04
So now what we understand is that all bacteria can talk to each other.
175
466000
3000
Това, което научихме е, че всички бактерии разговарят помежду си.
08:07
They make chemical words, they recognize those words,
176
469000
3000
Те произвеждат химически думи, разбират ги и
08:10
and they turn on group behaviors
177
472000
2000
така активират групови поведения,
08:12
that are only successful when all of the cells participate in unison.
178
474000
5000
които са успешни само, ако всички клетки участват в унисон.
08:17
We have a fancy name for this: we call it quorum sensing.
179
479000
3000
Измислихме и засукано име за това, наричаме го усет за кворум.
08:20
They vote with these chemical votes,
180
482000
2000
Те гласуват с техните химически бюлетини,
08:22
the vote gets counted, and then everybody responds to the vote.
181
484000
4000
бюлетините се преброяват и после всички реагират на резултатите.
08:26
What's important for today's talk
182
488000
2000
Това, което е важно за днешната лекция е,
08:28
is that we know that there are hundreds of behaviors
183
490000
2000
че ние знаем за стотици такива поведения,
08:30
that bacteria carry out in these collective fashions.
184
492000
3000
които бактериите практикуват колективно.
08:33
But the one that's probably the most important to you is virulence.
185
495000
3000
Но вероятно най-важното за вас е вирулентността.
08:36
It's not like a couple bacteria get in you
186
498000
3000
Не е като няколко бактерии да могат да проникнат във вас
08:39
and they start secreting some toxins --
187
501000
2000
и просто да започнат да отделят токсини --
08:41
you're enormous, that would have no effect on you. You're huge.
188
503000
3000
вие сте грамадни, това не би имало никакъв ефект върху вас. Вие сте огромни.
08:44
What they do, we now understand,
189
506000
3000
Това което те правят, както сега разбираме, е --
08:47
is they get in you, they wait, they start growing,
190
509000
3000
влизат, чакат, растат,
08:50
they count themselves with these little molecules,
191
512000
2000
преброяват се с помощта на тези малки молекули
08:52
and they recognize when they have the right cell number
192
514000
2000
и разбират кога са достигнали критичния брой клетки,
08:54
that if all of the bacteria launch their virulence attack together,
193
516000
4000
който ще им позволи, при синхронна атака,
08:58
they are going to be successful at overcoming an enormous host.
194
520000
4000
да успеят да победят един огромен приемник.
09:02
Bacteria always control pathogenicity with quorum sensing.
195
524000
4000
Бактериите винаги контролират болестотворните си атаки чрез усета за кворума.
09:06
That's how it works.
196
528000
2000
Така работят.
09:08
We also then went to look at what are these molecules --
197
530000
3000
После започнахме да вглеждаме какви са тези молекули --
09:11
these were the red triangles on my slides before.
198
533000
3000
малките червени триъгълничета, които видяхте.
09:14
This is the Vibrio fischeri molecule.
199
536000
2000
Това е молекулата, която се използва от Vibrio fischeri.
09:16
This is the word that it talks with.
200
538000
2000
Това е думата, с която те си говорят.
09:18
So then we started to look at other bacteria,
201
540000
2000
После започнахме да проверяваме и другите бактерии
09:20
and these are just a smattering of the molecules that we've discovered.
202
542000
3000
и това са просто няколко примера от многото, които открихме.
09:23
What I hope you can see
203
545000
2000
Това което се надявам, че забелязвате,
09:25
is that the molecules are related.
204
547000
2000
че всички тези молекули са близки.
09:27
The left-hand part of the molecule is identical
205
549000
2000
Лявата им част е една и съща
09:29
in every single species of bacteria.
206
551000
3000
при всички видове бактерии.
09:32
But the right-hand part of the molecule is a little bit different in every single species.
207
554000
4000
Дясната обаче е леко различна при всеки вид.
09:36
What that does is to confer
208
558000
2000
По този начин тези езици
09:38
exquisite species specificities to these languages.
209
560000
4000
получават изключителност за всеки вид.
09:42
Each molecule fits into its partner receptor and no other.
210
564000
4000
Всяка молекула заключва рецептора само на партньор и на никой друг.
09:46
So these are private, secret conversations.
211
568000
3000
Това са частни, тайни разговори.
09:49
These conversations are for intraspecies communication.
212
571000
4000
Тези разговори са само за вътрешновидови съобщения.
09:53
Each bacteria uses a particular molecule that's its language
213
575000
4000
Всяка бактерия използва специална молекула за свой език,
09:57
that allows it to count its own siblings.
214
579000
4000
която й позволява да преброи посестримите си.
10:01
Once we got that far we thought
215
583000
2000
Когато стигнахме дотук, мислехме
10:03
we were starting to understand that bacteria have these social behaviors.
216
585000
3000
че започваме да разбираме, че бактериите имат социално поведение.
10:06
But what we were really thinking about is that most of the time
217
588000
3000
Но това, което наистина ни накара да се замислим бе, че през повечето време
10:09
bacteria don't live by themselves, they live in incredible mixtures,
218
591000
3000
бактериите не живеят сами, те обитават невероятен миш-маш,
10:12
with hundreds or thousands of other species of bacteria.
219
594000
4000
в който има стотици или хиляди други видове бактерии.
10:16
And that's depicted on this slide. This is your skin.
220
598000
3000
Това се вижда на тази снимка. Това е вашата кожа.
10:19
So this is just a picture -- a micrograph of your skin.
221
601000
3000
Та, това е просто една снимка -- микроснимка на вашата кожа.
10:22
Anywhere on your body, it looks pretty much like this,
222
604000
2000
Навсякъде по тялото ви, нещата изглеждат в общи линии така,
10:24
and what I hope you can see is that there's all kinds of bacteria there.
223
606000
4000
надявам се виждате, че има какви ли не бактерии.
10:28
And so we started to think if this really is about communication in bacteria,
224
610000
4000
И така стигнахме до мисълта, че, ако целта е да си говорят
10:32
and it's about counting your neighbors,
225
614000
2000
и да броят съседите си,
10:34
it's not enough to be able to only talk within your species.
226
616000
3000
не е достатъчно да можеш да говориш само в рамките на вида си.
10:37
There has to be a way to take a census
227
619000
2000
Трябва да има начин да преброиш
10:39
of the rest of the bacteria in the population.
228
621000
3000
и останалите бактерии.
10:42
So we went back to molecular biology
229
624000
2000
И така се върнахме към молекулярната биология
10:44
and started studying different bacteria,
230
626000
2000
и започнахме да изучаваме различни бактерии
10:46
and what we've found now is that
231
628000
2000
и това, което открихме е, че
10:48
in fact, bacteria are multilingual.
232
630000
2000
всъщност бактериите говорят повече от един език.
10:50
They all have a species-specific system --
233
632000
3000
Всички имат специална система за вида си --
10:53
they have a molecule that says "me."
234
635000
2000
молекула, която казва "аз".
10:55
But then, running in parallel to that is a second system
235
637000
3000
Но в същото време имат и втора система,
10:58
that we've discovered, that's generic.
236
640000
2000
която открихме, която е обща за всички.
11:00
So, they have a second enzyme that makes a second signal
237
642000
3000
Имат втори ензим, който произвежда втори сигнал,
11:03
and it has its own receptor,
238
645000
2000
който си има собствен рецептор
11:05
and this molecule is the trade language of bacteria.
239
647000
3000
и тази молекула е търговският език на бактериите.
11:08
It's used by all different bacteria
240
650000
2000
Използва се от всички видове бактерии
11:10
and it's the language of interspecies communication.
241
652000
4000
и е езикът на междувидовите съобщения.
11:14
What happens is that bacteria are able to count
242
656000
3000
Така че бактериите могат да преброят
11:17
how many of me and how many of you.
243
659000
3000
колко има като мен и колко има от останалите.
11:20
They take that information inside,
244
662000
2000
Те възприемат тази информация
11:22
and they decide what tasks to carry out
245
664000
2000
и така решават какви действия да предприемат,
11:24
depending on who's in the minority and who's in the majority
246
666000
4000
според това кой е в малцинство и кой в мнозинство
11:28
of any given population.
247
670000
2000
в което и да е население.
11:30
Then again we turn to chemistry,
248
672000
2000
После отново се обърнахме към химията
11:32
and we figured out what this generic molecule is --
249
674000
3000
и разбрахме коя е общата молекула --
11:35
that was the pink ovals on my last slide, this is it.
250
677000
3000
това бяха розовите елипси от последния ми слайд, това е.
11:38
It's a very small, five-carbon molecule.
251
680000
2000
Това е една много малка петвъглеродна молекула.
11:40
What the important thing is that we learned
252
682000
3000
Важното нещо, което научихме е,
11:43
is that every bacterium has exactly the same enzyme
253
685000
3000
че всяка бактерия има абсолютно същия ензим
11:46
and makes exactly the same molecule.
254
688000
2000
и произвежда абсолютно същата молекула.
11:48
So they're all using this molecule
255
690000
2000
Така че всички произвеждат точно тази молекула
11:50
for interspecies communication.
256
692000
2000
за междувидови съобщения.
11:52
This is the bacterial Esperanto.
257
694000
3000
Това е Есперантото на бактериите.
11:55
(Laughter)
258
697000
1000
(Смях в залата)
11:56
Once we got that far, we started to learn
259
698000
2000
Когато стигнахме дотук, започнахме да разбираме,
11:58
that bacteria can talk to each other with this chemical language.
260
700000
3000
че бактериите си говорят чрез този химически език.
12:01
But what we started to think is that maybe there is something
261
703000
2000
Но се замислихме, дали не можем
12:03
practical that we can do here as well.
262
705000
2000
да извлечем нещо полезно от това откритие.
12:05
I've told you that bacteria do have all these social behaviors,
263
707000
3000
Вече ви казах, че бактериите имат разни социални поведения
12:08
they communicate with these molecules.
264
710000
3000
те комуникират с тези молекули.
12:11
Of course, I've also told you that one of the important things they do
265
713000
3000
Също така ви казах, че едно от важните неща, които правят
12:14
is to initiate pathogenicity using quorum sensing.
266
716000
3000
е да активират болестотворните си атаки чрез усета за кворум.
12:17
We thought, what if we made these bacteria
267
719000
2000
Замислихме се, ами ако направим тези бактерии,
12:19
so they can't talk or they can't hear?
268
721000
3000
така че да не могат да говорят или да чуват?
12:22
Couldn't these be new kinds of antibiotics?
269
724000
3000
Дали това биха били нови видове антибиотици?
12:25
Of course, you've just heard and you already know
270
727000
2000
Разбира се, вие току-що сте чули и вие вече знаете,
12:27
that we're running out of antibiotics.
271
729000
2000
че антибиотиците са на изчерпване.
12:29
Bacteria are incredibly multi-drug-resistant right now,
272
731000
3000
Бактериите точно сега са невероятно устойчиви към много препарати
12:32
and that's because all of the antibiotics that we use kill bacteria.
273
734000
4000
и това е, защото всички антибиотици, които използваме убиват бактерии.
12:36
They either pop the bacterial membrane,
274
738000
2000
Те или пукат бактериалната мембрана,
12:38
they make the bacterium so it can't replicate its DNA.
275
740000
3000
правят така, че бактерията да не може да копира ДНК-то си.
12:41
We kill bacteria with traditional antibiotics
276
743000
3000
С традиционните антибиотици убиваме бактериите
12:44
and that selects for resistant mutants.
277
746000
2000
и това избира резистентните мутанти.
12:46
And so now of course we have this global problem
278
748000
3000
И така сега разбира се имаме този глобален проблем
12:49
in infectious diseases.
279
751000
2000
с инфекциозните болести.
12:51
We thought, well what if we could sort of do behavior modifications,
280
753000
3000
Замислихме се, ами ако можем да направим някакси поведенчески корекции,
12:54
just make these bacteria so they can't talk, they can't count,
281
756000
3000
просто да направим тези бактерии така че да не могат да говорят, и да броят
12:57
and they don't know to launch virulence.
282
759000
3000
и да не могат да знаят да започнат атака.
13:00
And so that's exactly what we've done, and we've sort of taken two strategies.
283
762000
3000
И точно това направихме, използвайки две стратегии.
13:03
The first one is we've targeted
284
765000
2000
Първата е да се прицелим в
13:05
the intraspecies communication system.
285
767000
3000
междувидовите съобщения.
13:08
So we made molecules that look kind of like the real molecules --
286
770000
3000
Направихме молекули, които изглеждат доста като истинските,
13:11
which you saw -- but they're a little bit different.
287
773000
2000
които видяхте, но те са малко различни.
13:13
And so they lock into those receptors,
288
775000
2000
И така, те заключват рецепторите
13:15
and they jam recognition of the real thing.
289
777000
3000
и заглушават приема на истинската молекула.
13:18
By targeting the red system,
290
780000
2000
Целейки се върху червената система,
13:20
what we are able to do is to make
291
782000
2000
това, което можем да направим са молекули, които
13:22
species-specific, or disease-specific, anti-quorum sensing molecules.
292
784000
5000
пречат на усета за кворум, специфични за вида или за болестта.
13:27
We've also done the same thing with the pink system.
293
789000
3000
Същото направихме и с розовата система.
13:30
We've taken that universal molecule and turned it around a little bit
294
792000
3000
Взехме универсалната молекула и си поиграхме с нея,
13:33
so that we've made antagonists
295
795000
2000
така че направихме антагонисти на
13:35
of the interspecies communication system.
296
797000
2000
междувидовата комуникационна система.
13:37
The hope is that these will be used as broad-spectrum antibiotics
297
799000
5000
Надеждата е, че тези ще използваме като широкоспектърни антибиотици,
13:42
that work against all bacteria.
298
804000
2000
които работят срещу всички бактерии.
13:44
To finish I'll just show you the strategy.
299
806000
3000
За финал просто ще ви покажа стратегията.
13:47
In this one I'm just using the interspecies molecule,
300
809000
2000
В този пример използвам междувидовата молекула,
13:49
but the logic is exactly the same.
301
811000
2000
но логиката е абсолютно същата.
13:51
What you know is that when that bacterium gets into the animal,
302
813000
3000
Това, което знаете е, че когато една бактерия проникне в животното,
13:54
in this case, a mouse,
303
816000
2000
в този случай -- мишка,
13:56
it doesn't initiate virulence right away.
304
818000
2000
тя не започва да го заразява веднага.
13:58
It gets in, it starts growing, it starts secreting
305
820000
3000
Влиза, започва да расте, отделя своите
14:01
its quorum sensing molecules.
306
823000
2000
молекули за усет на кворум.
14:03
It recognizes when it has enough bacteria
307
825000
2000
Разбира кога има достатъчно бактерии,
14:05
that now they're going to launch their attack,
308
827000
2000
и сега вече започват да атакуват,
14:07
and the animal dies.
309
829000
2000
и животното умира.
14:09
What we've been able to do is to give these virulent infections,
310
831000
3000
Това, което постигнахме е, да заразим животното,
14:12
but we give them in conjunction with our anti-quorum sensing molecules --
311
834000
4000
но същевременно да му дадем и молекули срещу усета за кворума --
14:16
so these are molecules that look kind of like the real thing,
312
838000
2000
молекули, които приличат на истинската,
14:18
but they're a little bit different which I've depicted on this slide.
313
840000
3000
но са малко различни, както виждате на илюстрацията.
14:21
What we now know is that if we treat the animal
314
843000
3000
Това, което открихме е, че ако дадем на животното
14:24
with a pathogenic bacterium -- a multi-drug-resistant pathogenic bacterium --
315
846000
4000
болестотворна бактерия, която е резистентна към други лекарства,
14:28
in the same time we give our anti-quorum sensing molecule,
316
850000
4000
но в същото време му дадем и от молекулите, които пречат на кворума,
14:32
in fact, the animal lives.
317
854000
2000
всъщност, животното оцелява.
14:34
We think that this is the next generation of antibiotics
318
856000
4000
Мислим, че това е следващото поколение антибиотици,
14:38
and it's going to get us around, at least initially,
319
860000
2000
което ще ни помогне да заобиколим, поне за известно време,
14:40
this big problem of resistance.
320
862000
2000
този голям проблем с устойчивостта.
14:42
What I hope you think, is that bacteria can talk to each other,
321
864000
3000
Надявам се, че вече разбирате, че бактериите си говорят,
14:45
they use chemicals as their words,
322
867000
3000
че използват химикали вместо думи,
14:48
they have an incredibly complicated chemical lexicon
323
870000
3000
и че имат невероятно сложен химически речник,
14:51
that we're just now starting to learn about.
324
873000
2000
за който тепърва започваме да учим.
14:53
Of course what that allows bacteria to do
325
875000
3000
Разбира се, това всъщност позволява на бактериите
14:56
is to be multicellular.
326
878000
2000
да бъдат многоклетъчни.
14:58
So in the spirit of TED they're doing things together
327
880000
3000
И така, в духа на TED, те правят нещата заедно,
15:01
because it makes a difference.
328
883000
2000
защото съединението прави силата.
15:03
What happens is that bacteria have these collective behaviors,
329
885000
4000
Това означава, че бактериите имат групово поведение,
15:07
and they can carry out tasks
330
889000
2000
и така могат да постигнат цели,
15:09
that they could never accomplish
331
891000
2000
които биха били непостижими,
15:11
if they simply acted as individuals.
332
893000
2000
ако действаха поединично.
15:13
What I would hope that I could further argue to you
333
895000
3000
Надявам се, че мога също така да ви убедя,
15:16
is that this is the invention of multicellularity.
334
898000
3000
че това е изобретяването на многоклетъчността.
15:19
Bacteria have been on the Earth for billions of years;
335
901000
4000
Бактериите са на Земята от милиарди години.
15:23
humans, couple hundred thousand.
336
905000
2000
Хората -- от няколко стотин хиляди.
15:25
We think bacteria made the rules
337
907000
2000
Ние мислим, че бактериите са написали правилата
15:27
for how multicellular organization works.
338
909000
3000
за работата на многоклетъчните организации.
15:30
We think, by studying bacteria,
339
912000
3000
Мислим, че като изучаваме бактериите,
15:33
we're going to be able to have insight about multicellularity in the human body.
340
915000
4000
ще научим много нови неща за многоклетъчността на човешкото тяло.
15:37
We know that the principles and the rules,
341
919000
2000
Знаем, че принципите и правилата,
15:39
if we can figure them out in these sort of primitive organisms,
342
921000
2000
ако можем да ги разберем, в тези донякъде примитивни организми,
15:41
the hope is that they will be applied
343
923000
2000
надеждата е, че те ще се приложат
15:43
to other human diseases and human behaviors as well.
344
925000
4000
и към други човешки болести и поведения.
15:47
I hope that what you've learned
345
929000
2000
Надявам се още, че сте научили, че
15:49
is that bacteria can distinguish self from other.
346
931000
3000
бактериите могат да различават себе си от останалите.
15:52
By using these two molecules they can say "me" and they can say "you."
347
934000
3000
Чрез тези две молекули те могат да казват "аз" и "ти".
15:55
Again of course that's what we do,
348
937000
2000
Отново, разбира се, това го правим и ние,
15:57
both in a molecular way,
349
939000
2000
както на молекулярно ниво,
15:59
and also in an outward way,
350
941000
2000
така и на повърхността,
16:01
but I think about the molecular stuff.
351
943000
2000
но аз мисля главно за молекулярните неща.
16:03
This is exactly what happens in your body.
352
945000
2000
Точно това се случва в телата ни.
16:05
It's not like your heart cells and your kidney cells get all mixed up every day,
353
947000
3000
Не е като клетките на сърцето и клетките на бъбреците да се омешват всеки ден,
16:08
and that's because there's all of this chemistry going on,
354
950000
3000
и това е благодарение на всичката химия, която се случва,
16:11
these molecules that say who each of these groups of cells is,
355
953000
3000
тези молекули, които казват коя е всяка от тези групи клетки
16:14
and what their tasks should be.
356
956000
2000
и какви трябва да са нейните задачи.
16:16
Again, we think that bacteria invented that,
357
958000
3000
Отново, ние мислим, че това е откритие на бактериите
16:19
and you've just evolved a few more bells and whistles,
358
961000
3000
а вие просто сте еволюирали няколко префърцунени допълнителни функции,
16:22
but all of the ideas are in these simple systems that we can study.
359
964000
4000
но всички основни идеи са в тези прости системи, които можем да изучаваме.
16:26
The final thing is, again just to reiterate that there's this practical part,
360
968000
4000
И накрая, нека отново повторя, че има и нещо полезно,
16:30
and so we've made these anti-quorum sensing molecules
361
972000
3000
че сме сглобили тези молекули, които пречат на усета за кворум,
16:33
that are being developed as new kinds of therapeutics.
362
975000
3000
които се развиват като ново поколение терапия.
16:36
But then, to finish with a plug for all the good and miraculous bacteria
363
978000
3000
Но, за да завърша с малко реклама за добрите и чудотворни бактерии,
16:39
that live on the Earth,
364
981000
2000
които обитават Земята,
16:41
we've also made pro-quorum sensing molecules.
365
983000
2000
ние също направихме и молекули, които помагат за постигането на кворум.
16:43
So, we've targeted those systems to make the molecules work better.
366
985000
3000
Концентрирахме се върху тези системи, за да накараме молекулите да работят по-добре.
16:46
Remember you have these 10 times or more bacterial cells
367
988000
4000
Спомнете си, че имате 10 пъти повече бактериални клетки
16:50
in you or on you, keeping you healthy.
368
992000
2000
вътре във вас или върху вас, които поддържат здравето ви.
16:52
What we're also trying to do is to beef up the conversation
369
994000
3000
Това, което се опитваме да направим е да подсилим разговора
16:55
of the bacteria that live as mutualists with you,
370
997000
3000
на бактериите, които живеят в симбиоза с вас,
16:58
in the hopes of making you more healthy,
371
1000000
2000
с надеждата да ви направим по-здрави,
17:00
making those conversations better,
372
1002000
2000
да подобрим тези разговори,
17:02
so bacteria can do things that we want them to do
373
1004000
3000
така че бактериите да могат да правят нещата, които искаме от тях
17:05
better than they would be on their own.
374
1007000
3000
по-добре, отколкото биха могли без нашата помощ.
17:08
Finally, I wanted to show you
375
1010000
2000
И накрая искам да ви покажа,
17:10
this is my gang at Princeton, New Jersey.
376
1012000
2000
това е моята банда в Принстън, Ню Джързи.
17:12
Everything I told you about was discovered by someone in that picture.
377
1014000
4000
Всичко, за което ви разказах е откритие на някой от тях.
17:16
I hope when you learn things,
378
1018000
2000
Надявам се като учите неща,
17:18
like about how the natural world works --
379
1020000
2000
като например как работи природата --
17:20
I just want to say that whenever you read something in the newspaper
380
1022000
3000
искам само да кажа, че всеки път като прочетете нещо във вестника
17:23
or you get to hear some talk about something ridiculous in the natural world
381
1025000
3000
или чуете някоя лекция за ново щуро откритие,
17:26
it was done by a child.
382
1028000
2000
това е постигнато от дете.
17:28
Science is done by that demographic.
383
1030000
2000
Науката се развива от тази възрастова група.
17:30
All of those people are between 20 and 30 years old,
384
1032000
4000
Всички тези хора са между 20 и 30-годишни
17:34
and they are the engine that drives scientific discovery in this country.
385
1036000
4000
и те са двигателят на научните открития в тази държава.
17:38
It's a really lucky demographic to work with.
386
1040000
3000
Това е една чудесна възрастова група за работа.
17:41
I keep getting older and older and they're always the same age,
387
1043000
3000
Аз ставам все по-възрастна, а те са винаги на тази възраст
17:44
and it's just a crazy delightful job.
388
1046000
3000
и това е просто една невероятно приятна работа.
17:47
I want to thank you for inviting me here.
389
1049000
2000
Благодаря ви, че ме поканихте тук.
17:49
It's a big treat for me to get to come to this conference.
390
1051000
3000
За мен е голямо удоволствие да бъда на тази конференция.
17:52
(Applause)
391
1054000
5000
(Аплодисменти)
17:57
Thanks.
392
1059000
1000
Благодаря.
17:58
(Applause)
393
1060000
14000
(Аплодисменти)
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