برای تشخیص سریع‌تر بیماری‌ها، بیایید درمورد زبان مرموز باکتری‌ها صحبت کنیم

باکتری‌ها با یکدیگر صحبت می‌کنند، اطلاعات شیمیایی می‌فرستند تا حمله کنند.
چه می‌شد اگر می‌توانستیم به چیزهایی که می‌گویند گوش دهیم؟ نانوفیزیکدان فاطمه الزهرا الاترکچی ابزاری برای جاسوسی گفت‌وگوهای باکتریایی و ترجمه ارتباطات محرمانه آن‌ها به زبان انسان ابداع‌کرده‌است. تلاش او می‌تواند راه را برای تشخیص زودهنگام بیماری‌ها هموار کند--حتی پیش‌از‌ این‌که بیمار شویم

آنها را نمیشناسید.

آنها را نمیبینید.

اما همیشه در اطراف هستند،

زمزمه میکنند،

نقشههای مخفیانه میکشند،

ارتشهایی با میلیونها سرباز میسازند.

و وقتی تصمیم میگیرند حمله کنند،

همگی با هم هجوم میاورند.

من درباره باکتریها صحبت میکنم.

(خنده)

فکر کردید در مورد
چه کسی صحبت میکردم؟

باکتریها در جوامع زندگی میکنند
درست مثل انسانها.

آنها خانواده دارند،

صحبت میکنند،

و برای فعالیتهایشان
برنامهریزی میکنند.

و درست مانند انسانها
حقه میزنند، فریب میدهند

و برخی حتی ممکن است
به یکدیگر خیانت کنند.

چه میگویید اگر به شما بگویم میتوانیم
به مکالمات باکتریها گوش دهیم

و اطلاعات محرمانهشان را
به زبان انسانی ترجمه کنیم؟

یا اگر به شما بگویم ترجمه مکالمات
باکتریایی میتواند انسانها را نجات دهد؟

من دکترای نانوفیزیک دارم

و از فناوری نانو استفاده کردهام تا
ابزاری برای ترجمه در زمان واقعی بسازم

که میتواند از اجتماع
باکتریها جاسوسی کند

و به ما مدارکی بدهد که باکتریها
قصد انجام چه کاری را دارند.

باکتریها همهجا زندگی میکنند.

در خاک، روی لوازم خانه

و درون جسم ما.

در حقیقت ۹۰ درصد سلولهای زنده
درون این تئاتر باکتری هستند.

بعضی باکتریها
برای ما خوب هستند؛

به ما کمک میکنند غذا را
هضم کنیم یا آنتیبیوتیک بسازیم.

و بعضی از باکتریها
برایمان بد هستند؛

باعث مرگ و بیماری میشوند.

برای سازمان دادن تمام
کارکردهایی که باکتریها دارند

مجبورند که توانایی
سازماندهی داشته باشند،

و این کار را مثل ما
انسانها انجام میدهند-

با ارتباط برقرار کردن.

اما به جای استفاده از کلمات،

از مولکولهای علامتدهنده برای
ارتباط با یکدیگراستفاده میکنند.

وقتی باکتریها کم هستند،

مولکولهای علامت دهنده
بهآرامی تخلیه میشوند،

مثل فریادهای مردی تنها در صحرا.

اما وقتی باکتری زیادی وجود دارد،
مولکولهای علامت دهنده متراکم میشوند،

و باکتریها حس میکنند
که تنها نیستند.

به یکدیگر گوش میدهند.

به این طریق، آنها از اینکه
چه تعداد هستند آگاه میشوند

و اینکه چه زمانی برای
شروع عملی جدید کافی هستند.

و وقتیکه مولکولهای علامت
دهنده به حد مشخصی رسیدند،

تمام باکتریها در یک لحظه حس
میکنند که باید با اقدامی مشترک

عمل کنند.

پس گفتوگوی باکتریایی شامل
یک آغازگر و یک واکنش است،

تولیدی از یک مولکول
و پاسخ به آن.

در تحقیقم، بر جاسوسی از جامعه
باکتریایی درون بدن انسان

تمرکز کردم.

چطور کار میکند؟

ما نمونهای از یک بیمار را داریم.

که میتواند نمونه
خون یا بزاق باشد.

الکترونها را به سمت
نمونهها شلیک میکنیم،

الکترونها با هر مولکولِ
ارتباطی موجود تعامل خواهند کرد،

و این تعامل به ما
اطلاعات خواهد داد

در مورد هویت باکتریها،

و نوع ارتباطشان

و اینکه باکتریها چه مقدار
باهم صحبت میکنند.

اما باکتریها چگونه
ارتباط برقرار میکنند؟

قبل از اینکه ابزار
ترجمهام را ایجاد کنم،

فرض اول من این بود که باکتریها
باید زبان ابتدایی داشته باشند،

مثل نوزادانی که هنوز نمیتوانند
با کلمات و جملات صحبت کنند.

وقتی میخندند، شادند؛ وقتی
گریه میکنند، ناراحتاند.

به همین سادگی.

اما مشخص شد که باکتریها بهاندازهای
که من فکر میکردم ابتدایی نیستند.

یک مولکول تنها یک مولکول نیست.

میتواند بسته به بافتار،
معنای متفاوتی داشته باشد،

مثل گریه کردن بچهها که
میتواند معناهای متفاوتی بدهد:

گاهی کودک گرسنه است،

گاهی خودش را خیس کرده،

گاهی آسیبدیده یا ترسیده است.

والدین میدانند چطور این
گریهها را رمزگشایی کنند.

و برای اینکه ابزار
واقعی برای ترجمه باشد

باید بتواند مولکولهای
علامت دهنده را رمزگشایی کند

و بر اساس بافت آن را ترجمه کند.

چه کسی میداند؟

شاید سرویس ترجمه گوگل
بهزودی آن را اقتباس کند

(خنده)

بگذارید برایتان مثالی بزنم.

با خودم کمی اطلاعات باکتریایی آوردهام
که فهمیدنش میتواند تا حدی سخت باشد

اگر آموزش ندیده باشید،

اما سعی کنید نگاهی بیندازید.

(خنده)

اینجا یک خانواده باکتریایی خوشحال را
داریم که بیماری را آلوده کردهاند.

بیایید اسمشان را خانواده مونتاگ
بگذاریم [داستان رومئو و ژولیت]

آنها منابع را به اشتراک میگذارند،
تولیدمثل میکنند و رشد میکنند.

یک روز، همسایه
جدیدی پیدا میکنند،

خانواده باکتریایی کاپولت.

(خنده)

تا وقتیکه باهم کار
میکنند، همهچیز خوب است.

اما ناگهان چیزی
پیشبینینشده اتفاق میافتد.

رومئو از خانواده مونتاگ رابطهای
با ژولیت از خانواده کاپولت دارد.

(خنده)

و بله مواد ژنتیکیشان
را به اشتراک میگذارند.

(خنده)

حالا، این تبادل ژنها میتواند
برای مونتاگها خطرناک باشد

که این آرزو را دارند که تنها خانواده
در بیماری باشند که آلوده کردهاند،

و به اشتراک گذاشتن ژنها

در ایجاد مقاومت آنتیبیوتیکی
در کاپولتها مشارکت میکند.

پس مونتاگها در درون خودشان صحبت
میکنند تا از شر خانواده دیگر راحت شوند

با آزاد کردن این مولکول.

(خنده)

و با این زیرنویس:

[بیایید حمله کنیم.]

(خنده)

بیایید یک حمله ترتیب بدهیم.

و ناگهان همه در
یکلحظه پاسخ میدهند

بهوسیله آزاد کردن سمی که
خانواده دیگر را خواهد کشت.

[قلعوقمع کنید!]

(خنده)

کاپولتها با اعلان یک
ضدحمله پاسخ میدهند.

[ضدحمله!]

و میجنگند.

این ویدیویی است از باکتریهای واقعی که
با اندامکهای شمشیرمانندشان دوئل میکنند،

در آن سعی میکنند
یکدیگر را بکشند

با زخمی کردن و پاره کردن
یکدیگر به معنای واقعی کلمه.

هر خانوادهای که این جنگ را
میبرد، باکتری غالب میشود.

پس کاری که من میتوانم بکنم این است
که گفتوگوی باکتریایی را کشف کنم

که به رفتار جمعی
متفاوتی منجر میشود

مثل مبارزهای که اکنون دیدید.

و کاری که من انجام دادم این
بود که جاسوسی جوامع باکتریایی

درون بدن انسان را بکنم

در بیمارانی که در بیمارستان هستند.

من شصتودو بیمار را
در تحقیقی پیگیری کردم،

که در آن نمونههای بیماران را
برای عفونت خاصی بررسی کردم،

بدون دانستن نتایج
آزمایش تشخیص سنتی.

حالا، در تشخیصهای باکتریایی،

نمونهای روی صفحهای پخش میشود،

و اگر باکتریها در
طول پنج روز رشد کنند،

بیمار دارای عفونت
تشخیص داده میشود.

وقتیکه مطالعهام را به پایان
رساندم و نتایج ابزار را با

آزمایش تشخیص سنتی و آزمون
اعتباریابی مقایسه کردم،

شوکه شده بودم.

بسیار بیشتر از آنکه انتظارش
را داشتم شگفتانگیز بود.

اما قبل از گفتن اینکه
ابزار چه چیزی افشا کرد،

میخواهم در مورد بیمار خاصی
که پیگیرش بودم صحبت کنم،

دختری جوان.

او فیبروز سیستیک داشت،

بیماری ژنتیکی که ریه او را مستعد
ابتلا به عفونتهای باکتریایی کرده بود.

این دختر بخشی از
آزمون بالینی ما نبود.

من او را پیگیری کردم چراکه
بر اساس مدارک پزشکی او فهمیدم

او هرگز پیشازاین
عفونتی نداشته است.

ماهی یکبار، این دختر
به بیمارستان میرفت

تا نمونهای از مخاط خود
را درون ظرفی سرفه کند.

این نمونه برای بررسی
باکتریایی به آزمایشگاه مرکزی

انتقال داده میشد

تا پزشکان بتوانند درصورتیکه
عفونتی کشف شد سریعاً واکنش دهند.

و این اجازه داد تا دستگاهم
را بر روی نمونه او نیز آزمایش کنم.

دو ماه اولی که نمونه او را
میسنجیدم؛ چیزی وجود نداشت.

اما در ماه سوم،

در نمونه او کمی پچپچ
باکتریایی کشف کردم.

باکتریها در حال سازماندهی برای
آسیب زدن به بافت ریه او بودند.

اما شیوه سنتی تشخیص هیچ
باکتری را تشخیص نداد.

من ماه بعد دوباره
اندازهگیری کردم،

و میتوانستم ببینم که گفتوگوی
باکتریها حتی تهاجمآمیزتر شده است.

هنوز روش تشخیص سنتی
چیزی را نشان نمیداد.

مطالعه من به پایان رسید اما شش
ماه بعد وضعیت او را پیگیری کردم

تا ببینم آیا باکتریهایی که
تنها من در موردشان میدانستم

بدون مداخله درمانی ناپدید شدهاند.

خیر.

بلکه آن دختر مبتلا به یک
عفونت شدید با یک باکتری کشنده

تشخیص داده شده بود.

همان باکتری بود که ابزار
من پیشتر کشف کرده بود.

و علیرغم درمان
شدید آنتیبیوتیکی،

غیرممکن بود که عفونت
را ریشهکن کنیم.

پزشکان براین باور بودند که
او سیسالگیاش را نخواهد دید.

وقتی من نمونه این
دختر را آزمایش کردم،

ابزارم هنوز در مراحل اولیه بود.

حتی نمیدانستم که آیا
روش من کار خواهد کرد،

بنابراین قراردادی
با پزشکان داشتم که

به آنها نگویم ابزارم
چه چیزی نشان داده

تا درمان ایشان را تعدیل نکند.

پس وقتیکه این نتایج را دیدم؛
که حتی اعتبارسنجی نشده بودند،

جرات نکردم که بگویم

چراکه درمان یک بیمار
بدون عفونت واقعی

نیز عواقب منفی برای بیمار دارد.

اما اکنون ما بیشتر میدانیم،

و هنوز دختران و پسران جوان زیادی
وجود دارند که میتوانند نجات یابند

چون متأسفانه این سناریو
اغلب اتفاق میافتد.

بیماران دچار عفونت میشوند،

باکتریها بهگونهای در آزمایش
تشخیص سنتی دیده نمیشوند،

و ناگهان، عفونت با علائم
شدیدی خودش را نشان میدهد.

و در آن لحظه، دیگر
خیلی دیر شده است.

نتیجه شگفتآور از ۶۲
بیماری که پیگیری کردم

این بود که دستگاهم در بیش
از نیمی از نمونههای بیماران

که بهوسیله روشهای سنتی
منفی ارزیابیشده بودند

گفتوگوی باکتریایی را تشخیص داد.

بهبیاندیگر بیش از نیمی از آن بیماران
به خانه رفتند درحالیکه فکر میکردند

عاری از عفونت هستند،

درحالیکه درواقع حامل
باکتریهای خطرناکی بودند.

درون این بیمارانی که
تشخیص اشتباه خورده بودند،

باکتریها در حال سامان دادن
به حملهای همگام بودند.

با یکدیگر نجوا میکردند.

چیزی که من «باکتری
نجواگر» مینامم

باکتریهایی هستند که روشهای
سنتی قادر به تشخیصشان نیستند.

تاکنون، تنها همین ابزار ترجمه است
که میتواند این نجواها را درک کند.

من معتقدم که این بازه زمانی
که باکتریها هنوز نجوا میکنند

پنجره فرصتی است
برای درمان هدفمند.

و اگر آن دختر در خلال این
پنجره فرصت درمان میشد،

ممکن بود که بتوانیم باکتریها
را در مراحل اولیهشان

بکشیم،

قبل از اینکه عفونت
از کنترل خارج شود.

چیزی که با این دختر جوان تجربه کردم مرا
واداشت که هر کاری را که میتوانم انجام دهم

تا این فناوری را به بیمارستانها وارد کنم.

همراه با پزشکان،

در حال حاضر بر روی پیادهسازی
این ابزار در کلینیکها کار میکنم

تا عفونتهای نوپا را شناسایی کنیم.

با اینکه هنوز مشخص نیست که پزشکان
چطور میتوانند در دوره نجوا کردن

بیماران را مداوا کنند،

این ابزار میتواند به پزشکان کمک کند تا با
دقت بیماران درخطر را زیرنظر بگیرند.

میتواند به آنها کمک کند که تأیید
کنند آیا درمان مؤثر بوده یا خیر،

و میتواند به سؤالات
سادهای پاسخ دهد:

آیا بیمار عفونت دارد؟

باکتریها چه میخواهند بکنند؟

باکتریها حرف میزنند،

نقشههای پنهانی میسازند،

و اطلاعات محرمانهای
را باهم ردوبدل میکنند.

اما نه تنها میتوانیم آنها
را موقع نجوا کردن بگیریم،

بلکه میتوانیم زبان مخفی
آنها را نیز یاد بگیریم

و نجوا کنندگان
باکتریایی خودمان بشویم

و همانطور که
باکتریها خواهند گفت،

«۳-اکسو-سی ۱۲-آنیلاین»

(خنده)

(تشویق)

متشکرم.