TED2015
Tal Danino: Programming bacteria to detect cancer (and maybe treat it)
Тал Данино: Мы можем использовать бактерии для обнаружения и, возможно, для лечения рака
Filmed:
Readability: 6.6
1,329,748 views
Рак печени является одним из самых труднодиагностируемых заболеваний. У специалиста по синтетической биологии Тала Данино возникла оригинальная мысль: «Что, если создать пробиотик из бактерий, запрограммированных на обнаружение опухоли печени?» Его идея основана на явлении чувства кворума — совместных действий бактерий при достижении ими критической массы. Тал Данино, стипендиат TED, объясняет, каким образом работает чувство кворума и как «умные» бактерии, работающие вместе, смогут однажды изменить методы борьбы с раком.
Tal Danino - Synthetic biologist
Tal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow. Full bio
Tal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
You may not realize this,
0
788
1745
Трудно представить,
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
что в нашем организме бактерий
больше, чем звёзд в галактике.
больше, чем звёзд в галактике.
00:20
This fascinating universe
of bacteria inside of us
of bacteria inside of us
2
8040
3127
Внутри нас — удивительная
вселенная бактерий,
вселенная бактерий,
00:23
is an integral part of our health,
3
11167
2276
неотъемлемая часть здорового организма.
00:25
and our technology is evolving so rapidly
4
13443
2089
С развитием современных технологий
00:27
that today we can program these bacteria
like we program computers.
like we program computers.
5
15532
4759
сегодня мы можем программировать
бактерии аналогично компьютерам.
бактерии аналогично компьютерам.
00:33
Now, the diagram that you see here,
6
21060
1879
Здесь вы видите схему.
00:34
I know it looks like
some kind of sports play,
some kind of sports play,
7
22939
2531
Я знаю, что она похожа
на схему спортивной игры,
на схему спортивной игры,
00:37
but it is actually a blueprint of
the first bacterial program I developed.
the first bacterial program I developed.
8
25470
4156
но на самом деле это набросок моей
первой программы для бактерий.
первой программы для бактерий.
00:41
And like writing software,
we can print and write DNA
we can print and write DNA
9
29626
3321
Также как можно писать компьютерные
программы, можно создавать и внедрять ДНК
программы, можно создавать и внедрять ДНК
00:44
into different algorithms
and programs inside of bacteria.
and programs inside of bacteria.
10
32947
3227
в различные алгоритмы
и программы внутри бактерий.
и программы внутри бактерий.
00:48
What this program does
is produces fluorescent proteins
is produces fluorescent proteins
11
36824
2695
Эта программа управляет выделением
флуоресцентных белков
флуоресцентных белков
00:51
in a rhythmic fashion
12
39519
1438
в ритмическом режиме.
00:52
and generates a small molecule
13
40957
1602
Она создаёт малые молекулы,
00:54
that allows bacteria
to communicate and synchronize,
to communicate and synchronize,
14
42559
2578
позволяющие бактериям
действовать синхронно,
действовать синхронно,
00:57
as you're seeing in this movie.
15
45137
1838
как видно на экране.
00:59
The growing colony of bacteria
that you see here
that you see here
16
47505
2280
Растущая колония бактерий,
которую вы здесь видите,
которую вы здесь видите,
01:01
is about the width of a human hair.
17
49785
1993
не больше человеческого волоса.
01:03
Now, what you can't see
is that our genetic program
is that our genetic program
18
51778
2507
Но вам не видно,
как наша генетическая программа
как наша генетическая программа
01:06
instructs these bacteria
to each produce small molecules,
to each produce small molecules,
19
54285
3483
заставляет бактерии продуцировать
малые молекулы,
малые молекулы,
01:09
and these molecules travel between
the thousands of individual bacteria
the thousands of individual bacteria
20
57768
3413
курсирующие между тысячами бактерий,
01:13
telling them when to turn on and off.
21
61181
2716
сообщая им, когда нужно «включить»
или «выключить свет».
или «выключить свет».
01:15
And the bacteria synchronize
quite well at this scale,
quite well at this scale,
22
63897
3251
Бактерии действуют достаточно синхронно
при таких размерах колонии,
при таких размерах колонии,
01:19
but because the molecule that synchronizes
them together can only travel so fast,
them together can only travel so fast,
23
67148
3994
но поскольку синхронизирующая их молекула
обладает ограниченной скоростью,
обладает ограниченной скоростью,
01:23
in larger colonies of bacteria,
this results in traveling waves
this results in traveling waves
24
71142
3576
в более крупных колониях это приводит
к возникновению волн
к возникновению волн
01:26
between bacteria that are
far away from each other,
far away from each other,
25
74718
2902
между бактериями, расположенными
далеко друг от друга.
далеко друг от друга.
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
Здесь вы видите, как эти волны
перемещаются справа налево.
перемещаются справа налево.
01:33
Now, our genetic program
relies on a natural phenomenon
relies on a natural phenomenon
27
81356
2788
Такое программирование генов
основано на природном явлении,
основано на природном явлении,
01:36
called quorum sensing,
28
84144
1173
называемом чувством кворума:
01:37
in which bacteria trigger coordinated
and sometimes virulent behaviors
and sometimes virulent behaviors
29
85317
3332
при достижении определённой
численности популяции
численности популяции
01:40
once they reach a critical density.
30
88649
2941
действия бактерий становятся
скоординированными и агрессивными.
скоординированными и агрессивными.
01:43
You can observe quorum sensing
in action in this movie,
in action in this movie,
31
91590
2655
Здесь вы видите
чувство кворума в действии:
чувство кворума в действии:
01:46
where a growing colony of bacteria
only begins to glow
only begins to glow
32
94245
3642
растущая колония бактерий
начинает светиться только при условии
начинает светиться только при условии
01:49
once it reaches a high
or critical density.
or critical density.
33
97887
2371
достижения высокой,
или критической, плотности.
или критической, плотности.
01:52
Our genetic program
34
100258
1842
Наша генетическая программа
01:54
continues producing these
rhythmic patterns of fluorescent proteins
rhythmic patterns of fluorescent proteins
35
102100
3151
продолжает создавать новые
ритмические модели свечения белков
ритмические модели свечения белков
01:57
as the colony grows outwards.
36
105251
2368
при разрастании колоний.
01:59
This particular movie and experiment
we call The Supernova,
we call The Supernova,
37
107619
3691
Данный эксперимент и его изображение
мы назвали «Сверхновая»,
мы назвали «Сверхновая»,
02:03
because it looks like an exploding star.
38
111310
3030
потому что оно напоминает
взрыв звезды.
взрыв звезды.
02:06
Now, besides programming
these beautiful patterns,
these beautiful patterns,
39
114340
2390
Но мне хотелось знать,
что ещё могут бактерии
что ещё могут бактерии
02:08
I wondered, what else can we get
these bacteria to do?
these bacteria to do?
40
116730
2591
помимо создания
красивых моделей свечения.
красивых моделей свечения.
02:11
And I decided to explore
how we can program bacteria
how we can program bacteria
41
119321
2579
Я решил изучать, как можно
программировать бактерии
программировать бактерии
02:13
to detect and treat diseases
in our bodies like cancer.
in our bodies like cancer.
42
121900
2789
для обнаружения и лечения
такого заболевания, как рак.
такого заболевания, как рак.
02:18
One of the surprising facts about bacteria
43
126009
2298
Одно из удивительных
свойств бактерий —
свойств бактерий —
02:20
is that they can naturally grow
inside of tumors.
inside of tumors.
44
128307
3437
это их способность расти
внутри опухоли.
внутри опухоли.
02:23
This happens because typically tumors
45
131744
1764
Это происходит потому,
02:25
are areas where the immune system
has no access,
has no access,
46
133508
2415
что опухоли недоступны
для иммунной системы,
для иммунной системы,
02:27
and so bacteria find these tumors
47
135923
1997
и бактерии, обнаружив опухоли,
02:29
and use them as a safe haven
to grow and thrive.
to grow and thrive.
48
137920
3831
используют их как безопасное место
для роста и развития.
для роста и развития.
02:33
We started using probiotic bacteria
49
141751
1834
Мы начали с бактерий-пробиотиков,
02:35
which are safe bacteria
that have a health benefit,
that have a health benefit,
50
143585
2624
которые безопасны
и полезны для здоровья.
и полезны для здоровья.
02:38
and found that
when orally delivered to mice,
when orally delivered to mice,
51
146209
2461
Мы обнаружили, что у мышей,
получавших пробиотик,
получавших пробиотик,
02:40
these probiotics would selectively
grow inside of liver tumors.
grow inside of liver tumors.
52
148670
4156
бактерии избирательно развивались
в опухоли печени.
в опухоли печени.
02:44
We realized that the most convenient way
53
152826
1954
Стало ясно, что самым удобным способом
02:46
to highlight the presence
of the probiotics,
of the probiotics,
54
154780
2081
обнаружения пробиотика,
02:48
and hence, the presence of the tumors,
55
156861
1863
а, следовательно, и опухоли,
02:50
was to get these bacteria
to produce a signal
to produce a signal
56
158724
2229
было бы получение от бактерий сигнала,
02:52
that would be detectable in the urine,
57
160953
2116
который можно обнаружить в моче.
02:55
and so we specifically
programmed these probiotics
programmed these probiotics
58
163069
2412
Мы запрограммировали пробиотики так,
02:57
to make a molecule that would change
the color of your urine
the color of your urine
59
165481
2879
чтобы они продуцировали молекулы,
изменяющие цвет мочи
изменяющие цвет мочи
03:00
to indicate the presence of cancer.
60
168360
2810
и сигнализирующие о наличии рака.
03:03
We went on to show that this technology
61
171170
2010
Затем нам удалось доказать,
03:05
could sensitively and specifically
detect liver cancer,
detect liver cancer,
62
173180
3190
что эта технология позволяет
точно определить рак печени,
точно определить рак печени,
03:08
one that is challenging
to detect otherwise.
to detect otherwise.
63
176370
2690
что очень сложно сделать
другим способом.
другим способом.
03:11
Now, since these bacteria
specifically localize to tumors,
specifically localize to tumors,
64
179891
2999
Так как данные бактерии избирательно
локализуются в опухолях,
локализуются в опухолях,
03:14
we've been programming them
to not only detect cancer
to not only detect cancer
65
182890
2588
мы запрограммировали их не только
для обнаружения,
для обнаружения,
03:17
but also to treat cancer
66
185478
1788
но и для лечения рака
03:19
by producing therapeutic molecules
from within the tumor environment
from within the tumor environment
67
187266
3227
путём выделения терапевтических молекул
в опухолевую среду.
в опухолевую среду.
03:22
that shrink the existing tumors,
68
190493
2322
В результате опухоль уменьшается.
03:24
and we've been doing this
using quorum sensing programs
using quorum sensing programs
69
192815
2755
Всё это мы делали,
используя чувство кворума,
используя чувство кворума,
03:27
like you saw in the previous movies.
70
195570
1843
которое вы видели на экране.
03:29
Altogether, imagine in the future
taking a programmed probiotic
taking a programmed probiotic
71
197413
3697
Итак, представьте: в будущем
запрограммированные пробиотики
запрограммированные пробиотики
03:33
that could detect and treat cancer,
72
201110
2479
смогут обнаружить и вылечить рак
03:35
or even other diseases.
73
203589
2581
и другие заболевания.
03:38
Our ability to program bacteria
74
206960
1644
Наша способность программировать
03:40
and program life
75
208604
1695
бактерии и другие живые организмы
03:42
opens up new horizons in cancer research,
76
210299
2949
открывает новые горизонты
в изучении рака.
в изучении рака.
03:45
and to share this vision,
I worked with artist Vik Muniz
I worked with artist Vik Muniz
77
213248
2735
Чтобы поделиться этой идеей,
мы с художником Виком Мунизом
мы с художником Виком Мунизом
03:47
to create the symbol of the universe,
78
215983
1816
создали символ вселенной,
03:49
made entirely out of bacteria
or cancer cells.
or cancer cells.
79
217799
3641
состоящий из бактерий
и раковых клеток.
и раковых клеток.
03:53
Ultimately, my hope is that the beauty
and purpose of this microscopic universe
and purpose of this microscopic universe
80
221443
5202
Я надеюсь, что красота и суть
этой микроскопической вселенной
этой микроскопической вселенной
03:58
can inspire new and creative approaches
for the future of cancer research.
for the future of cancer research.
81
226645
4899
смогут вдохновить нас на новые подходы
к изучению рака в будущем.
к изучению рака в будущем.
04:03
Thank you.
82
231544
2624
Спасибо.
04:06
(Applause)
83
234168
3766
(Аплодисменты)
Translated by Erdene Sanjmyatav
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