TED2015
Tal Danino: Programming bacteria to detect cancer (and maybe treat it)
Tal Danino: Mes galime panaudoti bakterijas nustatant vėžį (ir gal net jį gydant)
Filmed:
Readability: 6.6
1,329,748 views
Kepenų vėžys yra vienas iš pačių sunkiausiai aptinkamų vėžio formų, bet sintetinės biologijos mokslininkas Tal Danino į situaciją pažvelgė kitaip: „O kas, jei mes galėtume sukurti probiotiką, valgomas bakterijas, kurios būtų suprogramuotos rasti kepenų auglius?“ Jo įžvalgos naudoja tai, ką mes tik pradedame suprasti apie bakterijas: jų „kvorumo jutimo“ galią, ar jų veiksmai, joms pasiekus kritinę masę. TED bičiulis Danino aiškina, kaip „kvorumo jutimas“ veikia, ir kaip protingos bakterijos, bendradarbiaujančios kartu, galėtų pakeisti vėžio gydymą.
Tal Danino - Synthetic biologist
Tal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow. Full bio
Tal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
Jūs galite nesuvokti to,
00:12
You may not realize this,
0
788
1745
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
bet mūsų kūne bakterijų yra daugiau
negu žvaigždžių visoje visatoje.
negu žvaigždžių visoje visatoje.
Ši žavi bakterijų visata mumyse
00:20
This fascinating universe
of bacteria inside of us
of bacteria inside of us
2
8040
3127
00:23
is an integral part of our health,
3
11167
2276
yra mūsų sveikatos integrali dalis,
00:25
and our technology is evolving so rapidly
4
13443
2089
ir technologija vystosi taip sparčiai,
00:27
that today we can program these bacteria
like we program computers.
like we program computers.
5
15532
4759
kad šiandien galime programuoti
bakterijas, kaip ir kompiuterius.
bakterijas, kaip ir kompiuterius.
Matoma diagrama,
00:33
Now, the diagram that you see here,
6
21060
1879
00:34
I know it looks like
some kind of sports play,
some kind of sports play,
7
22939
2531
žinau - panaši į kažkokį sporto žaidimą,
00:37
but it is actually a blueprint of
the first bacterial program I developed.
the first bacterial program I developed.
8
25470
4156
bet tai - pirmosios mano vystytos
bakterinės programos brėžinys.
bakterinės programos brėžinys.
Kaip ir programinėje įrangoje, galime
palikti pėdsaką ir įrašyti į DNR
palikti pėdsaką ir įrašyti į DNR
00:41
And like writing software,
we can print and write DNA
we can print and write DNA
9
29626
3321
00:44
into different algorithms
and programs inside of bacteria.
and programs inside of bacteria.
10
32947
3227
skirtingus algoritmus
ir programas bakterijose.
ir programas bakterijose.
Ši programa gamina
liuminescencinius baltymus
liuminescencinius baltymus
00:48
What this program does
is produces fluorescent proteins
is produces fluorescent proteins
11
36824
2695
ritminiu būdu
00:51
in a rhythmic fashion
12
39519
1438
ir kuria mažą molekulę,
00:52
and generates a small molecule
13
40957
1602
leidžiančią bakterijoms
komunikuoti ir sinchronizuotis,
komunikuoti ir sinchronizuotis,
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
kaip matote šiame filme.
Čia matoma auganti bakterijų kolonija
00:59
The growing colony of bacteria
that you see here
that you see here
16
47505
2280
01:01
is about the width of a human hair.
17
49785
1993
yra maždaug žmogaus plauko pločio.
01:03
Now, what you can't see
is that our genetic program
is that our genetic program
18
51778
2507
Regite, kad mūsų genetinė programa
01:06
instructs these bacteria
to each produce small molecules,
to each produce small molecules,
19
54285
3483
duoda nurodymus šios bakterijoms,
kiekvienai jų gaminti mažas molekules,
kiekvienai jų gaminti mažas molekules,
01:09
and these molecules travel between
the thousands of individual bacteria
the thousands of individual bacteria
20
57768
3413
kurios keliauja tarp tūkstančių
individualių bakterijų,
individualių bakterijų,
01:13
telling them when to turn on and off.
21
61181
2716
liepdamos, kada įsijungti ir išsijungti.
01:15
And the bacteria synchronize
quite well at this scale,
quite well at this scale,
22
63897
3251
Šioje skalėje bakterijos
gan gerai sinchronizuoja.
gan gerai sinchronizuoja.
Dėl to, kad sinchronizuojančios molekulės
keliauja taip greitai,
keliauja taip greitai,
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
didesnėse bakterijų kolonijose jos
sukelia keliaujančias bangas,
sukelia keliaujančias bangas,
01:23
in larger colonies of bacteria,
this results in traveling waves
this results in traveling waves
24
71142
3576
01:26
between bacteria that are
far away from each other,
far away from each other,
25
74718
2902
tarp toli esančių bakterijų.
Matote šias bangas, keliaujančias
per ekraną iš dešinės į kairę.
per ekraną iš dešinės į kairę.
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
Mūsų genetinė programa
kliaunasi gamtos reiškiniu,
kliaunasi gamtos reiškiniu,
01:33
Now, our genetic program
relies on a natural phenomenon
relies on a natural phenomenon
27
81356
2788
kuris vadinamas „kvorumo jutimu",
01:36
called quorum sensing,
28
84144
1173
kai bakterijos sukelia koordinuotą
ir kartais nuodingą elgseną,
ir kartais nuodingą elgseną,
01:37
in which bacteria trigger coordinated
and sometimes virulent behaviors
and sometimes virulent behaviors
29
85317
3332
01:40
once they reach a critical density.
30
88649
2941
joms pasiekus kritinį tankį.
01:43
You can observe quorum sensing
in action in this movie,
in action in this movie,
31
91590
2655
Galite stebėti „kvorumo jutimą"
veiksme šiame filme,
veiksme šiame filme,
01:46
where a growing colony of bacteria
only begins to glow
only begins to glow
32
94245
3642
kur auganti bakterijų kolonija
pradeda švytėti,
pradeda švytėti,
01:49
once it reaches a high
or critical density.
or critical density.
33
97887
2371
kai pasiekia kritinį tankį.
01:52
Our genetic program
34
100258
1842
Mūsų genetinė programa
01:54
continues producing these
rhythmic patterns of fluorescent proteins
rhythmic patterns of fluorescent proteins
35
102100
3151
tęsdama šių liuminescencinių
baltymų raštų gamybą,
baltymų raštų gamybą,
01:57
as the colony grows outwards.
36
105251
2368
kai kolonija auga išorėn.
01:59
This particular movie and experiment
we call The Supernova,
we call The Supernova,
37
107619
3691
Šis ypatingas filmas ir eksperimentas,
kurį vadiname Supernova,
kurį vadiname Supernova,
02:03
because it looks like an exploding star.
38
111310
3030
nes jis panašus į sprogstančią žvaigždę.
Be šių gražių raštų programavimo,
02:06
Now, besides programming
these beautiful patterns,
these beautiful patterns,
39
114340
2390
mąstau, ką dar galime priversti
daryti šias bakterijas?
daryti šias bakterijas?
02:08
I wondered, what else can we get
these bacteria to do?
these bacteria to do?
40
116730
2591
Nusprendžiau patyrinėti, kaip
galėtume bakterijas programuoti
galėtume bakterijas programuoti
02:11
And I decided to explore
how we can program bacteria
how we can program bacteria
41
119321
2579
02:13
to detect and treat diseases
in our bodies like cancer.
in our bodies like cancer.
42
121900
2789
aptikti ir gydyti mūsų kūnuose ligas,
tokias kaip vėžys.
tokias kaip vėžys.
Vienas iš stebinančių
faktų apie bakterijas
faktų apie bakterijas
02:18
One of the surprising facts about bacteria
43
126009
2298
02:20
is that they can naturally grow
inside of tumors.
inside of tumors.
44
128307
3437
yra tai, kad jos natūraliai
gali augti augliuose.
gali augti augliuose.
Taip nutinka, nes augliai
02:23
This happens because typically tumors
45
131744
1764
yra sritys, kurios imuninė sistema
negali pasiekti,
negali pasiekti,
02:25
are areas where the immune system
has no access,
has no access,
46
133508
2415
02:27
and so bacteria find these tumors
47
135923
1997
o bakterijos randa šiuos auglius
02:29
and use them as a safe haven
to grow and thrive.
to grow and thrive.
48
137920
3831
ir naudoja juos, kaip saugų prieglobstį,
augti ir klestėti.
augti ir klestėti.
Pradėjome naudoti probiotines bakterijas,
02:33
We started using probiotic bacteria
49
141751
1834
02:35
which are safe bacteria
that have a health benefit,
that have a health benefit,
50
143585
2624
kurios yra saugiosios bakterijos,
naudingos sveikatai,
naudingos sveikatai,
02:38
and found that
when orally delivered to mice,
when orally delivered to mice,
51
146209
2461
ir atradome, kad vartojant
per burną pelėms,
per burną pelėms,
02:40
these probiotics would selectively
grow inside of liver tumors.
grow inside of liver tumors.
52
148670
4156
šie probiotikai pasirinktinai
auga auglių viduje.
auga auglių viduje.
Suvokėme, kad patogiausias būdas
02:44
We realized that the most convenient way
53
152826
1954
02:46
to highlight the presence
of the probiotics,
of the probiotics,
54
154780
2081
išryškinti probiotikų buvimą,
02:48
and hence, the presence of the tumors,
55
156861
1863
tuo pačiu ir auglių,
buvo priversti šias bakterijas
gaminti signalą,
gaminti signalą,
02:50
was to get these bacteria
to produce a signal
to produce a signal
56
158724
2229
02:52
that would be detectable in the urine,
57
160953
2116
leidžiantį jas aptikti šlapime.
02:55
and so we specifically
programmed these probiotics
programmed these probiotics
58
163069
2412
Tad suprogramavome
šias bakterijas konkrečiai
šias bakterijas konkrečiai
02:57
to make a molecule that would change
the color of your urine
the color of your urine
59
165481
2879
gaminti molekulę,
leidžiančią keisti šlapimo spalvą,
leidžiančią keisti šlapimo spalvą,
03:00
to indicate the presence of cancer.
60
168360
2810
taip parodant vėžio buvimą.
03:03
We went on to show that this technology
61
171170
2010
Tęsėme rodyti, kad ši technologija
03:05
could sensitively and specifically
detect liver cancer,
detect liver cancer,
62
173180
3190
gali jautriai ir konkrečiai
aptikti kepenų vėžį,
aptikti kepenų vėžį,
03:08
one that is challenging
to detect otherwise.
to detect otherwise.
63
176370
2690
kas yra sunkiai aptinkama.
Kadangi šios bakterijos konkrečiai
lokalizuojasi augliuose,
lokalizuojasi augliuose,
03:11
Now, since these bacteria
specifically localize to tumors,
specifically localize to tumors,
64
179891
2999
03:14
we've been programming them
to not only detect cancer
to not only detect cancer
65
182890
2588
programuojame jas ne tik aptikti vėžį,
03:17
but also to treat cancer
66
185478
1788
bet ir gydyti vėžį,
03:19
by producing therapeutic molecules
from within the tumor environment
from within the tumor environment
67
187266
3227
gaminant gydomąsias molekules
iš auglio vidaus aplinkos,
iš auglio vidaus aplinkos,
03:22
that shrink the existing tumors,
68
190493
2322
tai sutraukia egzistuojančius auglius;
03:24
and we've been doing this
using quorum sensing programs
using quorum sensing programs
69
192815
2755
darome tai naudodami
„kvorumo jutimo" programas
„kvorumo jutimo" programas
03:27
like you saw in the previous movies.
70
195570
1843
kaip matėte ankstesniuose filmuose.
03:29
Altogether, imagine in the future
taking a programmed probiotic
taking a programmed probiotic
71
197413
3697
Įsivaizduokite ateityje naudojant
programuotus probiotikus,
programuotus probiotikus,
03:33
that could detect and treat cancer,
72
201110
2479
kurie leistų aptikti ir gydyti vėžį,
03:35
or even other diseases.
73
203589
2581
ar net kitas ligas.
Mūsų gebėjimas programuoti bakterijas
03:38
Our ability to program bacteria
74
206960
1644
03:40
and program life
75
208604
1695
ir programuoti gyvenimą,
03:42
opens up new horizons in cancer research,
76
210299
2949
atveria naujus horizontus vėžio tyrimuose;
03:45
and to share this vision,
I worked with artist Vik Muniz
I worked with artist Vik Muniz
77
213248
2735
kad pasidalinčiau šia vizija,
dirbau su menininku Vik Muniz
dirbau su menininku Vik Muniz
03:47
to create the symbol of the universe,
78
215983
1816
siekiant sukurti visatos simbolį,
03:49
made entirely out of bacteria
or cancer cells.
or cancer cells.
79
217799
3641
pilnai pagamintą vien iš bakterijų
ar vėžio ląstelių.
ar vėžio ląstelių.
03:53
Ultimately, my hope is that the beauty
and purpose of this microscopic universe
and purpose of this microscopic universe
80
221443
5202
Galiausiai mano viltis, kad šios
mikroskopinės visatos grožis ir tikslas,
mikroskopinės visatos grožis ir tikslas,
03:58
can inspire new and creative approaches
for the future of cancer research.
for the future of cancer research.
81
226645
4899
gali įkvėpti naujus ir kūrybingus metodus
ateities vėžio tyrimuose.
ateities vėžio tyrimuose.
04:03
Thank you.
82
231544
2624
Ačiū.
04:06
(Applause)
83
234168
3766
(Plojimai.)
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