Aby wcześniej wykryć choroby, rozmawiajmy tajnym językiem bakterii

Bakterie „rozmawiają” ze sobą, wysyłając informacje chemiczne w celu koordynowania ataków. A gdybyśmy tak mogli posłuchać, co mówią? Nanofizyk Fatima Alzahra'a Alatraktchi wynalazła narzędzie do szpiegowania rozmów bakterii i przekładania ich tajnej komunikacji na język ludzki. Jej praca mogłaby utorować drogę do wczesnej diagnozy choroby - zanim nawet zachorujemy.

Nie znacie ich.

Nie można ich zobaczyć.

Ale zawsze są w pobliżu,

szepczą,

tworzą sekretne plany,

budują armię z milionów żołnierzy.

A kiedy zdecydują się zaatakować,

wszyscy uderzają jednocześnie.

Mówię o bakteriach.

(Śmiech)

A o kim według was mówiłam?

Bakterie żyją w populacjach,
tak samo jak ludzie.

Mają rodziny,

rozmawiają,

planują swoje zajęcia.

Tak jak ludzie potrafią nabrać, oszukać,

a niektóre nawet zdradzać siebie nawzajem.

A jeśli wam powiem,
że możemy słuchać rozmów bakterii

i tłumaczyć ich tajne
informacje na nasz język?

Co wy na to, że tłumaczenie
rozmów bakterii może ratować życie?

Mam doktorat z nanofizyki,

i używam nanotechnologii,
aby stworzyć narzędzie do tłumaczenia

mogące śledzić bakterie
w czasie rzeczywistym

i przekazać nagrania
pokazujące, co bakterie knują.

Bakterie są wszędzie.

Są w ziemi, na naszych meblach,

w naszych ciałach.

Tak naprawdę, 90 procent wszystkich
żywych komórek na tej sali to bakterie.

Niektóre bakterie są dobre,

pomagają nam trawić jedzenie
albo wyprodukować antybiotyk.

Niektóre bakterie są dla nas szkodliwe,

powodują choroby i zabijają.

Aby skoordynować wszystkie funkcje,

bakterie muszą umieć organizować,

i robią to tak jak ludzie,

komunikując się.

Ale zamiast używać słów,

używają cząsteczek sygnalizujących
do komunikacji między sobą.

Kiedy bakterii jest mało,

cząsteczki te po prostu rozchodzą się,

jak krzyk samotnego człowieka na pustyni.

Ale kiedy jest dużo bakterii,
cząsteczki sygnalizujące gromadzą się

i bakterie zaczynają wyczuwać,
że nie są same.

Słuchają siebie.

W ten sposób sprawdzają, ile ich jest.

A gdy jest ich wystarczająco dużo,
aby mogły działać,

a cząsteczki sygnalizujące
osiągną daną ilość,

wszystkie bakterie czują jednocześnie,
że muszą działać tak samo.

Rozmowy bakterii dotyczą
inicjatyw i reakcji,

produkcji cząsteczki
i reakcji na tą zmianę.

Moje badania koncentrują się
na szpiegowaniu populacji bakterii

w ciele człowieka.

Jak to się robi?

Mamy próbkę od pacjenta.

Może to być krew lub ślina.

Do próbki wstrzykujemy elektrony,

elektrony współpracują z każdą obecną
i porozumiewającą się cząsteczką,

i ta współpraca dostarcza nam informacji

o pochodzeniu bakterii,

rodzaju komunikacji

i ilości porozumiewających się bakterii.

Ale jak wygląda ich komunikacja?

Zanim stworzyłam to narzędzie,

moim pierwszym założeniem było,
że bakterie mają prymitywny język,

jak niemowlęta nieumiejące jeszcze
używać słów i zdań.

Kiedy się śmieją, są szczęśliwe,
kiedy płaczą, są smutne.

Proste.

Ale bakterie okazały się
dużo mniej prymitywne niż myślałam.

Cząsteczka nie jest jedynie cząsteczką.

Może oznaczać wiele rzeczy
w zależności od sytuacji,

tak jak płacz niemowląt
może mieć różne przyczyny:

czasem niemowie jest głodne,

czasem jest mu mokro,

czasem coś je boli albo się czegoś boi.

Rodzice umieją odczytać przyczyny płaczu.

Żeby być narzędziem do tłumaczeń,

musiałam umieć odczytać
cząsteczki sygnalizujące

i przetłumaczyć je
w zależności od sytuacji.

Kto wie?

Może Google Translator też się dopasuje.

(Śmiech)

Pozwólcie, że podam przykład.

Przyniosłam trochę
trudnych do zrozumienia danych

dla osób nieprzeszkolonych,
ale popatrzcie.

(Śmiech)

Tutaj jest rodzina bakterii,
która zainfekowała pacjenta.

Nazwijmy ją rodziną Monteki.

Dzielą się zasobami,
rozmnażają się i rosną.

Pewnego dnia, pojawia się nowy sąsiad,

bakteryjna rodzina Kapuletów.

(Śmiech)

Wszystko jest w porządku,
dopóki ze sobą współpracują.

Ale nagle dzieje się coś nieplanowanego.

Romeo Monteki wchodzi
w związek z Julią z rodziny Kapuletów.

(Śmiech)

Dzielą się materiałem genetycznym.

(Śmiech)

Transfer genów jest
niebezpieczny dla rodziny Monteki,

bo chcą być jedyną rodziną
w zainfekowanym pacjencie,

i dzielenie genów pomaga

Kapuletom wykształcić
odporność na antybiotyki.

Więc rodzina Monteki zaczyna działać,
aby pozbyć się tej drugiej rodziny

poprzez uwolnienie tej cząsteczki.

(Śmiech)

A z napisami:

[Pozwólcie nam zaatakować.]

(Śmiech)

Pozwólcie nam zaatakować.

I wtedy wszyscy jednocześnie odpowiadają

wypuszczeniem trucizny,
która zabije tamtą rodzinę.

[Wyeliminować!]

(Śmiech)

Rodzina Kapuletów odpowiada
wezwaniem do kontrataku.

[Kontratakujcie!]

I mają wojnę.

To wideo pokazuje prawdziwe bakterie
uzbrojone w organella przypominające broń,

kiedy próbują się pozabijać

przez dosłowne dźgnięcia
i wzajemne rozrywanie siebie.

Rodzina bakterii, która wygra tę bitwę
zacznie dominować.

Mogę odczytać rozmowy bakterii

prowadzące do grupowych zachowań,

takich jak ta walka.

Zrobiłam to, szpiegując populacje bakterii

w ciałach pacjentów w szpitalu.

W eksperymencie obserwowałam 62 pacjentów,

testując próbki pobrane od nich
na jedną konkretną infekcję,

nie znając wyników
tradycyjnych testów diagnostycznych.

W bakteryjnej diagnostyce

próbka jest rozprowadzana na płytce

i jeśli bakterie się wyhodują
w ciągu pięciu dni,

pacjent jest zdiagnozowany jako zarażony.

Po skończeniu badań i porównaniu wyników

z tradycyjnymi wynikami testów
walidacyjnych i diagnostycznych,

byłam zszokowana.

To było o wiele bardziej zdumiewające,
niżbym to kiedykolwiek przewidziała.

Ale zanim powiem,
co to urządzenie ujawniło,

Chciałabym opowiedzieć o pacjentce,
którą śledziłam,

pewnej dziewczynce.

Chorowała na mukowiscydozę,

chorobę genetyczną, przez którą płuca
są bardziej podatne na infekcje.

Dziewczynka nie była częścią
badań klinicznych.

Śledziłam jej chorobę,
bo dokumentacja medycznej wskazywała,

że nigdy wcześniej nie miała infekcji.

Co miesiąc była w szpitalu,

aby oddać próbki śliny.

Próbka do analizy bakteryjnej
była wysyłana

do głównego laboratorium,

aby lekarze mogli szybko działać
w razie wykrycia infekcji.

Pozwalało mi to jednocześnie
testować moje urządzenie.

Przez pierwsze dwa miesiące
moje badania niczego nie wykryły.

Ale trzeciego miesiąca,

zauważyłam jakieś rozmowy bakterii.

Bakterie współpracowały,
aby zniszczyć jej tkanki płucne.

Tradycyjna diagnostyka
nie wykrywała żadnych bakterii.

Zrobiłam kolejne badanie miesiąc później

i widziałam, że komunikacja
bakterii się nasiliła.

Tak jak wcześniej tradycyjna
diagnostyka nic nie wykryła.

Wtedy zakończyłam badania.
Pół roku później sprawdziłam jej stan,

aby sprawdzić, czy bakterie
o których tylko ja wiedziałam, zniknęły

bez żadnej medycznej interwencji.

Nie zniknęły.

A u dziewczynki
zdiagnozowano ciężkie zakażenie

śmiertelną bakterią.

To była ta sama bakteria,
którą wcześniej wykryło moje narzędzie.

Mimo intensywnej kuracji antybiotykowej,

nie udało się zwalczyć zakażenia.

Lekarze uznali, że nie dożyje dwudziestki.

Kiedy testowałam próbki tej dziewczynki,

moje narzędzie było w początkowej fazie.

Nawet nie wiedziałam,
czy moja metoda działa,

dlatego uzgodniłam z lekarzami,

że nie będę mówić o moich wynikach,

żeby nie narażać na szwank ich leczenia.

Więc kiedy zobaczyłam wyniki,
które nie były zatwierdzone,

nie śmiałam ich informować,

bo leczenie pacjenta
bez faktycznej infekcji

też ma negatywne skutki dla pacjenta.

Teraz wiemy lepiej.

Jest tyle młodych chłopców i dziewczynek,
których możemy uratować,

bo niestety taki scenariusz
często się powtarza.

Pacjenci są zarażani,

bakterie nie są wykrywane
tradycyjnymi metodami

i nagle infekcja rozprzestrzenia się
z ciężkimi objawami w pacjencie.

A w tym momencie, jest już za późno.

Zaskakujące było to, że spośród 62
pacjentów, których obserwowałam,

moje urządzenie wykryło rozmowy bakterii

w ponad połowie próbek pacjentów

zdiagnozowanych negatywnie
tradycyjnymi metodami.

Innymi słowy, więcej niż połowa
tych pacjentów wróciła do domu, myśląc,

że nie mieli infekcji,

mimo że byli nosicielami
niebezpiecznych bakterii.

Wewnątrz tych źle
zdiagnozowanych pacjentów,

bakterie koordynowały jednoczesny atak.

Szeptały do siebie.

"Szeptającymi bakteriami" nazywam

bakterie, które nie są
diagnozowane tradycyjnymi metodami.

Jak dotąd, tylko to narzędzie
potrafi wykryć te szepty.

Wierzę, że czas kiedy
bakterie wciąż szepczą,

jest szansą na ukierunkowane leczenie.

Gdyby ta dziewczynka
była leczona w tej ramie czasowej,

być może zabicie bakterii byłoby możliwe

w początkowej fazie,

zanim infekcja wymknęła się spod kontroli.

Doświadczenie z dziewczynką skłoniło mnie
do zrobienia wszystkiego, co w mojej mocy,

aby wprowadzić tą technologię do szpitali.

Wraz z lekarzami

już pracuję nad wdrażaniem
tego narzędzia w klinikach,

aby rozpoznawać wczesne infekcje.

Mimo że jeszcze nie wiadomo,
jak lekarze powinni leczyć pacjentów,

podczas fazy szeptania bakterii,

to narzędzie może pomóc lekarzom
mieć oko na pacjentów z ryzykiem infekcji.

Mogłoby pomóc lekarzom potwierdzić,
czy leczenie się udało lub nie,

i pomóc odpowiedzieć na proste pytania:

Czy pacjent jest zarażony?

Jakie są zamiary bakterii?

Bakterie rozmawiają,

knują sekretne plany

i wysyłają do siebie poufne informacje.

Możemy zrobić więcej
niż tylko wykrywać ich szeptanie,

możemy się nauczyć ich sekretnego języka

i stać się szeptem bakterii,

I tak jak bakterie powiedzieć,

"3-okso-C12-anilina."

(Śmiech)

(Brawa)

Dziękuję