TED2015
Tal Danino: Programming bacteria to detect cancer (and maybe treat it)
Tal Danino: Podemos usar bactérias para detetar o cancro (e talvez tratá-lo)
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O cancro do fígado é um dos mais difíceis de detetar, mas o biólogo sintético Tal Danino teve um pensamento pouco convencional: e se pudéssemos criar um probiótico, uma bactéria comestível "programada" para encontrar tumores no fígado? A sua visão explora algo que apenas agora começamos a entender sobre as bactérias: o seu poder de perceção de quórum, ou de fazer algo em massa assim que atingem a densidade crítica. Danino, um bolseiro TED, explica como funciona a perceção de quórum — e como bactérias inteligentes a trabalharem em conjunto podem, um dia, mudar o tratamento do cancro.
Tal Danino - Synthetic biologist
Tal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow. Full bio
Tal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow. Full bio
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00:12
You may not realize this,
0
788
1745
Podem não se aperceber,
00:14
but there are more bacteria in your body
than stars in our entire galaxy.
than stars in our entire galaxy.
1
2533
4880
mas há mais bactérias no vosso corpo
do que estrelas na nossa galáxia.
do que estrelas na nossa galáxia.
00:20
This fascinating universe
of bacteria inside of us
of bacteria inside of us
2
8040
3127
Este fascinante universo
de bactérias dentro de nós
de bactérias dentro de nós
é parte integrante da nossa saúde,
00:23
is an integral part of our health,
3
11167
2276
00:25
and our technology is evolving so rapidly
4
13443
2089
e a nossa tecnologia
evolui tão rapidamente
evolui tão rapidamente
00:27
that today we can program these bacteria
like we program computers.
like we program computers.
5
15532
4759
que hoje podemos programar estas bactérias
como programamos computadores.
como programamos computadores.
Este diagrama que aqui veem,
00:33
Now, the diagram that you see here,
6
21060
1879
00:34
I know it looks like
some kind of sports play,
some kind of sports play,
7
22939
2531
sei que parece uma espécie
de jogada desportiva,
de jogada desportiva,
00:37
but it is actually a blueprint of
the first bacterial program I developed.
the first bacterial program I developed.
8
25470
4156
mas, na verdade, é um modelo do primeiro
programa bacteriano que desenvolvi.
programa bacteriano que desenvolvi.
00:41
And like writing software,
we can print and write DNA
we can print and write DNA
9
29626
3321
Tal como a programar "software",
podemos imprimir e escrever ADN
podemos imprimir e escrever ADN
00:44
into different algorithms
and programs inside of bacteria.
and programs inside of bacteria.
10
32947
3227
em diferente algoritmos
e programas dentro de bactérias.
e programas dentro de bactérias.
O que este programa faz
é produzir proteínas fluorescentes
é produzir proteínas fluorescentes
00:48
What this program does
is produces fluorescent proteins
is produces fluorescent proteins
11
36824
2695
00:51
in a rhythmic fashion
12
39519
1438
de uma forma rítmica
00:52
and generates a small molecule
13
40957
1602
e gerar uma pequena molécula
que permite que as bactérias
comuniquem e se sincronizem,
comuniquem e se sincronizem,
00:54
that allows bacteria
to communicate and synchronize,
to communicate and synchronize,
14
42559
2578
00:57
as you're seeing in this movie.
15
45137
1838
tal como veem neste vídeo.
00:59
The growing colony of bacteria
that you see here
that you see here
16
47505
2280
A crescente colónia
de bactérias que aqui veem
de bactérias que aqui veem
01:01
is about the width of a human hair.
17
49785
1993
tem a largura de um cabelo humano.
01:03
Now, what you can't see
is that our genetic program
is that our genetic program
18
51778
2507
O que não podem ver
é que o nosso programa genético
é que o nosso programa genético
instrui estas bactérias
para que produzam pequenas moléculas
para que produzam pequenas moléculas
01:06
instructs these bacteria
to each produce small molecules,
to each produce small molecules,
19
54285
3483
01:09
and these molecules travel between
the thousands of individual bacteria
the thousands of individual bacteria
20
57768
3413
e estas moléculas viajam
entre milhares de bactérias individuais,
entre milhares de bactérias individuais,
01:13
telling them when to turn on and off.
21
61181
2716
dizendo-lhes quando ligar e desligar.
01:15
And the bacteria synchronize
quite well at this scale,
quite well at this scale,
22
63897
3251
As bactérias sincronizam
bastante bem a esta escala,
bastante bem a esta escala,
01:19
but because the molecule that synchronizes
them together can only travel so fast,
them together can only travel so fast,
23
67148
3994
mas como a molécula que as sincroniza
só pode viajar a determinada velocidade,
só pode viajar a determinada velocidade,
01:23
in larger colonies of bacteria,
this results in traveling waves
this results in traveling waves
24
71142
3576
em colónias de bactérias maiores,
isto resulta em ondas de viagem
isto resulta em ondas de viagem
01:26
between bacteria that are
far away from each other,
far away from each other,
25
74718
2902
entre bactérias
que estão afastadas umas das outras.
que estão afastadas umas das outras.
01:29
and you can see these waves going
from right to left across the screen.
from right to left across the screen.
26
77620
3736
Podem ver estas ondas a ir da direita
para a esquerda ao longo do ecrã.
para a esquerda ao longo do ecrã.
01:33
Now, our genetic program
relies on a natural phenomenon
relies on a natural phenomenon
27
81356
2788
O nosso programa genético
baseia-se num fenómeno natural
baseia-se num fenómeno natural
chamado perceção de quórum,
01:36
called quorum sensing,
28
84144
1173
01:37
in which bacteria trigger coordinated
and sometimes virulent behaviors
and sometimes virulent behaviors
29
85317
3332
em que bactérias ativam respostas
coordenadas e, por vezes, virulentas
coordenadas e, por vezes, virulentas
01:40
once they reach a critical density.
30
88649
2941
quando atingem a densidade crítica.
01:43
You can observe quorum sensing
in action in this movie,
in action in this movie,
31
91590
2655
Podemos ver a perceção de quórum
em ação neste vídeo,
em ação neste vídeo,
01:46
where a growing colony of bacteria
only begins to glow
only begins to glow
32
94245
3642
onde uma crescente
colónia de bactérias só começa a brilhar
colónia de bactérias só começa a brilhar
quando atinge
uma densidade alta ou crítica.
uma densidade alta ou crítica.
01:49
once it reaches a high
or critical density.
or critical density.
33
97887
2371
01:52
Our genetic program
34
100258
1842
O nosso programa genético
continua a produzir estes padrões rítmicos
de proteínas fluorescentes
de proteínas fluorescentes
01:54
continues producing these
rhythmic patterns of fluorescent proteins
rhythmic patterns of fluorescent proteins
35
102100
3151
01:57
as the colony grows outwards.
36
105251
2368
à medida que a colónia cresce.
01:59
This particular movie and experiment
we call The Supernova,
we call The Supernova,
37
107619
3691
A este vídeo e experiência em particular
chamamos "Supernova",
chamamos "Supernova",
pois parece uma estrela a explodir.
02:03
because it looks like an exploding star.
38
111310
3030
Além de programar
estes belíssimos padrões,
estes belíssimos padrões,
02:06
Now, besides programming
these beautiful patterns,
these beautiful patterns,
39
114340
2390
perguntei-me que mais poderíamos
levar estas bactérias a fazer?
levar estas bactérias a fazer?
02:08
I wondered, what else can we get
these bacteria to do?
these bacteria to do?
40
116730
2591
E decidi explorar
como poderíamos programas as bactérias
como poderíamos programas as bactérias
02:11
And I decided to explore
how we can program bacteria
how we can program bacteria
41
119321
2579
para detetar e tratar doenças
no nosso corpo, como o cancro.
no nosso corpo, como o cancro.
02:13
to detect and treat diseases
in our bodies like cancer.
in our bodies like cancer.
42
121900
2789
02:18
One of the surprising facts about bacteria
43
126009
2298
Um dos factos surpreendentes
sobre as bactérias
sobre as bactérias
02:20
is that they can naturally grow
inside of tumors.
inside of tumors.
44
128307
3437
é que podem crescer naturalmente
dentro de tumores.
dentro de tumores.
Isto acontece porque,
por regra, os tumores
por regra, os tumores
02:23
This happens because typically tumors
45
131744
1764
02:25
are areas where the immune system
has no access,
has no access,
46
133508
2415
são áreas a que o sistema imunitário
não tem acesso,
não tem acesso,
02:27
and so bacteria find these tumors
47
135923
1997
e, assim, as bactérias acham estes tumores
02:29
and use them as a safe haven
to grow and thrive.
to grow and thrive.
48
137920
3831
e usam-nos como um abrigo
para crescerem e se propagarem.
para crescerem e se propagarem.
02:33
We started using probiotic bacteria
49
141751
1834
Começámos a usar bactérias probióticas,
02:35
which are safe bacteria
that have a health benefit,
that have a health benefit,
50
143585
2624
que são bactérias seguras
com benefícios para a saúde,
com benefícios para a saúde,
02:38
and found that
when orally delivered to mice,
when orally delivered to mice,
51
146209
2461
e descobrimos que,
administrados oralmente a ratos,
administrados oralmente a ratos,
02:40
these probiotics would selectively
grow inside of liver tumors.
grow inside of liver tumors.
52
148670
4156
estes probióticos cresciam seletivamente
dentro dos tumores de fígado.
dentro dos tumores de fígado.
02:44
We realized that the most convenient way
53
152826
1954
Percebemos que a forma mais conveniente
02:46
to highlight the presence
of the probiotics,
of the probiotics,
54
154780
2081
de realçar a presença dos probióticos,
02:48
and hence, the presence of the tumors,
55
156861
1863
e, logo, a presença de tumores,
02:50
was to get these bacteria
to produce a signal
to produce a signal
56
158724
2229
era fazer estas bactérias
produzirem um sinal
produzirem um sinal
02:52
that would be detectable in the urine,
57
160953
2116
que fosse detetável na urina,
e, assim, programámos
especificamente estes probióticos
especificamente estes probióticos
02:55
and so we specifically
programmed these probiotics
programmed these probiotics
58
163069
2412
02:57
to make a molecule that would change
the color of your urine
the color of your urine
59
165481
2879
para fazer uma molécula
que mudasse a cor da urina
que mudasse a cor da urina
03:00
to indicate the presence of cancer.
60
168360
2810
para indicar a presença de cancro.
Prosseguimos para mostrar
que esta tecnologia
que esta tecnologia
03:03
We went on to show that this technology
61
171170
2010
podia sensitiva e especificamente
detetar o cancro do fígado
detetar o cancro do fígado
03:05
could sensitively and specifically
detect liver cancer,
detect liver cancer,
62
173180
3190
que é difícil de detetar de outra forma.
03:08
one that is challenging
to detect otherwise.
to detect otherwise.
63
176370
2690
Uma vez que estas bactérias
se situam especificamente em tumores,
se situam especificamente em tumores,
03:11
Now, since these bacteria
specifically localize to tumors,
specifically localize to tumors,
64
179891
2999
03:14
we've been programming them
to not only detect cancer
to not only detect cancer
65
182890
2588
temos vindo a programá-las
não só para detetar o cancro,
não só para detetar o cancro,
03:17
but also to treat cancer
66
185478
1788
mas também para curá-lo,
03:19
by producing therapeutic molecules
from within the tumor environment
from within the tumor environment
67
187266
3227
produzindo moléculas terapêuticas
dentro do ambiente do tumor,
dentro do ambiente do tumor,
03:22
that shrink the existing tumors,
68
190493
2322
que diminuem os tumores existentes.
Temos vindo a fazê-lo
com programas de perceção de quórum
com programas de perceção de quórum
03:24
and we've been doing this
using quorum sensing programs
using quorum sensing programs
69
192815
2755
como viram em vídeos anteriores.
03:27
like you saw in the previous movies.
70
195570
1843
03:29
Altogether, imagine in the future
taking a programmed probiotic
taking a programmed probiotic
71
197413
3697
Em resumo, imaginem, no futuro,
tomar um probiótico programado
tomar um probiótico programado
03:33
that could detect and treat cancer,
72
201110
2479
que pudesse detetar e curar o cancro,
03:35
or even other diseases.
73
203589
2581
ou até outras doenças.
A capacidade de programar bactérias
03:38
Our ability to program bacteria
74
206960
1644
03:40
and program life
75
208604
1695
e programar vida
03:42
opens up new horizons in cancer research,
76
210299
2949
abre novos horizontes
na pesquisa do cancro.
na pesquisa do cancro.
Para partilhar esta visão,
trabalhei com o artista Vik Muniz
trabalhei com o artista Vik Muniz
03:45
and to share this vision,
I worked with artist Vik Muniz
I worked with artist Vik Muniz
77
213248
2735
para criar um símbolo do Universo,
03:47
to create the symbol of the universe,
78
215983
1816
03:49
made entirely out of bacteria
or cancer cells.
or cancer cells.
79
217799
3641
feito inteiramente de células
bacterianas e cancerígenas.
bacterianas e cancerígenas.
03:53
Ultimately, my hope is that the beauty
and purpose of this microscopic universe
and purpose of this microscopic universe
80
221443
5202
No final, espero que a beleza
e propósito deste universo microscópico
e propósito deste universo microscópico
03:58
can inspire new and creative approaches
for the future of cancer research.
for the future of cancer research.
81
226645
4899
inspire novas e criativas abordagens
no futuro da pesquisa do cancro.
no futuro da pesquisa do cancro.
04:03
Thank you.
82
231544
2624
Obrigado.
(Aplausos)
04:06
(Applause)
83
234168
3766
ABOUT THE SPEAKER
Tal Danino - Synthetic biologistTal Danino explores the emerging frontier of combining biology and engineering (and art). He is a 2015 TED Fellow.
Why you should listen
Tal Danino's research explores the emerging frontier of combining biology, engineering and medicine. His work as a synthetic biologist focuses on reprogramming bacteria to detect and treat diseases in our bodies such as cancer.
Originally from Los Angeles, Danino received B.S. degrees from UCLA in Physics, Chemistry and Math, and received his Ph.D. in Bioengineering from UCSD. He did a postdoctoral fellowship at the Massachusetts Institute of Technology and is currently an assistant professor at Columbia University in New York.
Danino's work has been published in scientific journals and highlighted in several popular press venues. He actively develops "Bio-Art" projects that share perspectives and stories about science with recent projects featured in the New York Times, WIRED, and the Wall Street Journal.
Tal Danino | Speaker | TED.com