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← 为了更早地发现疾病,让我们来谈谈细菌的秘密语言

细菌互相“交谈”,发送化学信息来协调攻击。如果我们能听到它们在说什么呢?纳米物理学家法提麦·阿扎拉·阿特拉齐(Fatima AlZahra'a Alatraktchi)发明了一种工具来监视细菌的喋喋不休,并将它们的秘密交流转化为人类语言。她的工作可能为疾病的早期诊断——甚至在我们生病之前——铺平道路。

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Showing Revision 11 created 06/09/2019 by Yolanda Zhang.

  1. 你不认识它们。
  2. 你看不见它们。
  3. 但它们一直都在周围,
  4. 窃窃私语,
  5. 秘密计划,
  6. 以百万兵力建造军队。
  7. 但它们决定进攻时,
  8. 它们同一时间一哄而上。
  9. 我在说的是细菌。
  10. (大笑)

  11. 你们以为我在说谁?

  12. 细菌生活的社群就和人类一样。

  13. 它们有家庭,
  14. 它们交谈,
  15. 还会做行动计划。
  16. 也像人类一样,它们耍花招,
  17. 有些甚至互相欺骗。
  18. 如果我告诉你,
    我们可以听懂细菌的对话,
  19. 并把它们的机密信息
    翻译成人类语言呢?
  20. 如果我告诉你,
    翻译细菌语言可以挽救生命呢?
  21. 我拥有纳米物理学博士学位,
  22. 我使用纳米技术
    开发了一个实时翻译工具,
  23. 可以监视细菌群落,
  24. 记录细菌在做什么。
  25. 细菌无处不在。

  26. 它们在土壤中,在我们的家具上,
  27. 在我们的身体里。
  28. 事实上,这个剧院里
    有90%的活细胞是细菌。
  29. 有些细菌对我们是好的,
  30. 它们帮助我们消化食物
    或生产抗生素。
  31. 有些细菌对我们有害,
  32. 它们会造成疾病和死亡。
  33. 要协调所有细菌的功能,
  34. 它们必须能够组织起来,
  35. 方法与人类别无二致——
  36. 通过交谈。
  37. 不同于使用语言,
  38. 它们使用信号分子互相交流。
  39. 当细菌不多时,
  40. 信号分子就会流失,
  41. 就像沙漠中一个人的尖叫。
  42. 但当细菌很多时,
    信号分子聚集起来,
  43. 细菌觉察到它们并不孤单。
  44. 它们互相倾听。
  45. 通过这种方式,它们跟踪集群的数量,
  46. 当它们足够多时,就开始一个新的行动。
  47. 当信号分子已经达到一定的阈值,
  48. 所有的细菌会同时感知它们需要
  49. 同步行动。
  50. 细菌的交流包括
    自发行动和被动反应,

  51. 生产一个分子以及对分子的反应。
  52. 在我的研究中,我专注于监听细菌菌落
  53. 在人体中的活动。
  54. 它们如何工作的?
  55. 我们会拿一个病人的样本。
  56. 可能是血液或唾液样本。
  57. 我们把电子射入样本,
  58. 电子会和任何可沟通分子互动,
  59. 这种互动会给我们信息
  60. 来确认细菌种类,
  61. 它们交谈的类型
  62. 以及有多少细菌在交谈。
  63. 细菌在交谈时是什么样的呢?

  64. 在我开发这个翻译工具之前,
  65. 我最早猜测细菌会有一种原始的语言,
  66. 就像没有发育出
    表达单词和句子能力的婴儿。
  67. 当它们笑,就是开心;
    当它们哭,就是难过。
  68. 就像这样简单。
  69. 但事实证明,
    细菌可不像我想象的那样原始。

  70. 一个分子不仅仅是一个分子。
  71. 根据具体情境,
    它们可以有不同的含义,
  72. 就像婴儿的哭泣
    可以表示不同的事情:
  73. 有时是这个婴儿饿了,
  74. 有时是尿湿了,
  75. 有时是受伤了或害怕了。
  76. 父母知道怎么解码它们的哭泣。
  77. 要做一个真正的翻译工具,
  78. 它必须能够解码信号分子
  79. 并根据上下文翻译。
  80. 谁知道呢?
  81. 也许谷歌翻译很快会采用。
  82. (大笑)

  83. 我来举一个例子。

  84. 我带来了一些细菌数据,
    它们可能有点难以理解,
  85. 如果你没有经过训练的话,
  86. 不过试着看一下。
  87. (大笑)

  88. 这是一个感染了病人的快乐细菌家族。

  89. 就叫它们蒙太古家吧。
  90. 它们分享资源,再生产,繁衍。
  91. 一天,它们来了一个新邻居,
  92. 细菌凯普莱特家。
  93. (大笑)

  94. 只要它们能和谐相处,一切都没问题。

  95. 但接着一些计划外的事发生了。
  96. 蒙太古家的罗密欧
    和凯普莱特家的朱丽叶在一起了。
  97. (大笑)

  98. 而且,它们分享了基因物质。

  99. (大笑)

  100. 而这个转移基因
    对蒙太古家是一个威胁,

  101. 会打乱它们要独占
    这个感染病人的计划,
  102. 而分享的基因会帮助
  103. 凯普莱特家发展对抗生素的耐药性。
  104. 所以蒙太古家族开始内部对话,
    想要通过释放这个分子
  105. 来摆脱另一个家族。
  106. (大笑)

  107. 而且有主题:

  108. 【让我们协调进攻。】

  109. (大笑)

  110. 让我们协调进攻。

  111. 然后每个人立刻释放出
  112. 一种毒药,来杀死另一个家庭。
  113. 【清除!】

  114. (大笑)

  115. 凯普莱特人则要求反击。

  116. 【反击!】

  117. 然后它们发动了战争。

  118. 这是一段真实的细菌
    与剑状细胞器搏斗的视频,

  119. 它们试图通过
  120. 互相刺穿和撕裂杀死对方。
  121. 谁的家族赢得了这场战斗,
    就将成为占统治地位的细菌。
  122. 所以我能做的就是监听细菌的对话,

  123. 这些对话会导致不同的集体行为,
  124. 就像你刚才看到的打斗。
  125. 我要做的就是监视
  126. 在医院病人体内的
  127. 细菌群落。
  128. 在一项实验中,我跟踪了62名患者,
  129. 在不知道传统诊断测试结果的情况下,
  130. 我对患者样本进行了
    一种特定感染的测试。
  131. 当前,细菌诊断学的方法是,

  132. 把样本涂在玻片上,
  133. 如果细菌在五天内生长出来,
  134. 病人就被诊断为感染。
  135. 当我完成研究,并将工具结果
  136. 与传统的诊断测试和
    验证测试进行比较时,
  137. 我震惊了。
  138. 这比我想象的更令人吃惊。
  139. 但在我告诉你这个工具揭示了什么之前,

  140. 我想告诉你一个
    我跟踪的病人的具体情况,
  141. 一个年轻女孩。
  142. 她得了囊性纤维化,
  143. 这是一种遗传疾病,
    导致她的肺部疾病易受细菌感染。
  144. 这个女孩没有参与临床试验。
  145. 我跟踪她是因为,
    我从她的医疗记录中
  146. 得知她以前从未感染过。
  147. 这个女孩每个月去医院一次,
  148. 把她咳出的痰样本吐在杯子里。
  149. 这个样本被转移到中央实验室
  150. 进行细菌分析,
  151. 这样医生们就可以在
    发现感染时迅速采取行动。
  152. 这也让我有机会
    用她的样本测试我的设备。
  153. 头两个月,我在她的样本中
    什么都没发现。

  154. 但第三个月,
  155. 我在她的样本中发现
    一些细菌在说个不停。
  156. 细菌正在协同破坏她的肺组织。
  157. 但传统的诊断显示根本没有细菌。
  158. 下一个月我再次测试,
  159. 我可以看到细菌的对话
    变得更加激烈。
  160. 然而,传统的诊断
    还没有显示出任何结果。
  161. 我的研究结束了,但半年后,
    我对她的病情进行了追踪,
  162. 想看看在没有医疗干预的情况下,
  163. 这种只有我知道的细菌
    是否已经消失了。
  164. 它们并没有。
  165. 但那女孩现在被诊断出
  166. 严重感染致命细菌。
  167. 而这正是我的工具
    早些时候发现的细菌。
  168. 尽管进行了积极的抗生素治疗,
  169. 仍然不可能根除感染。
  170. 医生认为她活不过30岁。
  171. 当我测量这个女孩的样本时,

  172. 我的工具还处于初级阶段。
  173. 我甚至不知道我的方法是否有效,
  174. 因此我与医生达成协议,
  175. 不告诉他们我的工具揭示了什么,
  176. 以免影响他们的治疗。
  177. 所以当我看到这些结果
    甚至没有得到证实时,
  178. 我不敢说出来,
  179. 因为治疗一个没有感染的病人
  180. 也会对病人产生负面影响。
  181. 但现在我们知道得更多了,
  182. 还有很多年轻的男孩女孩们可以被救,
  183. 因为,不幸的是,这种情况经常发生。
  184. 病人被感染了,
  185. 在传统的诊断测试中没有发现细菌,
  186. 突然间,感染在有严重症状的
    病人身上爆发了。
  187. 但到了这个时候,已经太迟了。
  188. 在我随访的62名患者中,
    令人惊讶的结果是,

  189. 我的设备在半数以上患者样本中
  190. 捕捉到了细菌对话,
  191. 而这些患者在传统方法中
    都被诊断为阴性。
  192. 换句话说,这些病人中
    有一半以上回家时
  193. 认为自己没有感染,
  194. 尽管他们实际上携带着危险的细菌。
  195. 在这些被误诊的病人体内,
  196. 细菌正在协调一种同步的攻击。
  197. 它们互相私语。
  198. 我所说的“窃窃私语细菌”
  199. 是传统方法无法诊断的细菌。
  200. 到目前为止,只有翻译工具
    才能捕捉到这些窃窃私语。
  201. 我相信,细菌仍在窃窃私语的时间范围
  202. 是靶向治疗的机会之窗。
  203. 如果那个女孩在这段时间内接受治疗,
  204. 则有可能在感染扩散之前
  205. 在细菌的初始阶段
  206. 消灭它们。
  207. 我和这个小女孩的经历
    让我决定要尽我所能

  208. 把这项技术推广到医院。
  209. 和医生们一起,
  210. 我已经开始在诊所里使用这个工具
  211. 来诊断早期感染。
  212. 虽然还不清楚医生在窃窃私语阶段

  213. 应该如何治疗病人,
  214. 但这个工具可以帮助医生
    密切关注处于危险中的病人。
  215. 它可以帮助他们确认治疗是否有效,
  216. 还可以帮助回答一些简单的问题:
  217. 患者是否被感染了?
  218. 这些细菌在做什么?
  219. 细菌在说话,

  220. 进行秘密计划,
  221. 互相发送机密信息。
  222. 但我们不仅可以捕捉它们的窃窃私语,
  223. 还可以学会它们的秘密语言,
  224. 让我们自己成为细菌语者。
  225. 正如细菌所说,
  226. "3-oxo-C12-aniline."
  227. (大笑)

  228. (鼓掌)

  229. 谢谢。