ABOUT THE SPEAKER
Dan Knights - Computational microbiologist
Dan Knights develops computational methods for doing precision medicine with gut bacterial communities, or microbiomes, and he applies those methods to study human disease.

Why you should listen

Trillions of bacteria live in our guts, protecting us from infection and aiding our digestion, yet these communities are so complex that we need advanced computational methods to study them. In his multidisciplinary research lab, Dan Knights combines expertise in data mining and biology to learn about how modern lifestyles and medical practices are affecting our microbiomes and leading to increases in modern diseases.

Knights received his PhD in computer science from the University of Colorado, followed by a post-doctoral fellowship at Harvard Medical School. He has co-authored more than 70 highly cited articles in top multidisciplinary journals. In 2015 he was named a McKnight Land-Grant Professor by the University of Minnesota. His lab is building a next-generation informatics pipeline for microbiome-targeted drug discovery, linking nutrition and microbial activity to clinical outcomes.

More profile about the speaker
Dan Knights | Speaker | TED.com
TEDMED 2017

Dan Knights: How we study the microbes living in your gut

Dan Knights: Como estudamos os micróbios no seu intestino

Filmed:
1,441,842 views

Existem cerca de 100 trilhões de micróbios vivendo em seu intestino, protegendo você de infecções, ajudando na digestão e regulando seu sistema imunológico. Porém, conforme nossos corpos se adaptaram à vida na sociedade moderna, começamos a perder alguns de nossos micróbios normais; ao mesmo tempo, doenças ligadas à perda da diversidade na biota intestinal estão deslanchando em países em desenvolvimento. O microbiologista digital Dan Knights apresenta algumas descobertas intrigantes sobre as diferenças nos microbiomas de pessoas em países em desenvolvimento comparados aos EUA, e como elas podem afetar nossa saúde. Saiba mais sobre o mundo dos micróbios vivendo dentro de você, e sobre o trabalho que está sendo feito para criar formas de restaurá-los e recompô-los.
- Computational microbiologist
Dan Knights develops computational methods for doing precision medicine with gut bacterial communities, or microbiomes, and he applies those methods to study human disease. Full bio

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00:12
If I asked you to name a microbe
that's living in your gut,
0
787
5514
Se eu pedisse que nomeassem um micróbio
que mora em seu intestino,
00:18
many of you would probably say E. coli.
1
6325
3351
muitos aqui diriam provavelmente E.coli.
00:21
A lot of people say this.
It's the best-known of the gut microbes.
2
9700
3765
Várias pessoas dizem isso.
É o micróbio intestinal mais conhecido.
00:25
But it turns out that E. coli
is outnumbered in your gut
3
13489
4505
Mas acontece que E. coli
está em desvantagem no seu intestino
00:30
about a thousand to one
4
18018
2093
cerca de mil para um
contra outras espécies,
00:32
by other species, many of which
you probably haven't heard of.
5
20135
2991
muitas delas você
provavelmente nunca ouviu falar.
00:35
These are Bacteroides;
Prevotella is another example.
6
23150
4581
São elas bacteroides;
prevotella é outro exemplo.
00:39
Those are the two that dominate
the modern human gut.
7
27755
3468
Essas são as duas que dominam
o intestino humano moderno.
00:43
There are about a hundred trillion
microbes living inside you.
8
31247
4849
Existem cerca de 100 trilhões
de micróbios vivendo dentro de você.
00:49
We call this your microbiome,
9
37090
3271
Chamamos isso de seu microbioma,
é como se um mundo pequeno
morasse dentro de você,
00:52
so it's like a little world
living inside you --
10
40385
2244
00:54
actually more like a universe.
11
42653
1874
na verdade seria como um universo.
00:56
A hundred trillion means
if you took a blade of grass
12
44896
3454
Cem trilhões significa que se você
pegasse uma folha de grama
01:00
and planted it for every microbe
living in your gut,
13
48374
3125
e a plantasse para cada micróbio
que vive em seu intestino,
01:03
that could fill a million football fields.
14
51523
2354
encheria um milhão de campos de futebol.
01:05
So it's incredibly complex.
15
53901
1746
Por isso é incrivelmente complexo.
01:07
But interestingly,
16
55671
1816
Mas curiosamente,
01:09
as our bodies have been adapting
to life in modern society,
17
57511
4433
como nossos corpos foram se adaptando
para a vida na sociedade moderna,
01:13
we're losing some of our normal microbes,
18
61968
4104
estamos perdendo parte
de nossos micróbios normais,
01:18
and at the same time,
19
66096
2925
e ao mesmo tempo,
01:21
there are quite a few diseases
related to the gut
20
69045
3355
existem algumas doenças
relacionadas ao intestino
01:24
that are skyrocketing
in developed nations all around the world.
21
72424
5429
que estão disparando em nações
desenvolvidas em todo o mundo.
01:29
And many of you probably know
someone who suffers from obesity,
22
77877
4659
E muitos de vocês provavelmente conhecem
alguém que sofre de obesidade,
01:34
diabetes, Crohn's disease
or ulcerative colitis,
23
82560
3961
diabetes, doença de Crohn
ou colite ulcerativa,
01:38
allergies and asthma.
24
86545
1895
alergias e asma.
01:40
Every one of these diseases
25
88464
1365
Cada uma dessas doenças
01:41
and many others related to metabolism
and autoimmunity
26
89853
4247
e muitas outras relacionadas
ao metabolismo e autoimunidade
01:46
are linked to a loss
of healthy diversity in the gut.
27
94124
5119
estão ligadas à perda de diversidade
saudável do intestino.
Meu laboratório obteve
nossa primeira indicação disso
01:52
My lab got our first indication of this
28
100081
2191
01:54
when actually we were studying
non-human primates.
29
102296
3770
quando, na verdade, estávamos
estudando primatas não humanos.
01:58
We wanted to find out what happens
to a monkey's microbiome
30
106090
5131
Queríamos descobrir o que acontece
com o microbioma de um macaco
02:03
when they move from the jungle to a zoo.
31
111245
4039
quando eles são movidos
de uma floresta à um zoológico.
02:08
Does their microbiome change?
Do they pick up new bugs?
32
116166
2572
O microbioma deles muda?
Eles escolhem novos micróbios?
02:10
Do they lose some?
Does it get better or worse?
33
118762
2741
Eles perdem algum? Melhoram ou pioram?
02:13
We tracked two different
species in the jungle,
34
121527
3514
Rastreamos duas espécies
diferentes na selva,
02:17
one in Vietnam, one in Costa Rica,
35
125065
3610
uma no Vietnam, uma na Costa Rica,
02:20
and then we sequenced
the DNA from their stool.
36
128699
2881
e sequenciamos o DNA das fezes deles.
02:23
This is how we study the microbiome
in my research lab.
37
131604
3541
É assim que estudamos o microbioma
no meu laboratório.
02:27
And what we found in the DNA
is that in the wild,
38
135169
4112
E descobrimos no DNA que nas florestas,
02:31
these two species had
totally different sets of microbes.
39
139305
3961
essas duas espécies tinham conjuntos
de micróbios totalmente diferentes.
02:35
It was like a fingerprint for the species.
40
143290
2612
Era como uma impressão
digital para as espécies.
02:37
But in the zoo, they had lost
most of that diversity
41
145926
5165
Mas no zoológico, eles perderam
muito dessa diversidade
02:43
and had acquired
some other set of microbes.
42
151115
2531
e adquiriram alguns outros
conjuntos de micróbios.
02:46
So this was very curious.
43
154379
3348
Isso foi muito curioso.
Nós tínhamos dois microbiomas diferentes.
02:49
We've got these two different microbiomes.
44
157751
2009
02:51
In the wild, picture a lush
tropical rainforest
45
159784
4158
Na natureza, imagine uma
exuberante floresta tropical
02:55
living the guts of these monkeys.
46
163966
2469
morando no intestino desses macacos.
02:58
That's the kind of diversity
that we're talking about.
47
166459
2540
Esse é a diversidade
da qual estamos falando.
03:01
Then in the zoo, they've lost diversity.
48
169023
2626
Então no zoológico,
eles perderam sua diversidade.
03:04
Picture a rainforest
that's been burned to the ground
49
172298
3572
Imagine uma floresta tropical
que foi completamente queimada
03:07
and taken over by a few invasive species.
50
175894
2340
e tomada por algumas espécies invasoras.
03:11
That's more like the microbiome
in a captive primate.
51
179105
3801
Assim é o microbioma
em um primata cativo.
03:15
Now, in the meantime,
52
183955
1237
Enquanto isso,
03:17
many of the animals in the zoo
are not doing so well.
53
185216
2627
muitos dos animais no zoológico
não estão indo bem.
03:19
They have issues with obesity,
54
187867
2906
Eles têm problemas de obesidade,
03:22
wasting,
55
190797
1336
perda de peso,
03:24
gastroenteritis, diarrhea, bloating,
56
192157
3049
gastroenterite, diarreia, gases,
03:27
and some of them were barely
holding onto their lives.
57
195230
2809
e alguns deles mal estavam sobrevivendo.
03:31
Now, of course, we were
very interested to find out
58
199073
3588
É claro que estávamos
muito interessados em descobrir
03:34
what are these so-called invasive species
that are taking over in the zoo.
59
202685
4354
quais são as chamadas espécies invasoras
que estão dominando o zoológico.
03:39
So we went back to the DNA,
and what the DNA told us
60
207899
2889
Então voltamos para o DNA que nos diz
03:42
is that every monkey in the zoo
61
210812
4503
que cada macaco no zoológico
03:47
had become dominated
by Bacteroides and Prevotella,
62
215339
5168
se tornou dominado
por bacteroides e prevotella,
03:52
the same microbes that we all have
in our guts as modern humans.
63
220531
4381
os mesmos micróbios que temos em nossos
intestinos como humanos modernos.
03:59
We wanted to find a way to visualize this,
64
227050
2893
Queríamos encontrar
uma forma de visualizar isso,
04:01
and we used some tools
from multivariate ecology
65
229967
3940
e usamos algumas ferramentas
de ecologia multivariada
04:05
to put all of the microbiomes
we were studying onto an axis.
66
233931
4412
para pôr todos os microbiomas
em estudo em um gráfico.
04:10
And what you're seeing here
is a distance plot
67
238367
4070
E vemos aqui um gráfico de dispersão
04:14
where every point
is a different animal's microbiome.
68
242461
4905
no qual cada ponto é o microbioma
de um animal diferente.
04:19
So every point represents
a whole zoo of microbes.
69
247390
2793
Cada ponto representa
um zoológico inteiro de micróbios.
04:23
And the microbiomes
that have a lot of microbes in common
70
251207
3856
E os microbiomas que têm
muitos micróbios em comum
04:27
are close to each other.
71
255087
1413
estão perto uns dos outros.
04:28
The ones that are very different
are farther apart.
72
256524
2448
Os que diferem entre si
estão longe uns dos outros.
04:30
So this is showing you
73
258996
1517
Isso nos mostra, portanto,
04:32
that the two groups of wild monkeys
are over on the left.
74
260537
5698
que os dois grupos de macacos
selvagens estão à esquerda.
04:38
The top left are these
highly endangered monkeys
75
266259
3772
Aqueles acima, à esquerda,
são macacos em perigo de extinção
04:42
called the red-shanked douc in Vietnam.
76
270055
2973
os "douc-de-canelas-vermelhas" do Vietnam,
04:45
And at the bottom left
are monkeys from Costa Rica.
77
273052
3631
e abaixo, à esquerda,
estão macacos da Costa Rica.
04:49
So you can see that they have
totally different microbiomes in the wild.
78
277481
3444
Pode-se ver que os microbiomas
são totalmente diferentes na natureza.
04:52
And then the same two species
of monkey in the zoo are converging,
79
280949
5397
E as duas mesmas espécies de macaco
no zoológico estão convergindo,
04:58
so their microbiomes change
80
286370
1882
seus microbiomas mudam
05:00
and they become
much more similar to each other,
81
288276
3220
e se tornam mais parecidos entre eles,
05:03
even though these are zoos
on different continents,
82
291520
2673
apesar de estes zoológicos
estarem em continentes,
05:06
different geographical regions,
and they're eating different diets.
83
294217
3342
em regiões geográficas distintas,
e de eles terem dietas diferentes.
05:09
Now, we did study
some other species of primate.
84
297583
3161
Bem, nós também estudamos
uma outra espécie de primata.
05:12
What species of primate
do you think is even more divergent
85
300768
5739
Qual espécie de primata você acha
que é ainda mais divergente
05:18
from the wild primates
than the captive primates?
86
306531
3666
dos primatas selvagens
que os primatas de cativeiro?
05:24
Modern humans.
87
312665
1429
Seres humanos modernos.
05:27
These are humans
living in developing nations.
88
315049
3483
Estes são humanos vivendo
em países em desenvolvimento.
05:30
So they were more different
from the wild primates
89
318556
3143
Eles são ainda mais diferentes
dos primatas selvagens
05:33
than those in the zoo.
90
321723
1921
do que os do zoológico.
05:35
And the final group that we studied,
all the way on the right,
91
323668
5381
E o grupo final que estudamos,
aqui na extrema direita,
05:41
is people living in the USA.
92
329073
1944
são as pessoas que moram nos EUA.
05:44
And when I saw this figure,
93
332033
2848
Quando vi estes números,
05:46
the hairs raised up
on the back of my neck,
94
334905
3101
meus cabelos se arrepiaram,
05:50
because one way to think about it is,
"Oh, that's interesting,
95
338030
3087
porque uma forma de ver isso é:
"Oh, isso é interessante,
05:53
captive monkeys are sort of on their way
to becoming like Americans."
96
341141
3944
macacos em cativeiro estão
se tornando como norte-americanos".
05:57
(Laughter)
97
345109
1087
(Risos)
05:58
But the other way to think about it
98
346220
2396
Mas uma outra forma de ver isso
06:00
is that Americans
are like super-captive monkeys.
99
348640
3349
é que norte-americanos
são como supermacacos de cativeiro.
06:04
And I was actually looking
at this figure on my computer screen
100
352671
4698
E, na verdade, eu estava observando
os números no meu computador
06:09
when I got the news
that four of the red-shanked doucs
101
357393
4928
quando fiquei sabendo que quatro
dos douc-de-canelas-vermelhas
06:14
had died in the zoo of gut-related issues.
102
362345
3104
haviam morrido no zoológico
por problemas intestinais.
06:17
So for some of these animals,
103
365473
1968
Assim, para alguns destes animais,
06:19
having the right microbes
living inside them
104
367465
2698
ter os micróbios certos
vivendo dentro deles
06:22
may be a matter of survival.
105
370187
1970
pode ser uma questão de sobrevivência.
06:24
Now this brings us
to the human part of the story.
106
372181
3507
Isso nos leva à parte humana da história.
06:27
Obviously, the microbiomes in the USA
107
375712
3215
Obviamente, os microbiomas nos EUA
06:30
aren't causing premature death
as frequently as in the zoo,
108
378951
5501
não estão causando morte prematura
tão frequentemente como no zoológico,
06:36
but we have major risk
of obesity, diabetes,
109
384476
4374
mas nós temos um risco maior
de obesidade, diabete,
06:40
a number of these other diseases.
110
388874
1897
e inúmeras outras doença.
06:43
And this applies not just to people
who have been living in the USA
111
391133
4420
E isso não se aplica apenas
às pessoas que vivem nos EUA
06:47
for many generations,
112
395577
1984
há muitas gerações,
06:49
but also to immigrants and refugees,
113
397585
2436
mas também a imigrantes e refugiados,
06:52
who, for most immigrant
and refugee groups,
114
400045
3682
pois a maioria dos grupos
de imigrantes e refugiados
06:55
arrive in the USA metabolically healthy,
115
403751
3101
chega aos EUA com um
metabolismo saudável,
06:58
and then within a few years,
116
406876
1380
e depois de poucos anos
07:00
they become just as high-risk
for obesity and diabetes
117
408280
3358
eles já têm um risco tão alto
de tornar-se obeso e diabético
07:03
as other Americans.
118
411662
2081
quanto outros norte-americanos.
07:05
And we discussed
this issue with two groups
119
413767
3698
Nós discutimos essa questão em dois grupos
07:09
that have been coming to the USA
from Southeast Asia:
120
417489
2547
que vieram do Sudeste Asiático
para os EUA:
07:12
the Hmong, who started coming
in the mid-1970s
121
420060
4194
os hmong, que começaram
a emigrar em meados dos anos 70
07:16
as refugees from the Vietnam War
and the US secret war in Laos;
122
424278
5500
como refugiados da Guerra do Vietnam
e da guerra secreta dos EUA em Laos;
07:21
and the Karen, who have been coming
more recently as refugees from Myanmar.
123
429802
4912
e os carenes, que vieram para os EUA
mais recentemente, refugiados do Myanmar.
07:26
So we've been working for a few years
124
434738
1778
Temos trabalhado há alguns anos
07:28
with these local
communities and clinicians
125
436540
2541
com estas comunidades locais e médicos
07:31
to study what happens
to the Hmong and Karen microbiomes
126
439105
5417
para estudar o que acontece com
os microbiomas dos hmong e dos carenes
07:36
when people move from refugee camps
and villages in Thailand to the USA.
127
444546
6996
quando migram dos campos de refugiados
e vilarejos na Tailândia para os EUA.
07:44
And what we found
128
452314
1564
E descobrimos
07:45
is that when people
come to the USA from these groups,
129
453902
5711
que quando as pessoas
destes grupos migram para os EUA,
07:51
they lose a large fraction
of their microbiome,
130
459637
3396
elas perdem uma grande parcela
de seus microbiomas,
07:56
somewhere around 20 percent,
131
464343
1777
algo em torno de 20%,
07:58
and those who come to the USA
and become obese
132
466144
4269
e aqueles que vêm para os EUA
se tornam obesos
08:02
lose about a third of their microbes.
133
470437
1953
perdem cerca de um terço
de seus micróbios.
08:06
So we know that moving to the USA
134
474905
1952
Sabemos que migrar para os EUA
08:08
is sufficient to cause
a dramatic change in your microbiome,
135
476881
3993
é suficiente para causar uma mudança
dramática em microbiomas,
08:12
probably not for the better.
136
480898
1769
e provavelmente não para melhor.
08:15
Are these microbes
actually causing the obesity,
137
483571
4858
Será que são estes micróbios
que causam a obesidade,
08:20
or is the obesity causing
a change in the microbes?
138
488453
3460
ou é a obesidade que está
modificando os micróbios?
08:23
This is something
that we're following up on,
139
491937
2143
Isso é algo que estamos
tentando entender,
08:26
and the evidence we have now in my lab
140
494104
3642
e evidências que temos em meu laboratório,
08:29
combined with evidence
from a number of labs around the world
141
497770
3110
combinada com evidência de vários
laboratórios no mundo inteiro,
08:32
tells us that certain changes
in the microbiome
142
500904
3072
nos dizem que certas mudanças
nos microbiomas
08:36
do lead to obesity,
143
504000
2509
estão levando à obesidade,
08:38
and a number of other modern,
kind of Westernized diseases.
144
506533
3451
e a várias outras doenças modernas
do mundo ocidental.
08:43
The good news is that
your microbiome can actually change.
145
511353
5309
A boa notícia é que seu microbioma
tem a capacidade de mudar.
08:48
Unlike your own genome,
146
516686
2523
Ao contrário do seu genoma,
08:51
it's a living, breathing thing,
147
519233
2349
é algo vivo, que respira,
08:53
and there's a broad front
of research happening right now
148
521606
3531
e está sendo vastamente pesquisado
08:57
to better understand
how we can restore our microbiomes
149
525161
3794
para entendermos melhor
como restaurar nossos microbiomas
09:00
when something goes wrong,
150
528979
1603
quando algo dá errado,
09:02
using diet,
151
530606
1627
através de dieta,
09:04
using live microbes.
152
532257
2658
usando micróbios vivos.
09:06
And in fact, one of the next steps for us
153
534939
2800
E, de fato, um dos nossos próximos passos
09:09
is collecting and preserving microbes
from healthy people around the world
154
537763
4588
é coletar e preservar micróbios
de pessoas saudáveis ao redor do mundo
09:14
so that they can be kept
as cultural assets for those groups
155
542375
5555
para que sejam guardados
como reserva de cultura para estes grupos
09:19
to potentially protect them
as they adapt to modern society,
156
547954
4841
para poder protegê-los conforme
se adaptam à sociedade moderna,
09:24
and to protect future generations
157
552819
2454
e proteger as futuras gerações
09:27
who are currently growing up
to have increased risk of these diseases
158
555297
4199
que aparentemente terão
um risco mais alto para estas doenças
09:31
with every generation.
159
559520
1488
a cada geração que passa.
09:33
I'm looking forward to a future
160
561714
2602
Espero que tenhamos um futuro
09:36
where we have the tools that we need
to restore and replenish our microbiomes,
161
564340
6722
no qual teremos as ferramentas para
restaurar e recompor nossos microbiomas,
09:43
and in that world, the monkeys
will live happier and healthier lives,
162
571562
5269
e que neste mundo futuro, os macacos
vivam mais felizes e saudáveis
09:48
and so will we.
163
576855
1421
e nós também.
09:51
(Applause)
164
579831
3676
(Aplausos)
Translated by Sabrina Norris
Reviewed by Maricene Crus

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ABOUT THE SPEAKER
Dan Knights - Computational microbiologist
Dan Knights develops computational methods for doing precision medicine with gut bacterial communities, or microbiomes, and he applies those methods to study human disease.

Why you should listen

Trillions of bacteria live in our guts, protecting us from infection and aiding our digestion, yet these communities are so complex that we need advanced computational methods to study them. In his multidisciplinary research lab, Dan Knights combines expertise in data mining and biology to learn about how modern lifestyles and medical practices are affecting our microbiomes and leading to increases in modern diseases.

Knights received his PhD in computer science from the University of Colorado, followed by a post-doctoral fellowship at Harvard Medical School. He has co-authored more than 70 highly cited articles in top multidisciplinary journals. In 2015 he was named a McKnight Land-Grant Professor by the University of Minnesota. His lab is building a next-generation informatics pipeline for microbiome-targeted drug discovery, linking nutrition and microbial activity to clinical outcomes.

More profile about the speaker
Dan Knights | Speaker | TED.com