021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

ما می توانیم از باکتری برای تشخیص سرطان (و شاید درمان آن) استفاده کنیم

Tal Danino

Programming bacteria to detect cancer (and maybe treat it)

Liver cancer is one of the most difficult cancers to detect, but synthetic biologist Tal Danino had a left-field thought: What if we could create a probiotic, edible bacteria that was "programmed" to find liver tumors? His insight exploits something we're just beginning to understand about bacteria: their power of quorum sensing, or doing something together once they reach critical mass. Danino, a TED Fellow, explains how quorum sensing works -- and how clever bacteria working together could someday change cancer treatment.


تگ های مرتبط :

TED Fellows, Bacteria, Biology
شاید این را متوجه نشوید، اما در بدن شما باکتری بیشتری نسبت به تمامی ستارگان در کهکشان ما هست. این دنیای شگفت انگیز باکتری‌ها در بدن، بخش جدا ناشدنی از سلامت ما هستند، و تکنولوژی با چنان سرعتی در حال تکامل هست که باعث شد که باکتری‌ها را مانند کامپیوتر ها برنامه ریزی کنیم. نموداری که در اینجا می بینید، چیزی شبیه نوعی بازی ورزشی می‌ماند، اما در واقع این نقشه ابتدایی اولین برنامه باکتری هست که من آن را نوشته ام. مانند نوشتن نرم‌افزار، ما می‌توانیم دی ان ای را در الگوریتم هاو برنامه های مختلف درون باکتری بنویسیم و چاپ کنیم. کاری که این برنامه می کند تولید پروتئین های فلورسنت
بصورت روش ریتمیک است و مولکولی کوچک را تولید می کند که به باکتری اجازه می دهد ارتباط برقرار کرده و همگام‌سازی کنند، همانطور که در این فیلم می بینید. رشد یک مجموعه بزرگ از باکتری که در اینجا می بینید حدود ضخامت یک تار موی انسان را دارد. چیزی که نمی‌توانید ببینید، برنامه ژنتیکی ماست که به باکتری‌ها دستورالعمل تولید مولکولی کوچک را می‌دهد، و این مولکول‌ها بین هزاران باکتری حرکت می‌کنند و به آنها می‌گویند خاموش و روشن شوند. و باکتری‌ها خیلی خوب همگام می‌شوند، دلیل اینکه این مولکولها با هم همگام می شوند، می‌توانند خیلی سریع حرکت کنند. در مجموعه بزرگتری از این باکتری‌ها، این نتیجه بصورت موجی بین
باکتری‌هایی که از همدیگر دور هستند حرکت می‌کند، و شما می توانید این موج ها را که از سمت راست به چپ می روند بر روی صفحه ببنید. برنامه ژنیتکی ما متکی به پدیده‌های طبیعی به نام سنجش حد نصاب هست، که چرخش هماهنگ و گاهی که در تراکم بحرانی هستند رفتاری بدخیم با هم دارند. شما می توانید سنجش حد نصاب را در این ویديو ببینید، که یکی از مجموعه باکتری‌های در حال رشد شروع به در خشیدن کرده در هنگامی که به تراکم بحرانی یا حداکثر برسد. برنامه ژنیتکی ما تولید این الگوی ریتمیک از پروتين فلورسنت را تا زمانی که کلونی رشد کند تا نمایان شود، ادامه می دهد.
این ویدیو خاص و ازمایش آن را ما ابر اختر Supernova می گویم، زیرا شبیه انفجار ستاره هاست. جدای از برنامه‌ریزی این الگوهای زیبا، نمی‌دانم که چه کار دیگری را می‌توان بر روی این باکتری‌ها انجام داد؟ من تصمیم گرفتم کشف کنم که چگونه می توانیم این باکتری‌ها را برنامه ریزی کنیم تا بتوانند دربدن ما بیماری‌هایی مانند سرطان را تشخیص داده و درمان کنند. یکی از تعجب‌اورترین موارد در مورد باکتری‌ها این است که آنها بطور طبیعی می‌توانند در داخل تومورها رشد کنند. و به این دلیل این اتفاق می افتد که معمولا سیستم ایمنی بدن به داخل تومورها دسترسی ندارد، و زمانی که باکتری‌ها این تومورها را پیدا می کنند از آنها به عنوان پناهگاه امنی برای رشد‌ و زندگی استفاده می‌کنند.
ما شروع به استفاده از باکتری های پروبیوتیک کردیم که باکتری‌های بی ضرری هستند و در سلامت ما موثرند، و فهمیدم هنگامی که بصورت خورکی به موش داده می شود، این پروبیوتیک‌ها بصورت انتخابی داخل تومور کبد می روند و رشد می کنند. متوجه شدیم که راحت‌ترین راه برای برجسته کردن حضور پروبیوتیک‌ها، و تومورها، این بود که این باکتری‌ها را انتخاب کنیم تا سیگنال‌هایی تولید کنند که در ادرار قابل تشخیص باشد، و بدین ترتیب بطور خاص این باکتریها را برنامه ریزی کردیم تا مولکول‌هایی را تولید کنند که رنگ ادرار را تغییر می دهند تا به این طریق طریق وجود سرطان را تشخیص دهیم.
برای نشان دادن این تکنولوژی که می تواند بطور اخص سرطان کبد را تشخیص دهد جلو رفتیم چون تشخیص بیماری با روشهای دیگر مشکل هست. به دلیل اینکه این باکتر‌ی‌ها در تومورها قرار می‌گیرند، آنها را برنامه ریزی کردیم تا فقط سرطان را تشخیص دهند، علاوه بر آن سرطان را یا تولید مولکول ها درمانی که در محیط تومور هستند، درمان کرده و تومور موجود را کوچک می‌کنند، ما از برنامه‌های سنجش حد نصاب شبیه آنچه که در فیلم قبلی دید برای اینکار استفاده کرده‌ایم. تصور کنید که در آینده از برنامه ریزی باکتر‌ها برای تشخیص و درمان سرطان، یا حتی سایر بیماری‌ها استفاده کنیم.
توانایی ما برای برنامه ریزی باکتری‌ها و برنامه ریزی زندگی افق های جدیدی را برای تحقیقات بر روی سرطان باز می کند، و برای به اشتراک گداشتن این دیدگاه ها، من با هنرمند ویکی مونیز برای خلق نمادهایی از جهان کار کردم، که کاملا بدون باکتری و سلول های سرطانی بود. در نهایت، امید من این است که زیبایی و هدف این جهان میکروسکوپی بتواند الهام بخش و خالق دستاورهای جدیدی برای آینده تحقیقات بر روی سزطان باشد. سپاسگزارم. ( تشو
You may not realize this, but there are more bacteria in your body than stars in our entire galaxy. This fascinating universe of bacteria inside of us is an integral part of our health, and our technology is evolving so rapidly that today we can program these bacteria like we program computers. Now, the diagram that you see here, I know it looks like some kind of sports play, but it is actually a blueprint of the first bacterial program I developed. And like writing software, we can print and write DNA into different algorithms and programs inside of bacteria. What this program does is produces fluorescent proteins
in a rhythmic fashion and generates a small molecule that allows bacteria to communicate and synchronize, as you're seeing in this movie. The growing colony of bacteria that you see here is about the width of a human hair. Now, what you can't see is that our genetic program instructs these bacteria to each produce small molecules, and these molecules travel between the thousands of individual bacteria telling them when to turn on and off. And the bacteria synchronize quite well at this scale, but because the molecule that synchronizes them together can only travel so fast,
in larger colonies of bacteria, this results in traveling waves between bacteria that are far away from each other, and you can see these waves going from right to left across the screen. Now, our genetic program relies on a natural phenomenon called quorum sensing, in which bacteria trigger coordinated and sometimes virulent behaviors once they reach a critical density. You can observe quorum sensing in action in this movie, where a growing colony of bacteria only begins to glow once it reaches a high or critical density. Our genetic program continues producing these rhythmic patterns of fluorescent proteins
as the colony grows outwards. This particular movie and experiment we call The Supernova, because it looks like an exploding star. Now, besides programming these beautiful patterns, I wondered, what else can we get these bacteria to do? And I decided to explore how we can program bacteria to detect and treat diseases in our bodies like cancer. One of the surprising facts about bacteria is that they can naturally grow inside of tumors. This happens because typically tumors are areas where the immune system has no access, and so bacteria find these tumors
and use them as a safe haven to grow and thrive. We started using probiotic bacteria which are safe bacteria that have a health benefit, and found that when orally delivered to mice, these probiotics would selectively grow inside of liver tumors. We realized that the most convenient way to highlight the presence of the probiotics, and hence, the presence of the tumors, was to get these bacteria to produce a signal that would be detectable in the urine, and so we specifically programmed these probiotics to make a molecule that would change the color of your urine
to indicate the presence of cancer. We went on to show that this technology could sensitively and specifically detect liver cancer, one that is challenging to detect otherwise. Now, since these bacteria specifically localize to tumors, we've been programming them to not only detect cancer but also to treat cancer by producing therapeutic molecules from within the tumor environment that shrink the existing tumors, and we've been doing this using quorum sensing programs like you saw in the previous movies. Altogether, imagine in the future taking a programmed probiotic
that could detect and treat cancer, or even other diseases. Our ability to program bacteria and program life opens up new horizons in cancer research, and to share this vision, I worked with artist Vik Muniz to create the symbol of the universe, made entirely out of bacteria or cancer cells. Ultimately, my hope is that the beauty and purpose of this microscopic universe can inspire new and creative approaches for the future of cancer research. Thank you. (Applause)