TED2009
Bonnie Bassler: How bacteria "talk"
Боні Баслер про те, як спілкуються бактерії
Filmed:
Readability: 4
2,683,171 views
Боні Баслер виявила, що бактерії перегукуються одна з одною за допомогою "мови хімії", яка дозволяє їм координувати свій захист і здійснювати атаки. Цей факт може істотно вплинути на медицину, промисловість, і дасть нам краще розуміння самих себе.
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
Бактерії – найдавніші живі організми на планеті.
00:21
They've been here for billions of years,
1
3000
2000
Вони тут вже мільярди років,
00:23
and what they are are single-celled microscopic organisms.
2
5000
4000
і являють собою одноклітинні мікроскопічні організми.
00:27
So they are one cell and they have this special property
3
9000
3000
Отже, вони – це одна клітина, яка має виняткову особливість,
00:30
that they only have one piece of DNA.
4
12000
2000
а саме – всього один фрагмент ДНК.
00:32
They have very few genes,
5
14000
2000
В них лише кілька генів,
00:34
and genetic information to encode all of the traits that they carry out.
6
16000
4000
і в цій генетичній інформації закодовано всі властиві їм риси.
00:38
And the way bacteria make a living
7
20000
2000
А живуть бактерії таким чином:
00:40
is that they consume nutrients from the environment,
8
22000
3000
вони вбирають з оточуючого середовища поживні речовини,
00:43
they grow to twice their size, they cut themselves down in the middle,
9
25000
3000
збільшуються удвічі за нормальний розмір, потім діляться навпіл,
00:46
and one cell becomes two, and so on and so on.
10
28000
3000
і одна клітина стає двома. І так далі, й так далі.
00:49
They just grow and divide, and grow and divide -- so a kind of boring life,
11
31000
4000
Вони просто ростуть і діляться, ростуть і діляться – доволі нудне життя...
00:53
except that what I would argue is that you have
12
35000
2000
за винятком, і я зараз доведу, вражаючої взаємодії
00:55
an amazing interaction with these critters.
13
37000
3000
між цими створіннями.
00:58
I know you guys think of yourself as humans, and this is sort of how I think of you.
14
40000
3000
Я знаю, що всі ви вважаєте себе людьми, а ось як думаю про вас я.
01:01
This man is supposed to represent
15
43000
2000
Цей чоловік представляє
01:03
a generic human being,
16
45000
2000
типову людину,
01:05
and all of the circles in that man are all of the cells that make up your body.
17
47000
4000
а всі ці кола в ньому – це клітини, які утворюють ваше тіло.
01:09
There is about a trillion human cells that make each one of us
18
51000
3000
Це близько трильйона людських клітин, завдяки яким ми
01:12
who we are and able to do all the things that we do,
19
54000
3000
є такими, як ми є, і можемо робити речі, які ми робимо.
01:15
but you have 10 trillion bacterial cells
20
57000
3000
Але крім цього ви маєте 10 трильйонів клітин-бактерій –
01:18
in you or on you at any moment in your life.
21
60000
2000
всередині чи ззовні, в кожну мить свого життя.
01:20
So, 10 times more bacterial cells
22
62000
2000
Отже, бактеріальних клітин удесятеро більше,
01:22
than human cells on a human being.
23
64000
3000
ніж людських – в самій людині.
01:25
And of course it's the DNA that counts,
24
67000
2000
І, звісно, це стосується й ДНК.
01:27
so here's all the A, T, Gs and Cs
25
69000
2000
Ось – ці аденін, тимін, гуанін і цитозин,
01:29
that make up your genetic code, and give you all your charming characteristics.
26
71000
3000
утворюють ваш генетичний код, і зумовлюють усі ваші чарівні особливості.
01:32
You have about 30,000 genes.
27
74000
2000
У вас близько 30000 генів.
01:34
Well it turns out you have 100 times more bacterial genes
28
76000
3000
Отже, виходить, що ви маєте у 100 разів більше генів бактерій,
01:37
playing a role in you or on you all of your life.
29
79000
4000
які впливають на вас – добре чи погано – протягом усього вашого життя.
01:41
At the best, you're 10 percent human,
30
83000
3000
Так що в найкращому випадку, ви людина на 10 відсотків,
01:44
but more likely about one percent human,
31
86000
2000
але ймовірніше – десь на один відсоток,
01:46
depending on which of these metrics you like.
32
88000
2000
залежно від вибраної вами шкали.
01:48
I know you think of yourself as human beings,
33
90000
2000
Я знаю, що ви усвідомлюєте себе як людей,
01:50
but I think of you as 90 or 99 percent bacterial.
34
92000
4000
але думаю про вас як про бактерії на 90 чи 99 відсотків.
01:54
(Laughter)
35
96000
1000
(Сміх)
01:55
These bacteria are not passive riders,
36
97000
3000
Ці бактерії – не пасивні пасажири,
01:58
these are incredibly important, they keep us alive.
37
100000
3000
вони неймовірно важливі, бо підтримують в нас життя.
02:01
They cover us in an invisible body armor
38
103000
3000
Вони загортають нас у невидимий тілесний панцир,
02:04
that keeps environmental insults out
39
106000
2000
який стримує негативний вплив довкілля,
02:06
so that we stay healthy.
40
108000
2000
тож ми залишаємось здоровими.
02:08
They digest our food, they make our vitamins,
41
110000
2000
Вони перетравлюють нашу їжу, вони створюють вітаміни,
02:10
they actually educate your immune system
42
112000
2000
вони, фактично, навчають вашу імунну систему
02:12
to keep bad microbes out.
43
114000
2000
не впускати шкідливих мікробів.
02:14
So they do all these amazing things
44
116000
2000
Вони роблять усі ці дивовижні речі,
02:16
that help us and are vital for keeping us alive,
45
118000
4000
які допомагають нам і є критичними для нашого існування,
02:20
and they never get any press for that.
46
122000
2000
але за це про них ніколи не пишуть у газетах.
02:22
But they get a lot of press because they do a lot of
47
124000
2000
Втім, газети чимало пишуть про них за те,
02:24
terrible things as well.
48
126000
2000
що вони роблять і чимало жахливих речей.
02:26
So, there's all kinds of bacteria on the Earth
49
128000
3000
На землі також є вдосталь видів бактерій,
02:29
that have no business being in you or on you at any time,
50
131000
3000
яким не потрібно знаходитись на нашому тілі чи всередині нас.
02:32
and if they are, they make you incredibly sick.
51
134000
4000
Але якщо вони туди потрапляють, то роблять вас дуже хворими.
02:36
And so, the question for my lab is whether you want to think about all the
52
138000
3000
Але, власне, питання моїх досліджень – не виявити всі хороші речі,
02:39
good things that bacteria do, or all the bad things that bacteria do.
53
141000
4000
які роблять бактерії. Чи всі погані...
02:43
The question we had is how could they do anything at all?
54
145000
2000
Питанням є те, яким чином вони взагалі можуть щось зробити?
02:45
I mean they're incredibly small,
55
147000
2000
Тобто, вони ж неймовірно малі,
02:47
you have to have a microscope to see one.
56
149000
2000
вам треба мікроскоп, щоб їх побачити.
02:49
They live this sort of boring life where they grow and divide,
57
151000
3000
Вони живуть своїм нудним життям, в якому вони ростуть і діляться,
02:52
and they've always been considered to be these asocial reclusive organisms.
58
154000
5000
і їх завжди вважали асоціальними самітниками.
02:57
And so it seemed to us that they are just too small to have an impact
59
159000
3000
І тому ми подумали, що вони просто замалі для того,
03:00
on the environment
60
162000
2000
щоб помітною мірою вплинути на довкілля,
03:02
if they simply act as individuals.
61
164000
2000
якщо вони діють індивідуально.
03:04
And so we wanted to think if there couldn't be a different
62
166000
2000
І ми захотіли припустити, чи не може бути іншого
03:06
way that bacteria live.
63
168000
2000
способу життя бактерій?
03:08
The clue to this came from another marine bacterium,
64
170000
4000
Підказка прийшла від однієї морської бактерії,
03:12
and it's a bacterium called Vibrio fischeri.
65
174000
3000
яка називається Vibrio fischeri.
03:15
What you're looking at on this slide is just a person from my lab
66
177000
3000
На цьому слайді – просто людина з моєї лабораторії,
03:18
holding a flask of a liquid culture of a bacterium,
67
180000
3000
яка тримає колбу з рідкою бактеріальною культурою,
03:21
a harmless beautiful bacterium that comes from the ocean,
68
183000
3000
прекрасною нешкідливою бактерією родом з океану,
03:24
named Vibrio fischeri.
69
186000
2000
яку назвали Vibrio fischeri.
03:26
This bacterium has the special property that it makes light,
70
188000
3000
Ця бактерія має специфічну здатність світитись,
03:29
so it makes bioluminescence,
71
191000
2000
тобто створювати біолюмінесценцію.
03:31
like fireflies make light.
72
193000
2000
Як світлячки.
03:33
We're not doing anything to the cells here.
73
195000
2000
Тут ми нічого не робимо з клітинами.
03:35
We just took the picture by turning the lights off in the room,
74
197000
2000
Ми просто зняли фото, виключивши в кімнаті світло.
03:37
and this is what we see.
75
199000
2000
І ось що ми бачимо.
03:39
What was actually interesting to us
76
201000
2000
Нас зацікавило, власне,
03:41
was not that the bacteria made light,
77
203000
2000
не те, що бактерії світились,
03:43
but when the bacteria made light.
78
205000
2000
а те, коли вони це робили.
03:45
What we noticed is when the bacteria were alone,
79
207000
3000
Ми подмітили, що коли бактерії були поодинці,
03:48
so when they were in dilute suspension, they made no light.
80
210000
3000
тобто, коли вони були в розрідженій суспензії – вони не світились.
03:51
But when they grew to a certain cell number
81
213000
2000
Але, коли вони розростались до певного числа клітин –
03:53
all the bacteria turned on light simultaneously.
82
215000
4000
усі бактерії починали світитись одночасно.
03:57
The question that we had is how can bacteria, these primitive organisms,
83
219000
4000
Питанням в тому, як бактерії, ці примітивні організми,
04:01
tell the difference from times when they're alone,
84
223000
2000
можуть відзначити те, що вони на самоті,
04:03
and times when they're in a community,
85
225000
2000
і те, що вони – у спільноті,
04:05
and then all do something together.
86
227000
3000
і тоді робити щось разом.
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
Ми виявили, що їм це вдається за рахунок розмови між собою,
04:12
and they talk with a chemical language.
88
234000
2000
і ця рзмова ведеться хімічною мовою.
04:14
This is now supposed to be my bacterial cell.
89
236000
3000
Нехай це буде моя бактеріальна клітина.
04:17
When it's alone it doesn't make any light.
90
239000
3000
Коли вона сама, то ніякого світла не виробляє.
04:20
But what it does do is to make and secrete small molecules
91
242000
4000
Але в цей час вона виділяє невеличкі молекули,
04:24
that you can think of like hormones,
92
246000
2000
які можна вважати як подобу гормонів.
04:26
and these are the red triangles, and when the bacteria is alone
93
248000
3000
Ось вони, червоні трикутники. І коли бактерія сама,
04:29
the molecules just float away and so no light.
94
251000
3000
молекули просто відпливають, і ніякого світла немає.
04:32
But when the bacteria grow and double
95
254000
2000
Але, коли бактерії ростуть і подвоюються,
04:34
and they're all participating in making these molecules,
96
256000
3000
і всі беруть участь у створенні цих молекул,
04:37
the molecule -- the extracellular amount of that molecule
97
259000
4000
молекула – кількість цих молекул поза клітиною
04:41
increases in proportion to cell number.
98
263000
3000
зростає пропорційно до кількості клітин.
04:44
And when the molecule hits a certain amount
99
266000
2000
Коли кількість молекул досягає певного значення,
04:46
that tells the bacteria how many neighbors there are,
100
268000
3000
який повідомляє бактерії, скільки в неї "сусідів",
04:49
they recognize that molecule
101
271000
2000
вони розпізнають цю молекулу
04:51
and all of the bacteria turn on light in synchrony.
102
273000
3000
і всі бактерії синхронно починають світитися.
04:54
That's how bioluminescence works --
103
276000
2000
Ось як відбувається біолюмінесценція –
04:56
they're talking with these chemical words.
104
278000
2000
вони спілкуються такими хімічними словами.
04:58
The reason that Vibrio fischeri is doing that comes from the biology.
105
280000
4000
Пояснення, чому Vibrio fischeri так роблять – у біології.
05:02
Again, another plug for the animals in the ocean,
106
284000
3000
Ось, іще реклама океанської істоти.
05:05
Vibrio fischeri lives in this squid.
107
287000
3000
Vibrio fischeri живуть у цьому кальмарі.
05:08
What you are looking at is the Hawaiian Bobtail Squid,
108
290000
2000
Те, на що ви дивитесь, є гавайським короткохвостим кальмаром,
05:10
and it's been turned on its back,
109
292000
2000
якого перевернули на спину,
05:12
and what I hope you can see are these two glowing lobes
110
294000
3000
і, сподіваюсь, ви можете тут побачити два щупальці, які світяться –
05:15
and these house the Vibrio fischeri cells,
111
297000
3000
вони і є домівкою клітин Vibrio fischerі.
05:18
they live in there, at high cell number
112
300000
2000
Вони живуть там, їх там багато,
05:20
that molecule is there, and they're making light.
113
302000
2000
молекули спрацьовують – і вони виробляють світло.
05:22
The reason the squid is willing to put up with these shenanigans
114
304000
3000
Причиною того, щоб кальмар терпляче вживається з цими бешкетниками,
05:25
is because it wants that light.
115
307000
2000
є те, що йому потрібно це світло.
05:27
The way that this symbiosis works
116
309000
2000
Цей симбіоз працює так:
05:29
is that this little squid lives just off the coast of Hawaii,
117
311000
4000
цей маленький кальмар живе в прибережній зоні Гаваїв,
05:33
just in sort of shallow knee-deep water.
118
315000
2000
на мілководді – там води по коліна.
05:35
The squid is nocturnal, so during the day
119
317000
3000
Кальмар є нічною твариною, тому протягом дня
05:38
it buries itself in the sand and sleeps,
120
320000
2000
він закопується в пісок і спить,
05:40
but then at night it has to come out to hunt.
121
322000
3000
але вночі він виходить на полювання.
05:43
On bright nights when there is lots of starlight or moonlight
122
325000
2000
У світлі ночі, коли зоряно або місячно,
05:45
that light can penetrate the depth of the water
123
327000
3000
світло проникає на глибину, де живе кальмар,
05:48
the squid lives in, since it's just in those couple feet of water.
124
330000
3000
бо це лише кілька футів води.
05:51
What the squid has developed is a shutter
125
333000
3000
І кальмар розвинув собі таку заслінку,
05:54
that can open and close over this specialized light organ housing the bacteria.
126
336000
4000
яка відкриває або закриває цей особливий світловий орган, в якому живуть бактерії.
05:58
Then it has detectors on its back
127
340000
2000
В нього є детектор на спині,
06:00
so it can sense how much starlight or moonlight is hitting its back.
128
342000
4000
яким він може відчувати, скільки світла від зірок чи місяця потрапляє на його спину.
06:04
And it opens and closes the shutter
129
346000
2000
І він відкриває чи закриває заслінку так,
06:06
so the amount of light coming out of the bottom --
130
348000
2000
щоб інтенсивність світла знизу –
06:08
which is made by the bacterium --
131
350000
2000
яке створюється бактеріями –
06:10
exactly matches how much light hits the squid's back,
132
352000
2000
точно співпадала зі світлом, яке потрапляє на спину кальмара.
06:12
so the squid doesn't make a shadow.
133
354000
2000
Так що кальмар не утворює тіні.
06:14
It actually uses the light from the bacteria
134
356000
3000
Він використовує світло від бактерій,
06:17
to counter-illuminate itself in an anti-predation device
135
359000
3000
щоб освітити себе для захисту від хижаків –
06:20
so predators can't see its shadow,
136
362000
2000
бо вони не можуть побачити його тінь,
06:22
calculate its trajectory, and eat it.
137
364000
2000
визначити його траєкторію, і з’їсти.
06:24
This is like the stealth bomber of the ocean.
138
366000
3000
Це такий собі літак-невидимка океанів.
06:27
(Laughter)
139
369000
1000
(Сміх)
06:28
But then if you think about it, the squid has this terrible problem
140
370000
3000
Але потім, якщо ви це зауважили, кальмар має жахливу проблему,
06:31
because it's got this dying, thick culture of bacteria
141
373000
3000
бо в нього є ця численна кількість бактерій, плюс відмерлі.
06:34
and it can't sustain that.
142
376000
2000
І він зміг би так жити.
06:36
And so what happens is every morning when the sun comes up
143
378000
2000
І тому щоранку, коли сходить сонце,
06:38
the squid goes back to sleep, it buries itself in the sand,
144
380000
3000
кальмар повертається до сну, він заривається в пісок,
06:41
and it's got a pump that's attached to its circadian rhythm,
145
383000
3000
і в нього є такий спеціальний насос, який активується залежно від часу доби,
06:44
and when the sun comes up it pumps out like 95 percent of the bacteria.
146
386000
5000
і коли сходить сонце, він викачує близько 95 відсотків бактерій.
06:49
Now the bacteria are dilute, that little hormone molecule is gone,
147
391000
3000
Тоді бактерії розріджуються, кількість гомонів-молекул зменшується,
06:52
so they're not making light --
148
394000
2000
так що вони вже не світяться –
06:54
but of course the squid doesn't care. It's asleep in the sand.
149
396000
2000
але кальмару, звісно, це вже байдуже. Він спить собі в піску.
06:56
And as the day goes by the bacteria double,
150
398000
2000
Протягом дня бактерії подвоюються,
06:58
they release the molecule, and then light comes on
151
400000
3000
виробляють молекули, а потім знов вмикається світло.
07:01
at night, exactly when the squid wants it.
152
403000
3000
Вночі, саме тоді, коли це потрібно кальмару.
07:04
First we figured out how this bacterium does this,
153
406000
3000
Спершу ми збагнули, як бактерія це робить,
07:07
but then we brought the tools of molecular biology to this
154
409000
3000
а потім застосували інструменти молекулярної біології,
07:10
to figure out really what's the mechanism.
155
412000
2000
щоб зрозуміти, який тут механізм.
07:12
And what we found -- so this is now supposed to be, again, my bacterial cell --
156
414000
4000
І ми знайшли – отже, це знов має бути клітиною моєї бактерії –
07:16
is that Vibrio fischeri has a protein --
157
418000
2000
те, що Vibrio fischeri містить протеїн –
07:18
that's the red box -- it's an enzyme that makes
158
420000
3000
це червоний прямокутник – це ензим, який створює
07:21
that little hormone molecule, the red triangle.
159
423000
3000
ту маленьку молекулу-гормон – червоний трикутник.
07:24
And then as the cells grow, they're all releasing that molecule
160
426000
2000
І коли клітини ростуть, вони всі виділяють таку молекулу
07:26
into the environment, so there's lots of molecule there.
161
428000
3000
в середовище, так що їх багато.
07:29
And the bacteria also have a receptor on their cell surface
162
431000
4000
Також бактерія має на собі рецептор,
07:33
that fits like a lock and key with that molecule.
163
435000
3000
що підходить, ніби замок до ключа, яким є молекула.
07:36
These are just like the receptors on the surfaces of your cells.
164
438000
3000
Це все схоже на рецептори на поверхні ваших клітин.
07:39
When the molecule increases to a certain amount --
165
441000
3000
Коли кількість молекул зростає до певного значення –
07:42
which says something about the number of cells --
166
444000
2000
яке щось говорить про кількість клітин –
07:44
it locks down into that receptor
167
446000
2000
це фіксується в цьому рецепторі,
07:46
and information comes into the cells
168
448000
2000
і сигнал, що надходить до клітин,
07:48
that tells the cells to turn on
169
450000
2000
каже їм увімкнути
07:50
this collective behavior of making light.
170
452000
3000
цю спільну поведінку зі створення світла.
07:53
Why this is interesting is because in the past decade
171
455000
3000
Це цікаво тому, що в минулому десятилітті
07:56
we have found that this is not just some anomaly
172
458000
2000
ми виявили, що це не просто якась аномалія
07:58
of this ridiculous, glow-in-the-dark bacterium that lives in the ocean --
173
460000
3000
цих створінь, бактерій-з-океану-що-сяють-у-темряві.
08:01
all bacteria have systems like this.
174
463000
3000
Всі бактерії мають систему, схожу на цю.
08:04
So now what we understand is that all bacteria can talk to each other.
175
466000
3000
Зараз ми розуміємо, що бактерії можуть спілкуватися одна з одною.
08:07
They make chemical words, they recognize those words,
176
469000
3000
Вони утворюють хімічні слова, вони розпізнають ці слова,
08:10
and they turn on group behaviors
177
472000
2000
і це визначає їхню групову поведінку,
08:12
that are only successful when all of the cells participate in unison.
178
474000
5000
яка вдала лише тоді, коли всі клітини діють в унісон.
08:17
We have a fancy name for this: we call it quorum sensing.
179
479000
3000
В нас уже є гарне слово для цього – ми називаємо це кворумним відчуттям.
08:20
They vote with these chemical votes,
180
482000
2000
Вони голосують цими хімічними бюлетенями,
08:22
the vote gets counted, and then everybody responds to the vote.
181
484000
4000
бюлетень враховується, і потім кожен реагує на нього.
08:26
What's important for today's talk
182
488000
2000
Що важливе для сьогоднішньої розповіді –
08:28
is that we know that there are hundreds of behaviors
183
490000
2000
це те, що ми знаємо сотні типів поведінки,
08:30
that bacteria carry out in these collective fashions.
184
492000
3000
що проявляються в цих колективних діях.
08:33
But the one that's probably the most important to you is virulence.
185
495000
3000
Але те, що, напевно, найважливіше для вас – це вірулентність.
08:36
It's not like a couple bacteria get in you
186
498000
3000
Це не схоже на те, що у вас проникають пара бактерій,
08:39
and they start secreting some toxins --
187
501000
2000
і вони починають виділяти якісь токсини –
08:41
you're enormous, that would have no effect on you. You're huge.
188
503000
3000
ви величезні, й це не матиме жодного ефекту. Ви – велетенські.
08:44
What they do, we now understand,
189
506000
3000
Вони – зараз ми це розуміємо –
08:47
is they get in you, they wait, they start growing,
190
509000
3000
вони потрапляють у вас, чекають, починають рости,
08:50
they count themselves with these little molecules,
191
512000
2000
вони підраховують себе цими маленькими молекулами,
08:52
and they recognize when they have the right cell number
192
514000
2000
і впізнають момент, коли мають достатньо клітин,
08:54
that if all of the bacteria launch their virulence attack together,
193
516000
4000
щоб, запустивши свою вірулентну атаку,
08:58
they are going to be successful at overcoming an enormous host.
194
520000
4000
успішно подолати хазяїна-велетня.
09:02
Bacteria always control pathogenicity with quorum sensing.
195
524000
4000
Бактерії завжди контролюють патогенність кворумним сприйняттям.
09:06
That's how it works.
196
528000
2000
Ось як це працює.
09:08
We also then went to look at what are these molecules --
197
530000
3000
Також ми потім роздивились ці самі молекули –
09:11
these were the red triangles on my slides before.
198
533000
3000
які були червоними трикутниками на моїх попередніх слайдах.
09:14
This is the Vibrio fischeri molecule.
199
536000
2000
Це молекула Vibrio fischeri.
09:16
This is the word that it talks with.
200
538000
2000
Це – слово, за допомогою якого вона спілкується.
09:18
So then we started to look at other bacteria,
201
540000
2000
Потім ми почали розглядати інші бактерії,
09:20
and these are just a smattering of the molecules that we've discovered.
202
542000
3000
і ось кілька з молекул, які ми виявили.
09:23
What I hope you can see
203
545000
2000
Я думаю, ви бачите,
09:25
is that the molecules are related.
204
547000
2000
що ці молекули подібні.
09:27
The left-hand part of the molecule is identical
205
549000
2000
Ліва частина молекул ідентична
09:29
in every single species of bacteria.
206
551000
3000
у кожного окремого виду бактерій.
09:32
But the right-hand part of the molecule is a little bit different in every single species.
207
554000
4000
Але права частина молекули трішки відрізняється.
09:36
What that does is to confer
208
558000
2000
Це зроблено, щоб надати
09:38
exquisite species specificities to these languages.
209
560000
4000
виняткове видове пристосування до цих мов.
09:42
Each molecule fits into its partner receptor and no other.
210
564000
4000
Кожна молекула підходить лише для свого рецептора і ні до якого іншого.
09:46
So these are private, secret conversations.
211
568000
3000
Так що це приватні, таємні розмови.
09:49
These conversations are for intraspecies communication.
212
571000
4000
Ці розмови для спілкування всередині виду.
09:53
Each bacteria uses a particular molecule that's its language
213
575000
4000
Кожна бактерія використовує свою молекулу, яка є її мовою,
09:57
that allows it to count its own siblings.
214
579000
4000
і дозволяє підрахувати своїх.
10:01
Once we got that far we thought
215
583000
2000
Одного разу ми навіть подумали,
10:03
we were starting to understand that bacteria have these social behaviors.
216
585000
3000
що почали розуміти таку соціальну поведінку бактерій.
10:06
But what we were really thinking about is that most of the time
217
588000
3000
Однак серйозним питанням для нас є те, що більшість часу
10:09
bacteria don't live by themselves, they live in incredible mixtures,
218
591000
3000
бактерії не живуть самі. Вони живуть у неймовірних сумішах,
10:12
with hundreds or thousands of other species of bacteria.
219
594000
4000
разом із сотнями тисяч інших видів бактерій.
10:16
And that's depicted on this slide. This is your skin.
220
598000
3000
І це показано на цьому слайді. Це ваша шкіра.
10:19
So this is just a picture -- a micrograph of your skin.
221
601000
3000
Так, це просто картинка, мікрознімок вашої шкіри.
10:22
Anywhere on your body, it looks pretty much like this,
222
604000
2000
Всюди на вашому тілі вона виглядає десь так само,
10:24
and what I hope you can see is that there's all kinds of bacteria there.
223
606000
4000
і я сподіваюсь, ви бачите, що там усі види бактерій.
10:28
And so we started to think if this really is about communication in bacteria,
224
610000
4000
Тому ми подумали, що якщо між бактеріями дійсно є спілкування,
10:32
and it's about counting your neighbors,
225
614000
2000
яке полягає в підрахунку своїх сусідів,
10:34
it's not enough to be able to only talk within your species.
226
616000
3000
то спілкуватись лише в межах свого виду – замало.
10:37
There has to be a way to take a census
227
619000
2000
Має бути спосіб зробити перепис
10:39
of the rest of the bacteria in the population.
228
621000
3000
решти бактерій у популяції.
10:42
So we went back to molecular biology
229
624000
2000
Ми повернулись до молекулярної біології
10:44
and started studying different bacteria,
230
626000
2000
та почали вивчати різні бактерії.
10:46
and what we've found now is that
231
628000
2000
І ми виявили, що, фактично,
10:48
in fact, bacteria are multilingual.
232
630000
2000
бактерії є поліглотами.
10:50
They all have a species-specific system --
233
632000
3000
У всіх них є система, властива лише їхньому виду –
10:53
they have a molecule that says "me."
234
635000
2000
вони мають молекулу, яка каже «це свій».
10:55
But then, running in parallel to that is a second system
235
637000
3000
Але разом із нею паралельно діє друга система,
10:58
that we've discovered, that's generic.
236
640000
2000
яку ми виявили – родова.
11:00
So, they have a second enzyme that makes a second signal
237
642000
3000
В них є ще й другий ензим, який створює інакший сигнал,
11:03
and it has its own receptor,
238
645000
2000
і в нього є свій рецептор.
11:05
and this molecule is the trade language of bacteria.
239
647000
3000
І ця молекула є спільною мовою всіх бактерій.
11:08
It's used by all different bacteria
240
650000
2000
Її використовують усі, найрізноманітніші бактерії,
11:10
and it's the language of interspecies communication.
241
652000
4000
і вона є мовою міжвидового спілкування.
11:14
What happens is that bacteria are able to count
242
656000
3000
Що це значить: бактерії в змозі підрахувати
11:17
how many of me and how many of you.
243
659000
3000
скільки є нас і скільки "вас".
11:20
They take that information inside,
244
662000
2000
Вони отримують цю інформацію
11:22
and they decide what tasks to carry out
245
664000
2000
і вирішують, які завдання виконувати.
11:24
depending on who's in the minority and who's in the majority
246
666000
4000
Залежно від того, хто в меншості і хто в більшості
11:28
of any given population.
247
670000
2000
у цьому середовищі.
11:30
Then again we turn to chemistry,
248
672000
2000
Тоді ми знов звернулись до хімії
11:32
and we figured out what this generic molecule is --
249
674000
3000
і зрозуміли, які ці родові молекули.
11:35
that was the pink ovals on my last slide, this is it.
250
677000
3000
Це були рожеві овали на моєму останньому слайді. Ось вона,
11:38
It's a very small, five-carbon molecule.
251
680000
2000
це дуже мала п’ятивуглецева молекула.
11:40
What the important thing is that we learned
252
682000
3000
Важливий момент, який ми виявили –
11:43
is that every bacterium has exactly the same enzyme
253
685000
3000
це те, що кожна бактерія має ідентичний ензим
11:46
and makes exactly the same molecule.
254
688000
2000
і виробляє точно таку ж молекулу.
11:48
So they're all using this molecule
255
690000
2000
Так що вони всі використовують цю молекулу
11:50
for interspecies communication.
256
692000
2000
для міжвидового спілкування.
11:52
This is the bacterial Esperanto.
257
694000
3000
Це бактеріальна есперанто.
11:55
(Laughter)
258
697000
1000
(Сміх)
11:56
Once we got that far, we started to learn
259
698000
2000
Дійшовши до цього, ми почали розуміти,
11:58
that bacteria can talk to each other with this chemical language.
260
700000
3000
що бактерії спілкуються між собою цією хімічною мовою.
12:01
But what we started to think is that maybe there is something
261
703000
2000
Але ми подумали, що, можливо, в цьому є
12:03
practical that we can do here as well.
262
705000
2000
якась практична користь.
12:05
I've told you that bacteria do have all these social behaviors,
263
707000
3000
Я розповіла вам, що бактеріям властиві всі ці соціальні поведінки,
12:08
they communicate with these molecules.
264
710000
3000
вони комунікують за допомогою цих молекул.
12:11
Of course, I've also told you that one of the important things they do
265
713000
3000
Звісно, я також розповіла вам, що однією з важливих речей, які вони роблять –
12:14
is to initiate pathogenicity using quorum sensing.
266
716000
3000
це спричиняють хвороби, використовуючи кворумне сприйняття.
12:17
We thought, what if we made these bacteria
267
719000
2000
І ми подумали: а що буде, якщо ми зробити так, щоб бактерії
12:19
so they can't talk or they can't hear?
268
721000
3000
не змогли говорити або чути?
12:22
Couldn't these be new kinds of antibiotics?
269
724000
3000
Чи не міг би це бути новий тип антибіотиків?
12:25
Of course, you've just heard and you already know
270
727000
2000
Звичайно, ви щойно почули і вже знаєте,
12:27
that we're running out of antibiotics.
271
729000
2000
що в нас закінчуються ефективні антибіотики.
12:29
Bacteria are incredibly multi-drug-resistant right now,
272
731000
3000
Бактерії стали надзвичайно стійкі до різних медикаментів.
12:32
and that's because all of the antibiotics that we use kill bacteria.
273
734000
4000
Це тому, що всі наші антибіотики вбивають бактерії.
12:36
They either pop the bacterial membrane,
274
738000
2000
Вони або розривають бактеріальну мембрану,
12:38
they make the bacterium so it can't replicate its DNA.
275
740000
3000
і роблять так, що останні не можуть скопіювати свою ДНК.
12:41
We kill bacteria with traditional antibiotics
276
743000
3000
Ми вбиваємо бактерії звичайними антибіотиками
12:44
and that selects for resistant mutants.
277
746000
2000
і це відбирає з-поміж них стійких мутантів.
12:46
And so now of course we have this global problem
278
748000
3000
Тому тепер ми, звичайно, маємо цю глобальну проблему
12:49
in infectious diseases.
279
751000
2000
щодо інфекційних хвороб.
12:51
We thought, well what if we could sort of do behavior modifications,
280
753000
3000
Ми подумали, що якби ми змогли певним чином змінити їхню поведінку,
12:54
just make these bacteria so they can't talk, they can't count,
281
756000
3000
просто зробити так, щоб ці бактерії не змогли спілкуватися, не могли рахувати,
12:57
and they don't know to launch virulence.
282
759000
3000
і не знали, коли запустити вірулентну дію.
13:00
And so that's exactly what we've done, and we've sort of taken two strategies.
283
762000
3000
Саме так ми і вчинили, і розробили дві стратегії.
13:03
The first one is we've targeted
284
765000
2000
Перша – це націлитись
13:05
the intraspecies communication system.
285
767000
3000
на міжвидову комунікаційну систему.
13:08
So we made molecules that look kind of like the real molecules --
286
770000
3000
Ми зробили молекули, які виглядали так само, як і справжні молекули –
13:11
which you saw -- but they're a little bit different.
287
773000
2000
які ви бачили – але вони трішки відрізняються.
13:13
And so they lock into those receptors,
288
775000
2000
Вони блокуют ці рецептори
13:15
and they jam recognition of the real thing.
289
777000
3000
і заважають розпізнаванню справжніх.
13:18
By targeting the red system,
290
780000
2000
Націлившись на червону систему,
13:20
what we are able to do is to make
291
782000
2000
ми можемо створити особливі для певного виду,
13:22
species-specific, or disease-specific, anti-quorum sensing molecules.
292
784000
5000
чи для певної хвороби молекули, що блокують кворумне сприйняття.
13:27
We've also done the same thing with the pink system.
293
789000
3000
Ми також зробили те саме з рожевою системою.
13:30
We've taken that universal molecule and turned it around a little bit
294
792000
3000
Ми взяли ту універсальну молекулу і трохи її перетворили,
13:33
so that we've made antagonists
295
795000
2000
зробивши противником
13:35
of the interspecies communication system.
296
797000
2000
у міжвидовій комунікаційній системі.
13:37
The hope is that these will be used as broad-spectrum antibiotics
297
799000
5000
Є надія, що це буде використано в широкому наборі антибіотиків,
13:42
that work against all bacteria.
298
804000
2000
які працюють проти всіх бактерій.
13:44
To finish I'll just show you the strategy.
299
806000
3000
На завершення я й покажу вам цю стратегію.
13:47
In this one I'm just using the interspecies molecule,
300
809000
2000
Тут я використовую міжвидову молекулу,
13:49
but the logic is exactly the same.
301
811000
2000
хоча логіка є такою ж.
13:51
What you know is that when that bacterium gets into the animal,
302
813000
3000
Ви знаєте, що коли бактерія потрапляє у тварину,
13:54
in this case, a mouse,
303
816000
2000
в цьому випадку, у мишу,
13:56
it doesn't initiate virulence right away.
304
818000
2000
то вірулентність виникає не відразу.
13:58
It gets in, it starts growing, it starts secreting
305
820000
3000
Вона потрапляє всередину, починає рости, виділяти
14:01
its quorum sensing molecules.
306
823000
2000
молекули кворумного сприйняття.
14:03
It recognizes when it has enough bacteria
307
825000
2000
Вона розпізнає, коли бактерій стає достатньо,
14:05
that now they're going to launch their attack,
308
827000
2000
щоб розпочати атаку,
14:07
and the animal dies.
309
829000
2000
і тоді тварина помирає.
14:09
What we've been able to do is to give these virulent infections,
310
831000
3000
Що ми можемо зробити – це внести вірулентну інфекцію,
14:12
but we give them in conjunction with our anti-quorum sensing molecules --
311
834000
4000
але ми вносимо її разом з нашими молекулами антикворумного сприйняття --
14:16
so these are molecules that look kind of like the real thing,
312
838000
2000
отже, це молекули, які досить схожі на справжні,
14:18
but they're a little bit different which I've depicted on this slide.
313
840000
3000
але вони трішки відрізняються від тих, які я відобразила на цьому слайді.
14:21
What we now know is that if we treat the animal
314
843000
3000
Зараз ми знаємо, що якщо заразити тварину
14:24
with a pathogenic bacterium -- a multi-drug-resistant pathogenic bacterium --
315
846000
4000
шкідливою бактерією – бактеріями, стійкими до різних ліків –
14:28
in the same time we give our anti-quorum sensing molecule,
316
850000
4000
і разом з тим внести нашу молекулу антикворумного сприйняття,
14:32
in fact, the animal lives.
317
854000
2000
то фактично тварина залишається живою.
14:34
We think that this is the next generation of antibiotics
318
856000
4000
Ми думаємо, що це наступне покоління антибіотиків,
14:38
and it's going to get us around, at least initially,
319
860000
2000
яке допоможе нам вирішити, принаймні на початку,
14:40
this big problem of resistance.
320
862000
2000
серйозну проблему стійкості бактерій.
14:42
What I hope you think, is that bacteria can talk to each other,
321
864000
3000
Я сподіваюсь, ви думаєте, що бактерії можуть спілкуватися одна з одною,
14:45
they use chemicals as their words,
322
867000
3000
використовуючи хімікалії в якості слів,
14:48
they have an incredibly complicated chemical lexicon
323
870000
3000
то вони мають неймовірно складний хімічний лексикон,
14:51
that we're just now starting to learn about.
324
873000
2000
про який ми лише почали дізнаватись.
14:53
Of course what that allows bacteria to do
325
875000
3000
Звичайно, це дозволяє бактеріям бути
14:56
is to be multicellular.
326
878000
2000
багатоклітинною системою.
14:58
So in the spirit of TED they're doing things together
327
880000
3000
Тож, в дусі TED, вони працюють разом,
15:01
because it makes a difference.
328
883000
2000
бо це має значення.
15:03
What happens is that bacteria have these collective behaviors,
329
885000
4000
Таким чином, у бактерій є власна колективна поведінка,
15:07
and they can carry out tasks
330
889000
2000
і вони можуть виконувати ті завдання,
15:09
that they could never accomplish
331
891000
2000
які вони ніколи не могли б завершити,
15:11
if they simply acted as individuals.
332
893000
2000
якби просто діяли поодинці.
15:13
What I would hope that I could further argue to you
333
895000
3000
Ще я хотіла б вам довести,
15:16
is that this is the invention of multicellularity.
334
898000
3000
що це є винаходом багатоклітинності.
15:19
Bacteria have been on the Earth for billions of years;
335
901000
4000
Бактерії існують на землі мільярди років.
15:23
humans, couple hundred thousand.
336
905000
2000
Люди – кілька сотень тисяч.
15:25
We think bacteria made the rules
337
907000
2000
Ми думаємо, що бактерії розробили правила,
15:27
for how multicellular organization works.
338
909000
3000
за якими працюють багатоклітинні організми.
15:30
We think, by studying bacteria,
339
912000
3000
Ми думаємо, що, вивчаючи бактерії,
15:33
we're going to be able to have insight about multicellularity in the human body.
340
915000
4000
ми зможемо зсередини дослідити багатоклітинність людського тіла.
15:37
We know that the principles and the rules,
341
919000
2000
Ми знаємо, що ці принципи і правила,
15:39
if we can figure them out in these sort of primitive organisms,
342
921000
2000
якщо ми зможемо їх збагнути в цьому типі примітивних організмів,
15:41
the hope is that they will be applied
343
923000
2000
напевно, їх можна буде застосувати
15:43
to other human diseases and human behaviors as well.
344
925000
4000
і до інших людських хвороб та людської поведінки.
15:47
I hope that what you've learned
345
929000
2000
Я думаю, ви побачили,
15:49
is that bacteria can distinguish self from other.
346
931000
3000
що бактерії можуть відрізняти себе від інших.
15:52
By using these two molecules they can say "me" and they can say "you."
347
934000
3000
Використовуючи ці дві молекули, вони можуть сказати «я» або сказати «ви».
15:55
Again of course that's what we do,
348
937000
2000
І, звісно, це те, що ми робимо,
15:57
both in a molecular way,
349
939000
2000
як на молекулярному рівні,
15:59
and also in an outward way,
350
941000
2000
так і в загальному плані.
16:01
but I think about the molecular stuff.
351
943000
2000
Втім, власне я думаю про молекулярні речі.
16:03
This is exactly what happens in your body.
352
945000
2000
Це саме те, що відбувається в нашому тілі.
16:05
It's not like your heart cells and your kidney cells get all mixed up every day,
353
947000
3000
Адже клітини вашого серця і нирок не перемішуються кожного дня,
16:08
and that's because there's all of this chemistry going on,
354
950000
3000
і це тому, що тут працює ось ця хімія,
16:11
these molecules that say who each of these groups of cells is,
355
953000
3000
ці молекули, що говорять хто до якої групи клітин належить,
16:14
and what their tasks should be.
356
956000
2000
і яке їхнє завдання.
16:16
Again, we think that bacteria invented that,
357
958000
3000
Але ми думаємо, що бактерії винайшли цей принцип,
16:19
and you've just evolved a few more bells and whistles,
358
961000
3000
а потім він розвинувся до кількох додаткових дзвіночкв та свищиків,
16:22
but all of the ideas are in these simple systems that we can study.
359
964000
4000
але зародки цього є в таких простих системах, які ми можемо вивчати.
16:26
The final thing is, again just to reiterate that there's this practical part,
360
968000
4000
Головна частина, знову повторюсь, є роль цього на практиці.
16:30
and so we've made these anti-quorum sensing molecules
361
972000
3000
Ми створили антикворумні молекули,
16:33
that are being developed as new kinds of therapeutics.
362
975000
3000
які розвиваються як новий тип терапії.
16:36
But then, to finish with a plug for all the good and miraculous bacteria
363
978000
3000
Але, щоб завершити рекламою всіх хороших і чудодійних бактерій,
16:39
that live on the Earth,
364
981000
2000
що живуть на землі –
16:41
we've also made pro-quorum sensing molecules.
365
983000
2000
ми також зробили прокворумні молекули.
16:43
So, we've targeted those systems to make the molecules work better.
366
985000
3000
Ми налаштували цю систему на ціль утворити молекули, які покращують роботу бактерій.
16:46
Remember you have these 10 times or more bacterial cells
367
988000
4000
Згадайте про ті кількості бактерій, які живуть
16:50
in you or on you, keeping you healthy.
368
992000
2000
у вас, залишаючи вас здоровими.
16:52
What we're also trying to do is to beef up the conversation
369
994000
3000
Ми також спробували пожвавити спілкування
16:55
of the bacteria that live as mutualists with you,
370
997000
3000
між бактеріями, які живуть у симбіозі з вами,
16:58
in the hopes of making you more healthy,
371
1000000
2000
з надією зробити вас більш здоровими,
17:00
making those conversations better,
372
1002000
2000
зробити таке спілкування кращим,
17:02
so bacteria can do things that we want them to do
373
1004000
3000
щоб бактерії змогли виконувати те, що ми хочемо,
17:05
better than they would be on their own.
374
1007000
3000
краще, ніж вони могли б це зробити самі.
17:08
Finally, I wanted to show you
375
1010000
2000
Ну і нарешті, я хочу показати вам
17:10
this is my gang at Princeton, New Jersey.
376
1012000
2000
мою групу в Прінстоні, штат Нью Джерсі.
17:12
Everything I told you about was discovered by someone in that picture.
377
1014000
4000
Все, про що я вам розповіла, було відкрито кимось із цієї картинки.
17:16
I hope when you learn things,
378
1018000
2000
Я думаю, коли ви щось вивчаєте,
17:18
like about how the natural world works --
379
1020000
2000
наприклад, як працює світ природи –
17:20
I just want to say that whenever you read something in the newspaper
380
1022000
3000
я хочу сказати, що коли б ви не прочитали щось у газеті,
17:23
or you get to hear some talk about something ridiculous in the natural world
381
1025000
3000
чи почули про щось незвичне у світі природи –
17:26
it was done by a child.
382
1028000
2000
це було виявлено дитиною.
17:28
Science is done by that demographic.
383
1030000
2000
Наука робиться молоддю.
17:30
All of those people are between 20 and 30 years old,
384
1032000
4000
Всім цим людям від 20 до 30 років,
17:34
and they are the engine that drives scientific discovery in this country.
385
1036000
4000
і вони є двигуном, який рухає наукові відкриття в цій країні.
17:38
It's a really lucky demographic to work with.
386
1040000
3000
З ними справді приємно працювати.
17:41
I keep getting older and older and they're always the same age,
387
1043000
3000
Я старію й старію, а вони завжди того ж віку,
17:44
and it's just a crazy delightful job.
388
1046000
3000
і це просто неймовірно прекрасна робота.
17:47
I want to thank you for inviting me here.
389
1049000
2000
Я б хотіла подякувати вам за запрошення сюди.
17:49
It's a big treat for me to get to come to this conference.
390
1051000
3000
Це велике задоволення для мене – взяти участь в цій конференції.
17:52
(Applause)
391
1054000
5000
(Аплодисменти)
17:57
Thanks.
392
1059000
1000
Дякую.
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