为了更早地发现疾病,让我们来谈谈细菌的秘密语言
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0:02 - 0:03你不认识它们。
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0:04 - 0:05你看不见它们。
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0:06 - 0:08但它们一直都在周围,
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0:09 - 0:11窃窃私语,
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0:11 - 0:13秘密计划,
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0:14 - 0:17以百万兵力建造军队。
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0:19 - 0:21但它们决定进攻时,
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0:21 - 0:24它们同一时间一哄而上。
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0:27 - 0:29我在说的是细菌。
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0:29 - 0:30(大笑)
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0:30 - 0:32你们以为我在说谁?
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0:34 - 0:38细菌生活的社群就和人类一样。
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0:38 - 0:39它们有家庭,
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0:39 - 0:40它们交谈,
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0:40 - 0:42还会做行动计划。
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0:42 - 0:45也像人类一样,它们耍花招,
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0:45 - 0:47有些甚至互相欺骗。
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0:48 - 0:52如果我告诉你,
我们可以听懂细菌的对话, -
0:52 - 0:56并把它们的机密信息
翻译成人类语言呢? -
0:56 - 1:01如果我告诉你,
翻译细菌语言可以挽救生命呢? -
1:03 - 1:04我拥有纳米物理学博士学位,
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1:04 - 1:09我使用纳米技术
开发了一个实时翻译工具, -
1:09 - 1:11可以监视细菌群落,
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1:11 - 1:14记录细菌在做什么。
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1:16 - 1:18细菌无处不在。
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1:18 - 1:20它们在土壤中,在我们的家具上,
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1:20 - 1:21在我们的身体里。
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1:22 - 1:27事实上,这个剧院里
有90%的活细胞是细菌。 -
1:28 - 1:29有些细菌对我们是好的,
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1:29 - 1:33它们帮助我们消化食物
或生产抗生素。 -
1:33 - 1:35有些细菌对我们有害,
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1:35 - 1:37它们会造成疾病和死亡。
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1:38 - 1:40要协调所有细菌的功能,
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1:40 - 1:42它们必须能够组织起来,
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1:42 - 1:44方法与人类别无二致——
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1:44 - 1:46通过交谈。
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1:47 - 1:48不同于使用语言,
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1:48 - 1:51它们使用信号分子互相交流。
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1:52 - 1:53当细菌不多时,
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1:53 - 1:56信号分子就会流失,
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1:56 - 1:59就像沙漠中一个人的尖叫。
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2:00 - 2:04但当细菌很多时,
信号分子聚集起来, -
2:04 - 2:07细菌觉察到它们并不孤单。
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2:07 - 2:09它们互相倾听。
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2:09 - 2:12通过这种方式,它们跟踪集群的数量,
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2:12 - 2:16当它们足够多时,就开始一个新的行动。
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2:17 - 2:20当信号分子已经达到一定的阈值,
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2:20 - 2:24所有的细菌会同时感知它们需要
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2:24 - 2:25同步行动。
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2:26 - 2:30细菌的交流包括
自发行动和被动反应, -
2:30 - 2:33生产一个分子以及对分子的反应。
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2:35 - 2:38在我的研究中,我专注于监听细菌菌落
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2:38 - 2:40在人体中的活动。
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2:40 - 2:42它们如何工作的?
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2:42 - 2:44我们会拿一个病人的样本。
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2:44 - 2:47可能是血液或唾液样本。
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2:47 - 2:50我们把电子射入样本,
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2:50 - 2:54电子会和任何可沟通分子互动,
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2:54 - 2:56这种互动会给我们信息
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2:56 - 2:58来确认细菌种类,
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2:58 - 3:00它们交谈的类型
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3:00 - 3:02以及有多少细菌在交谈。
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3:04 - 3:07细菌在交谈时是什么样的呢?
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3:08 - 3:11在我开发这个翻译工具之前,
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3:11 - 3:15我最早猜测细菌会有一种原始的语言,
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3:15 - 3:19就像没有发育出
表达单词和句子能力的婴儿。 -
3:19 - 3:22当它们笑,就是开心;
当它们哭,就是难过。 -
3:22 - 3:23就像这样简单。
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3:24 - 3:28但事实证明,
细菌可不像我想象的那样原始。 -
3:29 - 3:31一个分子不仅仅是一个分子。
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3:31 - 3:34根据具体情境,
它们可以有不同的含义, -
3:34 - 3:37就像婴儿的哭泣
可以表示不同的事情: -
3:37 - 3:39有时是这个婴儿饿了,
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3:39 - 3:40有时是尿湿了,
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3:40 - 3:42有时是受伤了或害怕了。
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3:42 - 3:45父母知道怎么解码它们的哭泣。
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3:46 - 3:47要做一个真正的翻译工具,
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3:47 - 3:51它必须能够解码信号分子
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3:51 - 3:55并根据上下文翻译。
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3:55 - 3:57谁知道呢?
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3:57 - 3:59也许谷歌翻译很快会采用。
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3:59 - 4:01(大笑)
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4:02 - 4:04我来举一个例子。
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4:04 - 4:08我带来了一些细菌数据,
它们可能有点难以理解, -
4:08 - 4:09如果你没有经过训练的话,
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4:09 - 4:10不过试着看一下。
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4:12 - 4:13(大笑)
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4:15 - 4:18这是一个感染了病人的快乐细菌家族。
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4:20 - 4:22就叫它们蒙太古家吧。
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4:24 - 4:27它们分享资源,再生产,繁衍。
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4:28 - 4:30一天,它们来了一个新邻居,
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4:33 - 4:34细菌凯普莱特家。
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4:34 - 4:36(大笑)
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4:36 - 4:39只要它们能和谐相处,一切都没问题。
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4:40 - 4:43但接着一些计划外的事发生了。
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4:44 - 4:49蒙太古家的罗密欧
和凯普莱特家的朱丽叶在一起了。 -
4:49 - 4:50(大笑)
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4:51 - 4:54而且,它们分享了基因物质。
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4:54 - 4:56(大笑)
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4:59 - 5:01而这个转移基因
对蒙太古家是一个威胁, -
5:01 - 5:05会打乱它们要独占
这个感染病人的计划, -
5:05 - 5:07而分享的基因会帮助
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5:07 - 5:10凯普莱特家发展对抗生素的耐药性。
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5:12 - 5:16所以蒙太古家族开始内部对话,
想要通过释放这个分子 -
5:16 - 5:18来摆脱另一个家族。
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5:19 - 5:20(大笑)
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5:21 - 5:22而且有主题:
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5:22 - 5:24【让我们协调进攻。】
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5:24 - 5:25(大笑)
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5:26 - 5:27让我们协调进攻。
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5:29 - 5:32然后每个人立刻释放出
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5:32 - 5:37一种毒药,来杀死另一个家庭。
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5:37 - 5:38【清除!】
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5:40 - 5:42(大笑)
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5:43 - 5:48凯普莱特人则要求反击。
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5:48 - 5:49【反击!】
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5:49 - 5:50然后它们发动了战争。
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5:52 - 5:57这是一段真实的细菌
与剑状细胞器搏斗的视频, -
5:57 - 5:58它们试图通过
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5:58 - 6:01互相刺穿和撕裂杀死对方。
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6:03 - 6:07谁的家族赢得了这场战斗,
就将成为占统治地位的细菌。 -
6:08 - 6:12所以我能做的就是监听细菌的对话,
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6:12 - 6:14这些对话会导致不同的集体行为,
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6:14 - 6:15就像你刚才看到的打斗。
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6:16 - 6:19我要做的就是监视
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6:19 - 6:21在医院病人体内的
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6:21 - 6:22细菌群落。
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6:23 - 6:25在一项实验中,我跟踪了62名患者,
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6:25 - 6:29在不知道传统诊断测试结果的情况下,
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6:29 - 6:32我对患者样本进行了
一种特定感染的测试。 -
6:32 - 6:37当前,细菌诊断学的方法是,
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6:37 - 6:39把样本涂在玻片上,
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6:39 - 6:42如果细菌在五天内生长出来,
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6:42 - 6:44病人就被诊断为感染。
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6:46 - 6:49当我完成研究,并将工具结果
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6:49 - 6:52与传统的诊断测试和
验证测试进行比较时, -
6:52 - 6:53我震惊了。
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6:53 - 6:57这比我想象的更令人吃惊。
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6:58 - 7:00但在我告诉你这个工具揭示了什么之前,
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7:00 - 7:03我想告诉你一个
我跟踪的病人的具体情况, -
7:03 - 7:04一个年轻女孩。
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7:05 - 7:06她得了囊性纤维化,
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7:06 - 7:10这是一种遗传疾病,
导致她的肺部疾病易受细菌感染。 -
7:11 - 7:13这个女孩没有参与临床试验。
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7:13 - 7:16我跟踪她是因为,
我从她的医疗记录中 -
7:16 - 7:18得知她以前从未感染过。
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7:19 - 7:22这个女孩每个月去医院一次,
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7:22 - 7:24把她咳出的痰样本吐在杯子里。
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7:25 - 7:28这个样本被转移到中央实验室
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7:28 - 7:30进行细菌分析,
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7:30 - 7:33这样医生们就可以在
发现感染时迅速采取行动。 -
7:34 - 7:37这也让我有机会
用她的样本测试我的设备。 -
7:37 - 7:41头两个月,我在她的样本中
什么都没发现。 -
7:42 - 7:43但第三个月,
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7:43 - 7:46我在她的样本中发现
一些细菌在说个不停。 -
7:46 - 7:50细菌正在协同破坏她的肺组织。
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7:51 - 7:55但传统的诊断显示根本没有细菌。
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7:56 - 7:58下一个月我再次测试,
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7:58 - 8:01我可以看到细菌的对话
变得更加激烈。 -
8:02 - 8:05然而,传统的诊断
还没有显示出任何结果。 -
8:06 - 8:10我的研究结束了,但半年后,
我对她的病情进行了追踪, -
8:10 - 8:13想看看在没有医疗干预的情况下,
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8:13 - 8:16这种只有我知道的细菌
是否已经消失了。 -
8:16 - 8:18它们并没有。
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8:18 - 8:21但那女孩现在被诊断出
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8:21 - 8:22严重感染致命细菌。
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8:24 - 8:28而这正是我的工具
早些时候发现的细菌。 -
8:29 - 8:31尽管进行了积极的抗生素治疗,
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8:31 - 8:34仍然不可能根除感染。
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8:35 - 8:38医生认为她活不过30岁。
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8:40 - 8:43当我测量这个女孩的样本时,
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8:43 - 8:45我的工具还处于初级阶段。
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8:45 - 8:47我甚至不知道我的方法是否有效,
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8:47 - 8:49因此我与医生达成协议,
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8:49 - 8:51不告诉他们我的工具揭示了什么,
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8:51 - 8:54以免影响他们的治疗。
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8:54 - 8:57所以当我看到这些结果
甚至没有得到证实时, -
8:57 - 8:58我不敢说出来,
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8:58 - 9:01因为治疗一个没有感染的病人
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9:01 - 9:04也会对病人产生负面影响。
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9:05 - 9:07但现在我们知道得更多了,
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9:07 - 9:10还有很多年轻的男孩女孩们可以被救,
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9:11 - 9:15因为,不幸的是,这种情况经常发生。
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9:15 - 9:16病人被感染了,
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9:16 - 9:20在传统的诊断测试中没有发现细菌,
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9:20 - 9:24突然间,感染在有严重症状的
病人身上爆发了。 -
9:24 - 9:26但到了这个时候,已经太迟了。
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9:27 - 9:31在我随访的62名患者中,
令人惊讶的结果是, -
9:31 - 9:33我的设备在半数以上患者样本中
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9:33 - 9:36捕捉到了细菌对话,
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9:36 - 9:39而这些患者在传统方法中
都被诊断为阴性。 -
9:40 - 9:43换句话说,这些病人中
有一半以上回家时 -
9:43 - 9:45认为自己没有感染,
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9:45 - 9:48尽管他们实际上携带着危险的细菌。
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9:49 - 9:52在这些被误诊的病人体内,
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9:52 - 9:55细菌正在协调一种同步的攻击。
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9:56 - 9:57它们互相私语。
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9:58 - 10:00我所说的“窃窃私语细菌”
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10:00 - 10:03是传统方法无法诊断的细菌。
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10:03 - 10:07到目前为止,只有翻译工具
才能捕捉到这些窃窃私语。 -
10:08 - 10:12我相信,细菌仍在窃窃私语的时间范围
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10:12 - 10:15是靶向治疗的机会之窗。
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10:16 - 10:19如果那个女孩在这段时间内接受治疗,
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10:19 - 10:21则有可能在感染扩散之前
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10:21 - 10:23在细菌的初始阶段
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10:23 - 10:25消灭它们。
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10:27 - 10:31我和这个小女孩的经历
让我决定要尽我所能 -
10:31 - 10:33把这项技术推广到医院。
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10:34 - 10:35和医生们一起,
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10:35 - 10:38我已经开始在诊所里使用这个工具
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10:38 - 10:40来诊断早期感染。
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10:41 - 10:45虽然还不清楚医生在窃窃私语阶段
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10:45 - 10:46应该如何治疗病人,
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10:46 - 10:50但这个工具可以帮助医生
密切关注处于危险中的病人。 -
10:51 - 10:54它可以帮助他们确认治疗是否有效,
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10:54 - 10:57还可以帮助回答一些简单的问题:
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10:57 - 10:58患者是否被感染了?
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10:58 - 11:00这些细菌在做什么?
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11:01 - 11:03细菌在说话,
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11:03 - 11:05进行秘密计划,
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11:05 - 11:08互相发送机密信息。
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11:08 - 11:11但我们不仅可以捕捉它们的窃窃私语,
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11:11 - 11:13还可以学会它们的秘密语言,
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11:13 - 11:16让我们自己成为细菌语者。
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11:17 - 11:19正如细菌所说,
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11:20 - 11:23"3-oxo-C12-aniline."
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11:24 - 11:25(大笑)
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11:25 - 11:26(鼓掌)
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11:26 - 11:27谢谢。
- Title:
- 为了更早地发现疾病,让我们来谈谈细菌的秘密语言
- Speaker:
- 法提麦·阿扎拉·阿特拉齐
- Description:
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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。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 11:41
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