TED2015
Tal Danino: Programming bacteria to detect cancer (and maybe treat it)
Tal Danino: Wir können Krebs durch Bakterien erkennen (und vielleicht heilen)
Filmed:
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Leberkrebs ist schwer zu diagnostizieren, doch Tal Danino, synthetischer Biologe, hatte eine geniale Idee: Was wäre, wenn wir probiotische, essbare Bakterien "programmieren" könnten, so dass sie Leberkrebs erkennen? Seine Idee basiert auf neuen, bislang nur wenig untersuchten Erkenntnissen über Bakterien: ihre Fähigkeit zum "Quorum Sensing", zu snychronisierten Aktivitäten, nachdem eine kritische Dichte erreicht ist. Der TED Fellow Danino erklärt, wie Quorum Sensing funktioniert – und wie schlaue kooperierende Bakterien die Zukunft der Krebstherapie revolutionieren können.
Tal Danino - Synthetic biologist
Tal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow. Full bio
Tal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow. Full bio
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00:12
You may not realize this,
0
788
1745
Haben Sie gewusst,
00:14
but there are more bacteria in your body
than stars in our entire galaxy.
than stars in our entire galaxy.
1
2533
4880
dass es mehr Bakterien in unserem Körper
gibt als Sterne in der Milchstraße?
gibt als Sterne in der Milchstraße?
00:20
This fascinating universe
of bacteria inside of us
of bacteria inside of us
2
8040
3127
Das faszinierende bakterielle Universum
in unserem Inneren
in unserem Inneren
00:23
is an integral part of our health,
3
11167
2276
ist wesentlich für unsere Gesundheit.
00:25
and our technology is evolving so rapidly
4
13443
2089
Die Technik entwickelt sich so rasant,
00:27
that today we can program these bacteria
like we program computers.
like we program computers.
5
15532
4759
dass wir Bakterien inzwischen
wie Computer programmieren können.
wie Computer programmieren können.
00:33
Now, the diagram that you see here,
6
21060
1879
Dieses Diagramm hier
00:34
I know it looks like
some kind of sports play,
some kind of sports play,
7
22939
2531
sieht eher wie eine Art Spielplan aus,
00:37
but it is actually a blueprint of
the first bacterial program I developed.
the first bacterial program I developed.
8
25470
4156
aber es ist der Entwurf
meines ersten Bakterienprogramms.
meines ersten Bakterienprogramms.
00:41
And like writing software,
we can print and write DNA
we can print and write DNA
9
29626
3321
Ähnlich wie bei Computerprogrammen
können wir verschiedene Abläufe
können wir verschiedene Abläufe
00:44
into different algorithms
and programs inside of bacteria.
and programs inside of bacteria.
10
32947
3227
in die DNA von Bakterien schreiben.
00:48
What this program does
is produces fluorescent proteins
is produces fluorescent proteins
11
36824
2695
Dieses Programm hier produziert
fluoreszierende Proteine
fluoreszierende Proteine
00:51
in a rhythmic fashion
12
39519
1438
in einem rhythmischen Muster,
00:52
and generates a small molecule
13
40957
1602
wobei ein kleines Molekül
die Verständigung und Synchronisation
zwischen Bakterien ermöglicht,
zwischen Bakterien ermöglicht,
00:54
that allows bacteria
to communicate and synchronize,
to communicate and synchronize,
14
42559
2578
00:57
as you're seeing in this movie.
15
45137
1838
wie Sie hier sehen können.
00:59
The growing colony of bacteria
that you see here
that you see here
16
47505
2280
Diese wachsende Bakterienkolonie
01:01
is about the width of a human hair.
17
49785
1993
ist etwa so breit wie ein Menschenhaar.
01:03
Now, what you can't see
is that our genetic program
is that our genetic program
18
51778
2507
Man kann es nicht sehen,
aber unser genetisches Programm
aber unser genetisches Programm
01:06
instructs these bacteria
to each produce small molecules,
to each produce small molecules,
19
54285
3483
beauftragt jede dieser Bakterien,
kleine Moleküle zu produzieren.
kleine Moleküle zu produzieren.
01:09
and these molecules travel between
the thousands of individual bacteria
the thousands of individual bacteria
20
57768
3413
Die Moleküle bewegen sich zwischen
tausenden einzelnen Bakterien
tausenden einzelnen Bakterien
01:13
telling them when to turn on and off.
21
61181
2716
und schalten sie an und aus.
01:15
And the bacteria synchronize
quite well at this scale,
quite well at this scale,
22
63897
3251
In dieser Größenordnung
synchronisieren die Bakterien ganz gut,
synchronisieren die Bakterien ganz gut,
01:19
but because the molecule that synchronizes
them together can only travel so fast,
them together can only travel so fast,
23
67148
3994
aber weil sich das synchronisierende
Molekül nicht schnell genug ausbreitet,
Molekül nicht schnell genug ausbreitet,
01:23
in larger colonies of bacteria,
this results in traveling waves
this results in traveling waves
24
71142
3576
entstehen in größeren Bakterienkolonien
01:26
between bacteria that are
far away from each other,
far away from each other,
25
74718
2902
Wellen zwischen weit entfernten Bakterien.
01:29
and you can see these waves going
from right to left across the screen.
from right to left across the screen.
26
77620
3736
Hier sehen Sie diese Wellen
von rechts nach links wandern.
von rechts nach links wandern.
01:33
Now, our genetic program
relies on a natural phenomenon
relies on a natural phenomenon
27
81356
2788
Unser genetisches Programm beruht
auf dem natürlichen Phänomen
des "Quorum Sensing",
des "Quorum Sensing",
01:36
called quorum sensing,
28
84144
1173
01:37
in which bacteria trigger coordinated
and sometimes virulent behaviors
and sometimes virulent behaviors
29
85317
3332
das koordiniertes und manchmal
virulentes Verhalten verursacht,
virulentes Verhalten verursacht,
01:40
once they reach a critical density.
30
88649
2941
sobald Bakterien eine
kritische Dichte erreichen.
kritische Dichte erreichen.
01:43
You can observe quorum sensing
in action in this movie,
in action in this movie,
31
91590
2655
Dieses Video zeigt Quorum Sensing
01:46
where a growing colony of bacteria
only begins to glow
only begins to glow
32
94245
3642
in einer wachsenden Bakterienkolonie,
die erst zu leuchten beginnt,
die erst zu leuchten beginnt,
01:49
once it reaches a high
or critical density.
or critical density.
33
97887
2371
wenn sie eine hohe
oder kritische Dichte erreicht.
oder kritische Dichte erreicht.
01:52
Our genetic program
34
100258
1842
Unser genetisches Programm
01:54
continues producing these
rhythmic patterns of fluorescent proteins
rhythmic patterns of fluorescent proteins
35
102100
3151
erstellt rhythmische Muster
aus fluoreszierenden Proteinen,
aus fluoreszierenden Proteinen,
01:57
as the colony grows outwards.
36
105251
2368
während die Kolonie nach außen wächst.
01:59
This particular movie and experiment
we call The Supernova,
we call The Supernova,
37
107619
3691
Wir nennen dieses Video
und Experiment "Supernova",
und Experiment "Supernova",
02:03
because it looks like an exploding star.
38
111310
3030
weil es an einen
explodierenden Stern erinnert.
explodierenden Stern erinnert.
02:06
Now, besides programming
these beautiful patterns,
these beautiful patterns,
39
114340
2390
Das sind zwar schöne Muster,
02:08
I wondered, what else can we get
these bacteria to do?
these bacteria to do?
40
116730
2591
doch kann man Bakterien
auch sinnvoller programmieren?
auch sinnvoller programmieren?
02:11
And I decided to explore
how we can program bacteria
how we can program bacteria
41
119321
2579
Ich begann Bakterien zu programmieren,
02:13
to detect and treat diseases
in our bodies like cancer.
in our bodies like cancer.
42
121900
2789
die Krankheiten wie Krebs
im Körper erkennen und heilen.
im Körper erkennen und heilen.
02:18
One of the surprising facts about bacteria
43
126009
2298
Bakterien können interessanterweise
02:20
is that they can naturally grow
inside of tumors.
inside of tumors.
44
128307
3437
innerhalb von Tumoren wachsen.
02:23
This happens because typically tumors
45
131744
1764
Meist kann das Immunsystem
02:25
are areas where the immune system
has no access,
has no access,
46
133508
2415
nämlich nicht in einen Tumor eindringen.
02:27
and so bacteria find these tumors
47
135923
1997
Bakterien finden Tumoren
02:29
and use them as a safe haven
to grow and thrive.
to grow and thrive.
48
137920
3831
und nutzen sie als sicheren Ort,
um darin zu wachsen.
um darin zu wachsen.
02:33
We started using probiotic bacteria
49
141751
1834
Wir testeten probiotische Bakterien,
02:35
which are safe bacteria
that have a health benefit,
that have a health benefit,
50
143585
2624
unbedenkliche und
gesundheitsfördernde Bakterien,
gesundheitsfördernde Bakterien,
02:38
and found that
when orally delivered to mice,
when orally delivered to mice,
51
146209
2461
und verabreichten sie oral an Mäuse,
02:40
these probiotics would selectively
grow inside of liver tumors.
grow inside of liver tumors.
52
148670
4156
in denen sie sich selektiv
nur in Lebertumoren vermehrten.
nur in Lebertumoren vermehrten.
02:44
We realized that the most convenient way
53
152826
1954
Um Probiotika in der Praxis
leicht im Körper nachzuweisen,
leicht im Körper nachzuweisen,
02:46
to highlight the presence
of the probiotics,
of the probiotics,
54
154780
2081
02:48
and hence, the presence of the tumors,
55
156861
1863
und damit auch den Tumor,
02:50
was to get these bacteria
to produce a signal
to produce a signal
56
158724
2229
programmierten wir Bakterien,
die ein Signal in den Urin absondern.
02:52
that would be detectable in the urine,
57
160953
2116
02:55
and so we specifically
programmed these probiotics
programmed these probiotics
58
163069
2412
Genauer gesagt produzieren die Bakterien
02:57
to make a molecule that would change
the color of your urine
the color of your urine
59
165481
2879
ein Molekül, das den Urin verfärbt,
03:00
to indicate the presence of cancer.
60
168360
2810
wenn Krebs vorhanden ist.
03:03
We went on to show that this technology
61
171170
2010
Wir haben bewiesen, dass diese Methode
03:05
could sensitively and specifically
detect liver cancer,
detect liver cancer,
62
173180
3190
sensitiv und speziell Leberkrebs erkennt,
03:08
one that is challenging
to detect otherwise.
to detect otherwise.
63
176370
2690
was normalerweise sehr schwierig ist.
03:11
Now, since these bacteria
specifically localize to tumors,
specifically localize to tumors,
64
179891
2999
Da diese Bakterien nur in Tumoren leben,
03:14
we've been programming them
to not only detect cancer
to not only detect cancer
65
182890
2588
haben wir sie zusätzlich
zur Krebserkennung
zur Krebserkennung
auch zur Krebsbehandlung programmiert.
03:17
but also to treat cancer
66
185478
1788
03:19
by producing therapeutic molecules
from within the tumor environment
from within the tumor environment
67
187266
3227
Sie produzieren therapeutische Moleküle
innerhalb des Tumors,
innerhalb des Tumors,
03:22
that shrink the existing tumors,
68
190493
2322
die zur Verkleinerung
bestehender Tumoren führen,
bestehender Tumoren führen,
03:24
and we've been doing this
using quorum sensing programs
using quorum sensing programs
69
192815
2755
indem wir Quorum-Sensing-Programme nutzen,
wie im vorigen Video gezeigt.
03:27
like you saw in the previous movies.
70
195570
1843
03:29
Altogether, imagine in the future
taking a programmed probiotic
taking a programmed probiotic
71
197413
3697
Stellen Sie sich vor,
dass wir Krebs in Zukunft
dass wir Krebs in Zukunft
mit programmierten Probiotika
erkennen und behandeln können,
erkennen und behandeln können,
03:33
that could detect and treat cancer,
72
201110
2479
03:35
or even other diseases.
73
203589
2581
oder sogar andere Krankheiten.
Die Möglichkeit,
Bakterien zu programmieren,
Bakterien zu programmieren,
03:38
Our ability to program bacteria
74
206960
1644
03:40
and program life
75
208604
1695
Leben zu programmieren,
03:42
opens up new horizons in cancer research,
76
210299
2949
eröffnet der Krebsforschung neue Wege.
03:45
and to share this vision,
I worked with artist Vik Muniz
I worked with artist Vik Muniz
77
213248
2735
In Zusammenarbeit
mit dem Künstler Vik Muniz
mit dem Künstler Vik Muniz
erstellten wir das Symbol des Universums
03:47
to create the symbol of the universe,
78
215983
1816
03:49
made entirely out of bacteria
or cancer cells.
or cancer cells.
79
217799
3641
aus Bakterien und Krebszellen,
als Bildnis unserer Zukunftsvision.
als Bildnis unserer Zukunftsvision.
03:53
Ultimately, my hope is that the beauty
and purpose of this microscopic universe
and purpose of this microscopic universe
80
221443
5202
Mögen Schönheit und Einsatz
dieses mikroskopischen Universums
dieses mikroskopischen Universums
03:58
can inspire new and creative approaches
for the future of cancer research.
for the future of cancer research.
81
226645
4899
zu neuen kreativen Ansätzen
in der Krebsforschung inspirieren.
in der Krebsforschung inspirieren.
04:03
Thank you.
82
231544
2624
Danke.
04:06
(Applause)
83
234168
3766
(Applaus)
ABOUT THE SPEAKER
Tal Danino - Synthetic biologistTal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow.
Why you should listen
Tal Danino's research explores the emerging frontier of combining biology, engineering and medicine. His work as a synthetic biologist focuses on reprogramming bacteria to detect and treat diseases in our bodies such as cancer.
Originally from Los Angeles, Danino received B.S. degrees from UCLA in Physics, Chemistry and Math, and received his Ph.D. in Bioengineering from UCSD. He did a postdoctoral fellowship at the Massachusetts Institute of Technology and is currently an assistant professor at Columbia University in New York.
Danino's work has been published in scientific journals and highlighted in several popular press venues. He actively develops "Bio-Art" projects that share perspectives and stories about science with recent projects featured in the New York Times, WIRED, and the Wall Street Journal.
Tal Danino | Speaker | TED.com