TED2009
Bonnie Bassler: How bacteria "talk"
Bonnie Bassler o tom, jak bakterie komunikují
Filmed:
Readability: 4
2,683,171 views
Bonnie Bassler objevila, že bakterie spolu "mluví" za použití chemického jazyka, díky kterému mohou koordinovat svou defenzívu a zahajovat útoky. Tento objev má nezměrné důsledky pro medicínu, průmysl a také pro pochopení nás samých.
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
Bakterie jsou nejstarší žijící organizmy na Zemi.
00:21
They've been here for billions of years,
1
3000
2000
Jsou tu už miliardy let
00:23
and what they are are single-celled microscopic organisms.
2
5000
4000
a vlastně jsou to jednobuněčné mikroskopické organizmy.
00:27
So they are one cell and they have this special property
3
9000
3000
Jsou tedy tvořeny jednou buňkou, která má zvláštní vlastnost,
00:30
that they only have one piece of DNA.
4
12000
2000
má pouze jednu molekulu DNA.
00:32
They have very few genes,
5
14000
2000
Mají velmi málo genů
00:34
and genetic information to encode all of the traits that they carry out.
6
16000
4000
a genetické informace, do které musí zakódovat všechny svoje vnější znaky.
00:38
And the way bacteria make a living
7
20000
2000
Bakterie přežívají tím způsobem,
00:40
is that they consume nutrients from the environment,
8
22000
3000
že konzumují živiny ze svého prostředí,
00:43
they grow to twice their size, they cut themselves down in the middle,
9
25000
3000
dorostou do dvojnásobku své velikosti, rozpůlí se
00:46
and one cell becomes two, and so on and so on.
10
28000
3000
a jedna buňka se stane dvěma a tak dále.
00:49
They just grow and divide, and grow and divide -- so a kind of boring life,
11
31000
4000
Takže rostou a množí se a rostou a množí se - trochu nudný život,
00:53
except that what I would argue is that you have
12
35000
2000
ale chci poukázat na to,
00:55
an amazing interaction with these critters.
13
37000
3000
že tyhle příšerky spolu úžasně interagují.
00:58
I know you guys think of yourself as humans, and this is sort of how I think of you.
14
40000
3000
Chápu, že vy se považujete za lidi a já vás za ně víceméně taky považuji.
01:01
This man is supposed to represent
15
43000
2000
Tento člověk by měl představovat
01:03
a generic human being,
16
45000
2000
obecnou lidskou bytost
01:05
and all of the circles in that man are all of the cells that make up your body.
17
47000
4000
a všechny ty kolečka v tom člověku jsou buňky, které tvoří vaše tělo.
01:09
There is about a trillion human cells that make each one of us
18
51000
3000
V každém z nás je zhruba bilión buněk, které dělají z každého z nás to,
01:12
who we are and able to do all the things that we do,
19
54000
3000
čím jsme a umožňují nám dělat všechny ty věci, které děláme,
01:15
but you have 10 trillion bacterial cells
20
57000
3000
ale pak je tu 10 biliónů bakteriálních buněk
01:18
in you or on you at any moment in your life.
21
60000
2000
ve vás nebo na vás v každém okamžiku vašeho života.
01:20
So, 10 times more bacterial cells
22
62000
2000
Takže desetkrát více bakteriálních buněk
01:22
than human cells on a human being.
23
64000
3000
než lidských buněk na lidské bytosti.
01:25
And of course it's the DNA that counts,
24
67000
2000
A samozřejmě důležitá je hlavně DNA,
01:27
so here's all the A, T, Gs and Cs
25
69000
2000
takže tady jsou všechny ty A, T, G a C,
01:29
that make up your genetic code, and give you all your charming characteristics.
26
71000
3000
které tvoří váš genetický kód a dávají vám vaše okouzlující charakteristiky.
01:32
You have about 30,000 genes.
27
74000
2000
Máte kolem 30 000 genů.
01:34
Well it turns out you have 100 times more bacterial genes
28
76000
3000
Jenže se ukazuje, že máte stokrát více bakteriálních genů,
01:37
playing a role in you or on you all of your life.
29
79000
4000
které hrají roli ve vás nebo na vás po celý váš život.
01:41
At the best, you're 10 percent human,
30
83000
3000
Jste přinejlepším z 10% člověk,
01:44
but more likely about one percent human,
31
86000
2000
ale spíše jenom jednoprocentní člověk,
01:46
depending on which of these metrics you like.
32
88000
2000
v závislosti na tom, který z těchto poměrů se vám líbí.
01:48
I know you think of yourself as human beings,
33
90000
2000
Vím, že se považujete za lidské bytosti,
01:50
but I think of you as 90 or 99 percent bacterial.
34
92000
4000
ale já vás považuji za z 90 až 99 procent bakterie.
01:54
(Laughter)
35
96000
1000
(Smích)
01:55
These bacteria are not passive riders,
36
97000
3000
Tyto bakterie nejsou jen pasivní pasažéři,
01:58
these are incredibly important, they keep us alive.
37
100000
3000
jsou neskutečně důležité, udržují nás při životě.
02:01
They cover us in an invisible body armor
38
103000
3000
Vytváří na našem těle neviditelné brnění,
02:04
that keeps environmental insults out
39
106000
2000
které nás chrání před vnějším prostředím,
02:06
so that we stay healthy.
40
108000
2000
takže zůstaneme zdraví.
02:08
They digest our food, they make our vitamins,
41
110000
2000
Tráví naše jídlo, produkují naše vitamíny,
02:10
they actually educate your immune system
42
112000
2000
dokonce učí náš imunitní systém,
02:12
to keep bad microbes out.
43
114000
2000
jak se bránit proti škodlivým mikrobům.
02:14
So they do all these amazing things
44
116000
2000
Takže dělají všechny tyto úžasné věci,
02:16
that help us and are vital for keeping us alive,
45
118000
4000
které nám pomáhají a jsou nezbytné pro náš život,
02:20
and they never get any press for that.
46
122000
2000
a nikdy se za to nedostanou do novin.
02:22
But they get a lot of press because they do a lot of
47
124000
2000
Ale ví se o nich, protože dělají také hodně
02:24
terrible things as well.
48
126000
2000
špatných věcí.
02:26
So, there's all kinds of bacteria on the Earth
49
128000
3000
Na světě je spousta druhů bakterií,
02:29
that have no business being in you or on you at any time,
50
131000
3000
které nemají co dělat ve vás nebo na vás
02:32
and if they are, they make you incredibly sick.
51
134000
4000
a když vás napadnou, budete velmi nemocní.
02:36
And so, the question for my lab is whether you want to think about all the
52
138000
3000
No a otázka pro moji laboratoř je, jestli chcete myslet na všechny ty
02:39
good things that bacteria do, or all the bad things that bacteria do.
53
141000
4000
dobré věci, které bakterie dělají, nebo na ty špatné věci.
02:43
The question we had is how could they do anything at all?
54
145000
2000
Otázka, kterou jsme si položili, je jak můžou vůbec něco dělat?
02:45
I mean they're incredibly small,
55
147000
2000
Vždyť jsou neuvěřitelně malé,
02:47
you have to have a microscope to see one.
56
149000
2000
musíte si vzít mikroskop, aby jste je viděli.
02:49
They live this sort of boring life where they grow and divide,
57
151000
3000
Žijí takový nudný život, jenom rostou a dělí se,
02:52
and they've always been considered to be these asocial reclusive organisms.
58
154000
5000
a byly vždycky považovány za takové asociální samotářské organismy.
02:57
And so it seemed to us that they are just too small to have an impact
59
159000
3000
A tak jsme si mysleli, že jsou příliš malé, aby mohly mít význam
03:00
on the environment
60
162000
2000
na své prostředí,
03:02
if they simply act as individuals.
61
164000
2000
pokud by jednaly jen individuálně.
03:04
And so we wanted to think if there couldn't be a different
62
166000
2000
A tak jsme se začali zajímat, jestli neexistuje jiný
03:06
way that bacteria live.
63
168000
2000
způsob, kterým bakterie žijí.
03:08
The clue to this came from another marine bacterium,
64
170000
4000
Odpověď přišla od jedné mořské bakterie,
03:12
and it's a bacterium called Vibrio fischeri.
65
174000
3000
která se nazývá Vibrio fischeri.
03:15
What you're looking at on this slide is just a person from my lab
66
177000
3000
Teď se díváte na člověka z mé laboratoře,
03:18
holding a flask of a liquid culture of a bacterium,
67
180000
3000
který drží baňku tekuté kultury
03:21
a harmless beautiful bacterium that comes from the ocean,
68
183000
3000
neškodné krásné bakterie, která pochází z oceánu,
03:24
named Vibrio fischeri.
69
186000
2000
a nazývá se Vibrio fischeri.
03:26
This bacterium has the special property that it makes light,
70
188000
3000
Tato bakterie má speciální vlastnost, vyzařuje světlo,
03:29
so it makes bioluminescence,
71
191000
2000
takže vytváří bioluminiscenci,
03:31
like fireflies make light.
72
193000
2000
stejně jako světlušky.
03:33
We're not doing anything to the cells here.
73
195000
2000
Nic tady s těmi buňkami neděláme.
03:35
We just took the picture by turning the lights off in the room,
74
197000
2000
Jen jsme v místnosti zhasli a vyfotili jsme je
03:37
and this is what we see.
75
199000
2000
a tohle jsme viděli.
03:39
What was actually interesting to us
76
201000
2000
Nebylo pro nás ale zajímavé,
03:41
was not that the bacteria made light,
77
203000
2000
že bakterie svítí,
03:43
but when the bacteria made light.
78
205000
2000
ale kdy ty bakterie svítí.
03:45
What we noticed is when the bacteria were alone,
79
207000
3000
Zjistili jsme, že když je bakterie sama,
03:48
so when they were in dilute suspension, they made no light.
80
210000
3000
takže když je ve zředěné suspenzi, tak nezáří.
03:51
But when they grew to a certain cell number
81
213000
2000
Ale když dosáhly určitého buněčného počtu,
03:53
all the bacteria turned on light simultaneously.
82
215000
4000
všechny bakterie se rozzářily ve stejný okamžik.
03:57
The question that we had is how can bacteria, these primitive organisms,
83
219000
4000
Otázka byla, jak mohou bakterie, tyhle primitivní organismy,
04:01
tell the difference from times when they're alone,
84
223000
2000
rozpoznat, kdy jsou samy
04:03
and times when they're in a community,
85
225000
2000
a kdy mají společnost
04:05
and then all do something together.
86
227000
3000
a potom něco udělat všechny dohromady.
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
Zjistili jsme, že to dělají tak, že spolu mluví,
04:12
and they talk with a chemical language.
88
234000
2000
mluví spolu chemickým jazykem.
04:14
This is now supposed to be my bacterial cell.
89
236000
3000
Tohle představuje moji bakteriální buňku.
04:17
When it's alone it doesn't make any light.
90
239000
3000
Když je sama, tak nesvítí.
04:20
But what it does do is to make and secrete small molecules
91
242000
4000
Ale vytváří a vylučuje malé molekuly,
04:24
that you can think of like hormones,
92
246000
2000
které si můžete představit jako hormony,
04:26
and these are the red triangles, and when the bacteria is alone
93
248000
3000
a to jsou tyto červené trojúhelníky. Když je bakterie sama,
04:29
the molecules just float away and so no light.
94
251000
3000
ty molekuly jen odplavou a světlo není.
04:32
But when the bacteria grow and double
95
254000
2000
Ale když bakterie rostou a dělí se
04:34
and they're all participating in making these molecules,
96
256000
3000
a všechny se podílejí na vytváření těchto molekul,
04:37
the molecule -- the extracellular amount of that molecule
97
259000
4000
ta molekula - mimobuněčné množství té molekuly
04:41
increases in proportion to cell number.
98
263000
3000
roste spolu s počtem buněk.
04:44
And when the molecule hits a certain amount
99
266000
2000
A když ta molekula nabude určitého množství,
04:46
that tells the bacteria how many neighbors there are,
100
268000
3000
které řekne té bakterii, kolik má sousedů,
04:49
they recognize that molecule
101
271000
2000
ona tu molekulu rozpozná
04:51
and all of the bacteria turn on light in synchrony.
102
273000
3000
a všechny bakterie začnou najednou svítit.
04:54
That's how bioluminescence works --
103
276000
2000
Tak funguje bioluminiscence -
04:56
they're talking with these chemical words.
104
278000
2000
všechny spolu mluví těmito chemickými slovy.
04:58
The reason that Vibrio fischeri is doing that comes from the biology.
105
280000
4000
Důvod, proč to Vibrio fischeri dělá, je biologický.
05:02
Again, another plug for the animals in the ocean,
106
284000
3000
Jenom malá reklama na zvířata v oceánu:
05:05
Vibrio fischeri lives in this squid.
107
287000
3000
Vibrio fischeri žije v jedné olihni.
05:08
What you are looking at is the Hawaiian Bobtail Squid,
108
290000
2000
Teď se právě díváte na sepiolu kropenatou,
05:10
and it's been turned on its back,
109
292000
2000
která byla otočena na záda,
05:12
and what I hope you can see are these two glowing lobes
110
294000
3000
a doufám, že vidíte ty dva zářící laloky,
05:15
and these house the Vibrio fischeri cells,
111
297000
3000
to jsou domovy buněk Vibrio fischeri.
05:18
they live in there, at high cell number
112
300000
2000
Žijí tam ve vysokých počtech,
05:20
that molecule is there, and they're making light.
113
302000
2000
ta molekula je tam taky a ony svítí.
05:22
The reason the squid is willing to put up with these shenanigans
114
304000
3000
Důvod proč ta oliheň takovou vylomeninu snáší,
05:25
is because it wants that light.
115
307000
2000
je, že chce právě to světlo.
05:27
The way that this symbiosis works
116
309000
2000
Způsob, jakým tahle symbióza funguje,
05:29
is that this little squid lives just off the coast of Hawaii,
117
311000
4000
je, že tahle malá oliheň žije u pobřeží Havaje,
05:33
just in sort of shallow knee-deep water.
118
315000
2000
jen v takové mělké vodě asi po kolena.
05:35
The squid is nocturnal, so during the day
119
317000
3000
Je to noční živočich, takže během dne
05:38
it buries itself in the sand and sleeps,
120
320000
2000
se zahrabe do písku a spí,
05:40
but then at night it has to come out to hunt.
121
322000
3000
ale potom během noci vyleze a loví.
05:43
On bright nights when there is lots of starlight or moonlight
122
325000
2000
Za jasných nocí, když je hodně světla z hvězd a měsíce,
05:45
that light can penetrate the depth of the water
123
327000
3000
to světlo pronikne skrz hloubku vody,
05:48
the squid lives in, since it's just in those couple feet of water.
124
330000
3000
ve které ta oliheň žije, protože je to jenom pár decimetrů vody.
05:51
What the squid has developed is a shutter
125
333000
3000
Ta oliheň vyvinula clonu,
05:54
that can open and close over this specialized light organ housing the bacteria.
126
336000
4000
která může zavřít a otevřít světelný orgán s bakteriemi.
05:58
Then it has detectors on its back
127
340000
2000
Potom má také detektory na zádech,
06:00
so it can sense how much starlight or moonlight is hitting its back.
128
342000
4000
takže umí vycítit kolik světla z hvězd a měsíce na ni dopadá.
06:04
And it opens and closes the shutter
129
346000
2000
A pak otvírá a zavírá tu clonu,
06:06
so the amount of light coming out of the bottom --
130
348000
2000
aby množství světla, které vychází ze spodu -
06:08
which is made by the bacterium --
131
350000
2000
které vyzařuje ta bakterie -
06:10
exactly matches how much light hits the squid's back,
132
352000
2000
přesně odpovídalo množství světla, které dopadá na záda té olihně,
06:12
so the squid doesn't make a shadow.
133
354000
2000
takže pak oliheň nevrhá žádný stín.
06:14
It actually uses the light from the bacteria
134
356000
3000
Používá vlastně světlo té bakterie,
06:17
to counter-illuminate itself in an anti-predation device
135
359000
3000
aby osvětlila sebe sama v obraně proti predátorům,
06:20
so predators can't see its shadow,
136
362000
2000
kteří neuvidí její stín
06:22
calculate its trajectory, and eat it.
137
364000
2000
a nemůžou tedy vypočítat její dráhu a sníst ji.
06:24
This is like the stealth bomber of the ocean.
138
366000
3000
Je jako neviditelný bombardér z oceánu.
06:27
(Laughter)
139
369000
1000
(Smích)
06:28
But then if you think about it, the squid has this terrible problem
140
370000
3000
Ale když se nad tím zamyslíte, tahle oliheň má velký problém,
06:31
because it's got this dying, thick culture of bacteria
141
373000
3000
protože má tuhle umírající, silnou kulturu bakterií,
06:34
and it can't sustain that.
142
376000
2000
a nemůže ji udržet.
06:36
And so what happens is every morning when the sun comes up
143
378000
2000
Takže každé ráno, když vychází slunce,
06:38
the squid goes back to sleep, it buries itself in the sand,
144
380000
3000
jde oliheň spát, zahrabe se do písku,
06:41
and it's got a pump that's attached to its circadian rhythm,
145
383000
3000
a pumpou, která je napojená na její cirkadiánní rytmus,
06:44
and when the sun comes up it pumps out like 95 percent of the bacteria.
146
386000
5000
vypumpuje kolem 95 procent všech těch bakterií.
06:49
Now the bacteria are dilute, that little hormone molecule is gone,
147
391000
3000
Teď jsou bakterie rozředěné, ta malá hormonální molekula je pryč,
06:52
so they're not making light --
148
394000
2000
takže nedělají žádné světlo -
06:54
but of course the squid doesn't care. It's asleep in the sand.
149
396000
2000
oliheň to ale nezajímá. Spí v písku.
06:56
And as the day goes by the bacteria double,
150
398000
2000
A jak den pokračuje, bakterie se množí,
06:58
they release the molecule, and then light comes on
151
400000
3000
vylučují tu molekulu a potom začnou svítit
07:01
at night, exactly when the squid wants it.
152
403000
3000
v noci, přesně, když to oliheň potřebuje.
07:04
First we figured out how this bacterium does this,
153
406000
3000
Nejdřív jsme přišli na to, jak to ta bakterie dělá,
07:07
but then we brought the tools of molecular biology to this
154
409000
3000
ale potom jsme použili nástroje molekulární biologie,
07:10
to figure out really what's the mechanism.
155
412000
2000
abychom přesně odhalili mechanismus tohoto děje.
07:12
And what we found -- so this is now supposed to be, again, my bacterial cell --
156
414000
4000
A zjistili jsme - takže tohle je opět moje bakteriální buňka -
07:16
is that Vibrio fischeri has a protein --
157
418000
2000
že Vibrio fischeri má protein -
07:18
that's the red box -- it's an enzyme that makes
158
420000
3000
to je ten červený čtverec - je to enzym který tvoří
07:21
that little hormone molecule, the red triangle.
159
423000
3000
tu malou hormonální molekulu - ten červený trojúhelník.
07:24
And then as the cells grow, they're all releasing that molecule
160
426000
2000
A jak ty buňky rostou, všechny vylučují tu molekulu
07:26
into the environment, so there's lots of molecule there.
161
428000
3000
do svého prostředí, takže je tam spousta těch molekul.
07:29
And the bacteria also have a receptor on their cell surface
162
431000
4000
A bakterie mají na svém povrchu také receptor,
07:33
that fits like a lock and key with that molecule.
163
435000
3000
do kterého ta molekula zapadá jako klíč do zámku.
07:36
These are just like the receptors on the surfaces of your cells.
164
438000
3000
Jsou stejné jako receptory na povrchu vašich buňek.
07:39
When the molecule increases to a certain amount --
165
441000
3000
Když ta molekula dosáhne určitého množství -
07:42
which says something about the number of cells --
166
444000
2000
což něco říká o počtu buňek -
07:44
it locks down into that receptor
167
446000
2000
zapadne do receptoru
07:46
and information comes into the cells
168
448000
2000
a buňky dostanou informaci,
07:48
that tells the cells to turn on
169
450000
2000
která jim říká, ať zapnou
07:50
this collective behavior of making light.
170
452000
3000
to kolektivní svícení.
07:53
Why this is interesting is because in the past decade
171
455000
3000
Zajímavé je to proto, že za posledních deset let
07:56
we have found that this is not just some anomaly
172
458000
2000
jsme zjistili, že tohle není jen nějaká anomálie,
07:58
of this ridiculous, glow-in-the-dark bacterium that lives in the ocean --
173
460000
3000
příslušející nějaké směšné svítící baktérii, která žije v oceánu -
08:01
all bacteria have systems like this.
174
463000
3000
ale že systémy, jako je tento, mají všechny bakterie.
08:04
So now what we understand is that all bacteria can talk to each other.
175
466000
3000
Takže teď už chápeme, že všechny bakterie spolu mluví.
08:07
They make chemical words, they recognize those words,
176
469000
3000
Tvoří chemická slova, rozumí těmto slovům,
08:10
and they turn on group behaviors
177
472000
2000
a vytvářejí skupinové vzorce chování,
08:12
that are only successful when all of the cells participate in unison.
178
474000
5000
které jsou úspěšné pouze, když všechny buňky jednají současně.
08:17
We have a fancy name for this: we call it quorum sensing.
179
479000
3000
Máme pro to učené jméno, nazýváme to quorum sensing.
08:20
They vote with these chemical votes,
180
482000
2000
Hlasují těmito chemickými hlasy,
08:22
the vote gets counted, and then everybody responds to the vote.
181
484000
4000
které se sečtou a potom na to hlasování každý reaguje.
08:26
What's important for today's talk
182
488000
2000
Pro dnešní přednášku je důležité,
08:28
is that we know that there are hundreds of behaviors
183
490000
2000
že existují stovky vzorců chování,
08:30
that bacteria carry out in these collective fashions.
184
492000
3000
které bakterie provádějí takto kolektivně.
08:33
But the one that's probably the most important to you is virulence.
185
495000
3000
Ale pro vás je možná nejdůležitější virulence.
08:36
It's not like a couple bacteria get in you
186
498000
3000
Není to tak, že by se do vás dostalo pár bakterií,
08:39
and they start secreting some toxins --
187
501000
2000
které začnou vylučovat nějaké toxiny -
08:41
you're enormous, that would have no effect on you. You're huge.
188
503000
3000
jste obrovští, nemělo by to na vás žádný dopad. Jste velikánští.
08:44
What they do, we now understand,
189
506000
3000
Teď už víme, že ve skutečnosti
08:47
is they get in you, they wait, they start growing,
190
509000
3000
se do vás dostanou, čekají a množí se.
08:50
they count themselves with these little molecules,
191
512000
2000
Sčítají se těmito malými molekulami,
08:52
and they recognize when they have the right cell number
192
514000
2000
a rozpoznají, kdy mají dostatečné množství buněk,
08:54
that if all of the bacteria launch their virulence attack together,
193
516000
4000
takže až začnou být virulentní,
08:58
they are going to be successful at overcoming an enormous host.
194
520000
4000
budou úspěšné ve zdolání obrovského hostitele.
09:02
Bacteria always control pathogenicity with quorum sensing.
195
524000
4000
Bakterie vždy kontrolují patogenitu pomocí quorum sensing.
09:06
That's how it works.
196
528000
2000
Tak to funguje.
09:08
We also then went to look at what are these molecules --
197
530000
3000
Potom jsme také začali zjišťovat, co to je za molekuly -
09:11
these were the red triangles on my slides before.
198
533000
3000
myslím ty červené trojúhelníky na mých slidech.
09:14
This is the Vibrio fischeri molecule.
199
536000
2000
Toto je ta molekula od Vibrio fischeri.
09:16
This is the word that it talks with.
200
538000
2000
Tohle je to slovo, které používá ke komunikaci.
09:18
So then we started to look at other bacteria,
201
540000
2000
Potom jsme začali zkoumat ostatní bakterie,
09:20
and these are just a smattering of the molecules that we've discovered.
202
542000
3000
a tohle je jenom ždibec molekul, které jsme objevili.
09:23
What I hope you can see
203
545000
2000
Doufám, že zde vidíte,
09:25
is that the molecules are related.
204
547000
2000
že ty molekuly jsou si podobné.
09:27
The left-hand part of the molecule is identical
205
549000
2000
Levá strana té molekuly je identická
09:29
in every single species of bacteria.
206
551000
3000
v každém druhu bakterie.
09:32
But the right-hand part of the molecule is a little bit different in every single species.
207
554000
4000
Ale pravá strana je vždy trošičku rozdílná v každém druhu.
09:36
What that does is to confer
208
558000
2000
Uděluje to jednotlivým druhům
09:38
exquisite species specificities to these languages.
209
560000
4000
specifika pro jejich jazyky.
09:42
Each molecule fits into its partner receptor and no other.
210
564000
4000
Každá molekula zapadá do svého partnerského receptoru a do žádného jiného.
09:46
So these are private, secret conversations.
211
568000
3000
Takže to jsou soukromé, tajné konverzace.
09:49
These conversations are for intraspecies communication.
212
571000
4000
Tyhle rozhovory jsou pro komunikaci v rámci jednoho živočišného druhu.
09:53
Each bacteria uses a particular molecule that's its language
213
575000
4000
Každá bakterie použivá určitou molekulu, která je jejím jazykem,
09:57
that allows it to count its own siblings.
214
579000
4000
jenž jí dovoluje spočítat její sourozence.
10:01
Once we got that far we thought
215
583000
2000
Když jsme se dostali tak daleko, mysleli jsme si,
10:03
we were starting to understand that bacteria have these social behaviors.
216
585000
3000
že začínáme rozumět, že bakterie mají sociální chování.
10:06
But what we were really thinking about is that most of the time
217
588000
3000
Ale většinu času jsme si hlavně říkali,
10:09
bacteria don't live by themselves, they live in incredible mixtures,
218
591000
3000
že bakterie nežijí samy, žijí v neuvěřitelných směsicích
10:12
with hundreds or thousands of other species of bacteria.
219
594000
4000
se stovkami a tisíci jiných druhů bakterií.
10:16
And that's depicted on this slide. This is your skin.
220
598000
3000
A to je zobrazeno na tomto slidu. Tohle je vaše kůže.
10:19
So this is just a picture -- a micrograph of your skin.
221
601000
3000
Tohle je jenom obrázek - mikrofotografie vaší kůže.
10:22
Anywhere on your body, it looks pretty much like this,
222
604000
2000
Všude na vašem těle to vypadá zhruba takhle,
10:24
and what I hope you can see is that there's all kinds of bacteria there.
223
606000
4000
a vidíte, že tam jsou všechny možné druhy bakterií.
10:28
And so we started to think if this really is about communication in bacteria,
224
610000
4000
A tak jsme si začali říkat, že jestli se opravdu bavíme o komunikaci bakterií
10:32
and it's about counting your neighbors,
225
614000
2000
a o sčítání jejich sousedů,
10:34
it's not enough to be able to only talk within your species.
226
616000
3000
nestačí umět se dorozumět jen v rámci vlastního živočišného druhu.
10:37
There has to be a way to take a census
227
619000
2000
Musí existovat způsob jak provést sčítání
10:39
of the rest of the bacteria in the population.
228
621000
3000
ostatních bakterií v této populaci.
10:42
So we went back to molecular biology
229
624000
2000
Takže jsme se vrátili k molekulární biologii
10:44
and started studying different bacteria,
230
626000
2000
a začali jsme studovat jiné bakterie
10:46
and what we've found now is that
231
628000
2000
a zjistili jsme, že ve skutečnosti
10:48
in fact, bacteria are multilingual.
232
630000
2000
bakterie ovládají více jazyků.
10:50
They all have a species-specific system --
233
632000
3000
Všechny mají systém pro svůj živočišný druh -
10:53
they have a molecule that says "me."
234
635000
2000
mají molekulu, která říká "já".
10:55
But then, running in parallel to that is a second system
235
637000
3000
Ale současně s ním mají druhý systém,
10:58
that we've discovered, that's generic.
236
640000
2000
a který je obecný.
11:00
So, they have a second enzyme that makes a second signal
237
642000
3000
Takže mají druhý enzym, který dává druhý signál
11:03
and it has its own receptor,
238
645000
2000
a ten má svůj receptor,
11:05
and this molecule is the trade language of bacteria.
239
647000
3000
a tahle molekula je obchodnický jazyk bakterií.
11:08
It's used by all different bacteria
240
650000
2000
Je používán všemi různými typy bakterií
11:10
and it's the language of interspecies communication.
241
652000
4000
a je to jazyk pro komunikaci mezi druhy.
11:14
What happens is that bacteria are able to count
242
656000
3000
Takže ve skutečnosti bakterie umí sečíst,
11:17
how many of me and how many of you.
243
659000
3000
kolik je mě a kolik je vás.
11:20
They take that information inside,
244
662000
2000
Přijmou tu informaci
11:22
and they decide what tasks to carry out
245
664000
2000
a rozhodnou se jaké úkony vykonat
11:24
depending on who's in the minority and who's in the majority
246
666000
4000
v závislosti na tom, kdo je v menšině a kdo ve většině
11:28
of any given population.
247
670000
2000
v jakékoli dané populaci.
11:30
Then again we turn to chemistry,
248
672000
2000
A opět jsme se vrátili k chemii
11:32
and we figured out what this generic molecule is --
249
674000
3000
a zjistili jsme, co je tou obecnou molekulou -
11:35
that was the pink ovals on my last slide, this is it.
250
677000
3000
to jsou ty růžové ovály na mém slidu.
11:38
It's a very small, five-carbon molecule.
251
680000
2000
Je to velmi malá pětiuhlíková molekula.
11:40
What the important thing is that we learned
252
682000
3000
Důležité je, že jsme zjistili,
11:43
is that every bacterium has exactly the same enzyme
253
685000
3000
že každá bakterie má přesně ten samý enzym
11:46
and makes exactly the same molecule.
254
688000
2000
a tvoří přesně tu samou molekulu.
11:48
So they're all using this molecule
255
690000
2000
Takže všechny používají tuhle molekulu
11:50
for interspecies communication.
256
692000
2000
pro komunikaci mezi druhy.
11:52
This is the bacterial Esperanto.
257
694000
3000
Tohle je bakteriální esperanto.
11:55
(Laughter)
258
697000
1000
(Smích)
11:56
Once we got that far, we started to learn
259
698000
2000
Když jsme se dostali až sem, zjistili jsme,
11:58
that bacteria can talk to each other with this chemical language.
260
700000
3000
že bakterie spolu mluví tímto chemickým jazykem.
12:01
But what we started to think is that maybe there is something
261
703000
2000
Ale začali jsme si říkat, že je tu možná něco
12:03
practical that we can do here as well.
262
705000
2000
praktického, co by se dalo provést.
12:05
I've told you that bacteria do have all these social behaviors,
263
707000
3000
Řekla jsem vám, že bakterie mají všechno tohle sociální chování,
12:08
they communicate with these molecules.
264
710000
3000
komunikují spolu těmito molekulami.
12:11
Of course, I've also told you that one of the important things they do
265
713000
3000
Samozřejmě jsem vám taky řekla, že jedna z těch důležitých věcí, co dělají,
12:14
is to initiate pathogenicity using quorum sensing.
266
716000
3000
je iniciace patogenity pomocí quorum sensing.
12:17
We thought, what if we made these bacteria
267
719000
2000
Řekli jsme si, co kdybychom vytvořili bakterie tak,
12:19
so they can't talk or they can't hear?
268
721000
3000
aby nemohly mluvit nebo slyšet?
12:22
Couldn't these be new kinds of antibiotics?
269
724000
3000
Nemohl by to být nový druh antibiotik?
12:25
Of course, you've just heard and you already know
270
727000
2000
Samozřejmě jste už slyšeli a víte,
12:27
that we're running out of antibiotics.
271
729000
2000
že nám dochází antibiotika.
12:29
Bacteria are incredibly multi-drug-resistant right now,
272
731000
3000
Bakterie jsou nyní neuvěřitelně odolné proti lékům
12:32
and that's because all of the antibiotics that we use kill bacteria.
273
734000
4000
a to je kvůli všem těm antibiotikům, které proti nim používáme.
12:36
They either pop the bacterial membrane,
274
738000
2000
Narušují bakteriální membránu
12:38
they make the bacterium so it can't replicate its DNA.
275
740000
3000
a způsobují, že bakterie nemůže replikovat svou DNA.
12:41
We kill bacteria with traditional antibiotics
276
743000
3000
Zabíjíme bakterie tradičními antibiotiky
12:44
and that selects for resistant mutants.
277
746000
2000
a to prosívá odolné mutanty.
12:46
And so now of course we have this global problem
278
748000
3000
A nyní máme samozřejmě tento globální problém
12:49
in infectious diseases.
279
751000
2000
infekčních nemocí.
12:51
We thought, well what if we could sort of do behavior modifications,
280
753000
3000
Řekli jsme si, co kdybychom provedli takovou behaviorální modifikaci,
12:54
just make these bacteria so they can't talk, they can't count,
281
756000
3000
stačí vytvořit bakterie tak, aby nemohly mluvit, nemohly se sčítat,
12:57
and they don't know to launch virulence.
282
759000
3000
a nemohly se stát virulentními.
13:00
And so that's exactly what we've done, and we've sort of taken two strategies.
283
762000
3000
A to je přesně to, co jsme udělali. Zkusili jsme dvě strategie.
13:03
The first one is we've targeted
284
765000
2000
První byla, že jsme se zaměřili
13:05
the intraspecies communication system.
285
767000
3000
na komunikaci v rámci druhu.
13:08
So we made molecules that look kind of like the real molecules --
286
770000
3000
Takže jsme vytvořili molekuly, co vypadají tak trochu jako ty opravdové molekuly,
13:11
which you saw -- but they're a little bit different.
287
773000
2000
které jste viděli - ale jsou trochu jiné.
13:13
And so they lock into those receptors,
288
775000
2000
Takže zapadnou do těch receptorů,
13:15
and they jam recognition of the real thing.
289
777000
3000
a zarazí rozpoznávání té opravdové molekuly.
13:18
By targeting the red system,
290
780000
2000
Tím, že jsme se zaměřili na červený systém,
13:20
what we are able to do is to make
291
782000
2000
jsme byli schopni vytvořit
13:22
species-specific, or disease-specific, anti-quorum sensing molecules.
292
784000
5000
quorum sensing blokující molekuly, specifické pro druh nebo nemoc.
13:27
We've also done the same thing with the pink system.
293
789000
3000
Udělali jsme to samé i s růžovým systémem.
13:30
We've taken that universal molecule and turned it around a little bit
294
792000
3000
Vzali jsme tu univerzální molekulu a trochu ji pokroutili,
13:33
so that we've made antagonists
295
795000
2000
takže jsme udělali antagonisty
13:35
of the interspecies communication system.
296
797000
2000
toho systému pro komunikaci mezi druhy.
13:37
The hope is that these will be used as broad-spectrum antibiotics
297
799000
5000
Doufáme, že budou použity pro širokospektrální antibiotika,
13:42
that work against all bacteria.
298
804000
2000
které fungují proti všem bakteriím.
13:44
To finish I'll just show you the strategy.
299
806000
3000
Na závěr vám jenom ukážu tu strategii.
13:47
In this one I'm just using the interspecies molecule,
300
809000
2000
V téhle používám jenom tu molekulu pro komunikaci mezi druhy,
13:49
but the logic is exactly the same.
301
811000
2000
ale princip je pořád ten samý.
13:51
What you know is that when that bacterium gets into the animal,
302
813000
3000
Jak víte, tak když se bakterie dostane do zvířete,
13:54
in this case, a mouse,
303
816000
2000
v tomto případě do myši,
13:56
it doesn't initiate virulence right away.
304
818000
2000
nezačne být virulentní hned.
13:58
It gets in, it starts growing, it starts secreting
305
820000
3000
Dostane se dovnitř, roste, začíná vylučovat
14:01
its quorum sensing molecules.
306
823000
2000
své molekuly pro quorum sensing.
14:03
It recognizes when it has enough bacteria
307
825000
2000
Rozpozná, když má dostatek bakterií
14:05
that now they're going to launch their attack,
308
827000
2000
a až pak zahájí svůj útok
14:07
and the animal dies.
309
829000
2000
a zvíře zemře.
14:09
What we've been able to do is to give these virulent infections,
310
831000
3000
Byli jsme schopni je nakazit těmito virulentními infekcemi,
14:12
but we give them in conjunction with our anti-quorum sensing molecules --
311
834000
4000
ale dáváme jim je současně s našimi anti-quorum sensing molekulami -
14:16
so these are molecules that look kind of like the real thing,
312
838000
2000
s těmi molekulami, co vypadají skoro jako skutečné,
14:18
but they're a little bit different which I've depicted on this slide.
313
840000
3000
ale trochu se přece jen liší, což ukazuji na tomhle slidu.
14:21
What we now know is that if we treat the animal
314
843000
3000
Teď víme, že když dáme zvířeti
14:24
with a pathogenic bacterium -- a multi-drug-resistant pathogenic bacterium --
315
846000
4000
patogenní bakterii odolnou vůči všemožným lékům -
14:28
in the same time we give our anti-quorum sensing molecule,
316
850000
4000
a současně jí dáme naši anti-quorum sensing molekulu,
14:32
in fact, the animal lives.
317
854000
2000
zvíře přežije.
14:34
We think that this is the next generation of antibiotics
318
856000
4000
Myslíme si, že tohle je nová generace antibiotik
14:38
and it's going to get us around, at least initially,
319
860000
2000
a pomůže nám dostat se, aspoň zpočátku, přes
14:40
this big problem of resistance.
320
862000
2000
náš velký problém odolnosti vůči antibiotikům.
14:42
What I hope you think, is that bacteria can talk to each other,
321
864000
3000
Takže teď doufám, že víte, že bakterie spolu mluví,
14:45
they use chemicals as their words,
322
867000
3000
použivají chemikálie jako svoje slova,
14:48
they have an incredibly complicated chemical lexicon
323
870000
3000
a mají neskutečně složitý chemický slovník,
14:51
that we're just now starting to learn about.
324
873000
2000
o kterém se teprv začínáme učit.
14:53
Of course what that allows bacteria to do
325
875000
3000
Samozřejmě to umožňuje bakteriím
14:56
is to be multicellular.
326
878000
2000
být vícebuněčné.
14:58
So in the spirit of TED they're doing things together
327
880000
3000
Takže v duchu TED dělají věci společně,
15:01
because it makes a difference.
328
883000
2000
protože to má velký význam.
15:03
What happens is that bacteria have these collective behaviors,
329
885000
4000
Bakterie tedy mají tyto společné vzorce chování,
15:07
and they can carry out tasks
330
889000
2000
a můžou provádět úkony,
15:09
that they could never accomplish
331
891000
2000
které by nikdy nemohly dokázat,
15:11
if they simply acted as individuals.
332
893000
2000
kdyby se chovali jen jako jednotlivci.
15:13
What I would hope that I could further argue to you
333
895000
3000
Také si myslím, že s vámi můžu polemizovat o tom,
15:16
is that this is the invention of multicellularity.
334
898000
3000
že toto je vynález mnohobuněčnosti.
15:19
Bacteria have been on the Earth for billions of years;
335
901000
4000
Bakterie byly na zemi po miliardy let.
15:23
humans, couple hundred thousand.
336
905000
2000
Lidé po pár stovek tisíc.
15:25
We think bacteria made the rules
337
907000
2000
Myslíme si, že bakterie vytvořily pravidla
15:27
for how multicellular organization works.
338
909000
3000
pro vícebuněčnou organizaci.
15:30
We think, by studying bacteria,
339
912000
3000
Myslíme si, že studiem bakterií
15:33
we're going to be able to have insight about multicellularity in the human body.
340
915000
4000
budeme schopni porozumět lépe mnohobuněčnosti lidského těla.
15:37
We know that the principles and the rules,
341
919000
2000
Víme, že pokud pochopíme principy a pravidla,
15:39
if we can figure them out in these sort of primitive organisms,
342
921000
2000
v těchto primitivních organizmech,
15:41
the hope is that they will be applied
343
923000
2000
máme naději, že budou aplikovatelné
15:43
to other human diseases and human behaviors as well.
344
925000
4000
na jiné lidské nemoci a lidské chování.
15:47
I hope that what you've learned
345
929000
2000
Doufám, že jste pochopili,
15:49
is that bacteria can distinguish self from other.
346
931000
3000
že bakterie dokážou rozlišit sebe od ostatních.
15:52
By using these two molecules they can say "me" and they can say "you."
347
934000
3000
Použitím těchto dvou molekul umí říct "já" a "ty".
15:55
Again of course that's what we do,
348
937000
2000
To je samozřejmě, co děláme my,
15:57
both in a molecular way,
349
939000
2000
ať už molekulárně,
15:59
and also in an outward way,
350
941000
2000
nebo vnějším způsobem,
16:01
but I think about the molecular stuff.
351
943000
2000
ale já zkoumám ten molekulární způsob.
16:03
This is exactly what happens in your body.
352
945000
2000
Je to přesně to, co se děje v našem těle.
16:05
It's not like your heart cells and your kidney cells get all mixed up every day,
353
947000
3000
Buňky vašeho srdce a ledvin se každý den nepromíchávají,
16:08
and that's because there's all of this chemistry going on,
354
950000
3000
protože se v těle děje neustále tolik chemie,
16:11
these molecules that say who each of these groups of cells is,
355
953000
3000
molekuly neustále říkají, kdo je která skupina buněk,
16:14
and what their tasks should be.
356
956000
2000
a co by mělo být jejím úkolem.
16:16
Again, we think that bacteria invented that,
357
958000
3000
Opět si myslíme, že tohle vynalezly bakterie
16:19
and you've just evolved a few more bells and whistles,
358
961000
3000
a vy jste pouze vyvinuli nějaká tlačítka a pípátka,
16:22
but all of the ideas are in these simple systems that we can study.
359
964000
4000
ale všechny principy jsou v těchto jednoduchých systémech, které studujeme.
16:26
The final thing is, again just to reiterate that there's this practical part,
360
968000
4000
A poslední věc, opět jen pro zopakování, že to má i praktické využití -
16:30
and so we've made these anti-quorum sensing molecules
361
972000
3000
vyrobili jsme anti-quorum sensing molekuly,
16:33
that are being developed as new kinds of therapeutics.
362
975000
3000
které se rozvíjí v nové typy léků.
16:36
But then, to finish with a plug for all the good and miraculous bacteria
363
978000
3000
A ještě malá reklama na dobré a zázračné bakterie,
16:39
that live on the Earth,
364
981000
2000
které žijí na zemi,
16:41
we've also made pro-quorum sensing molecules.
365
983000
2000
udělali jsme také pro-quorum sensing molekuly.
16:43
So, we've targeted those systems to make the molecules work better.
366
985000
3000
Zaměřili jsme se na systémy, které zlepšují práci těch molekul.
16:46
Remember you have these 10 times or more bacterial cells
367
988000
4000
Vzpomeňte, že máte 10x více bakteriálních buněk
16:50
in you or on you, keeping you healthy.
368
992000
2000
na vás nebo ve vás, které vás udržují zdravé.
16:52
What we're also trying to do is to beef up the conversation
369
994000
3000
Snažíme se totiž také posílit konverzaci
16:55
of the bacteria that live as mutualists with you,
370
997000
3000
bakterií, které s vámi žijí v symbióze,
16:58
in the hopes of making you more healthy,
371
1000000
2000
a snaží se vás udržet zdravé.
17:00
making those conversations better,
372
1002000
2000
Zlepšujeme ty konverzace,
17:02
so bacteria can do things that we want them to do
373
1004000
3000
takže bakterie mohou dělat věci, které po nich chceme,
17:05
better than they would be on their own.
374
1007000
3000
lépe, než by je dělaly samy.
17:08
Finally, I wanted to show you
375
1010000
2000
Na závěr jsem vám chtěla ukázat
17:10
this is my gang at Princeton, New Jersey.
376
1012000
2000
mou partu v Princetonu v New Jersey.
17:12
Everything I told you about was discovered by someone in that picture.
377
1014000
4000
Všechno, co jsem vám řekla, bylo objeveno někým z této fotky.
17:16
I hope when you learn things,
378
1018000
2000
Doufám, že když se učíte,
17:18
like about how the natural world works --
379
1020000
2000
třeba jak funguje příroda -
17:20
I just want to say that whenever you read something in the newspaper
380
1022000
3000
chci jen říct, že kdykoli čtete něco v novinách
17:23
or you get to hear some talk about something ridiculous in the natural world
381
1025000
3000
nebo slyšíte nějakou přednášku o něčem šíleném, co se děje v přírodě,
17:26
it was done by a child.
382
1028000
2000
přišlo na to dítě.
17:28
Science is done by that demographic.
383
1030000
2000
Vědu dělá hlavně tahle skupina lidí.
17:30
All of those people are between 20 and 30 years old,
384
1032000
4000
Všichni tihle lidé mají mezi 20 a 30 lety,
17:34
and they are the engine that drives scientific discovery in this country.
385
1036000
4000
a jsou motorem, který žene vědecké bádání v téhle zemi.
17:38
It's a really lucky demographic to work with.
386
1040000
3000
Jsem opravdu šťastná, že můžu s touhle skupinou pracovat.
17:41
I keep getting older and older and they're always the same age,
387
1043000
3000
Já pořád stárnu a stárnu a oni jsou pořád stejně staří,
17:44
and it's just a crazy delightful job.
388
1046000
3000
je to šílená a nádherná práce.
17:47
I want to thank you for inviting me here.
389
1049000
2000
Chci vám poděkovat za pozvání sem.
17:49
It's a big treat for me to get to come to this conference.
390
1051000
3000
Je pro mě velké potěšení, že jsem sem mohla přijít.
17:52
(Applause)
391
1054000
5000
(Potlesk)
17:57
Thanks.
392
1059000
1000
Děkuji.
17:58
(Applause)
393
1060000
14000
(Potlesk)
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