TED日本語 - ボニー・バスラー: 細菌はどうやってコミュニケーションするのか


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TED日本語 - ボニー・バスラー: 細菌はどうやってコミュニケーションするのか

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The secret, social lives of bacteria


Bonnie Bassler






Bacteria are the oldest living organisms on the earth. They've been here for billions of years, and what they are are single-celled microscopic organisms. So they are one cell and they have this special property that they only have one piece of DNA. They have very few genes, and genetic information to encode all of the traits that they carry out. And the way bacteria make a living is that they consume nutrients from the environment, they grow to twice their size, they cut themselves down in the middle, and one cell becomes two, and so on and so on. They just grow and divide, and grow and divide -- so a kind of boring life, except that what I would argue is that you have an amazing interaction with these critters.

I know you guys think of yourself as humans, and this is sort of how I think of you. This man is supposed to represent a generic human being, and all of the circles in that man are all of the cells that make up your body. There is about a trillion human cells that make each one of us who we are and able to do all the things that we do, but you have 10 trillion bacterial cells in you or on you at any moment in your life. So,10 times more bacterial cells than human cells on a human being. And of course it's the DNA that counts, so here's all the A, T, Gs and Cs that make up your genetic code, and give you all your charming characteristics. You have about 30,000 genes. Well it turns out you have 100 times more bacterial genes playing a role in you or on you all of your life. At the best, you're 10 percent human, but more likely about one percent human, depending on which of these metrics you like. I know you think of yourself as human beings, but I think of you as 90 or 99 percent bacterial.


These bacteria are not passive riders, these are incredibly important, they keep us alive. They cover us in an invisible body armor that keeps environmental insults out so that we stay healthy. They digest our food, they make our vitamins, they actually educate your immune system to keep bad microbes out. So they do all these amazing things that help us and are vital for keeping us alive, and they never get any press for that. But they get a lot of press because they do a lot of terrible things as well. So, there's all kinds of bacteria on the Earth that have no business being in you or on you at any time, and if they are, they make you incredibly sick.

And so, the question for my lab is whether you want to think about all the good things that bacteria do, or all the bad things that bacteria do. The question we had is how could they do anything at all? I mean they're incredibly small, you have to have a microscope to see one. They live this sort of boring life where they grow and divide, and they've always been considered to be these asocial reclusive organisms. And so it seemed to us that they are just too small to have an impact on the environment if they simply act as individuals. And so we wanted to think if there couldn't be a different way that bacteria live.

The clue to this came from another marine bacterium, and it's a bacterium called Vibrio fischeri. What you're looking at on this slide is just a person from my lab holding a flask of a liquid culture of a bacterium, a harmless beautiful bacterium that comes from the ocean, named Vibrio fischeri. This bacterium has the special property that it makes light, so it makes bioluminescence, like fireflies make light. We're not doing anything to the cells here. We just took the picture by turning the lights off in the room, and this is what we see.

What was actually interesting to us was not that the bacteria made light, but when the bacteria made light. What we noticed is when the bacteria were alone, so when they were in dilute suspension, they made no light. But when they grew to a certain cell number all the bacteria turned on light simultaneously. The question that we had is how can bacteria, these primitive organisms, tell the difference from times when they're alone, and times when they're in a community, and then all do something together. What we've figured out is that the way that they do that is that they talk to each other, and they talk with a chemical language.

This is now supposed to be my bacterial cell. When it's alone it doesn't make any light. But what it does do is to make and secrete small molecules that you can think of like hormones, and these are the red triangles, and when the bacteria is alone the molecules just float away and so no light. But when the bacteria grow and double and they're all participating in making these molecules, the molecule -- the extracellular amount of that molecule increases in proportion to cell number. And when the molecule hits a certain amount that tells the bacteria how many neighbors there are, they recognize that molecule and all of the bacteria turn on light in synchrony. That's how bioluminescence works -- they're talking with these chemical words.

The reason that Vibrio fischeri is doing that comes from the biology. Again, another plug for the animals in the ocean, Vibrio fischeri lives in this squid. What you are looking at is the Hawaiian Bobtail Squid, and it's been turned on its back, and what I hope you can see are these two glowing lobes and these house the Vibrio fischeri cells, they live in there, at high cell number that molecule is there, and they're making light. The reason the squid is willing to put up with these shenanigans is because it wants that light. The way that this symbiosis works is that this little squid lives just off the coast of Hawaii, just in sort of shallow knee-deep water. The squid is nocturnal, so during the day it buries itself in the sand and sleeps, but then at night it has to come out to hunt. On bright nights when there is lots of starlight or moonlight that light can penetrate the depth of the water the squid lives in, since it's just in those couple feet of water. What the squid has developed is a shutter that can open and close over this specialized light organ housing the bacteria. Then it has detectors on its back so it can sense how much starlight or moonlight is hitting its back. And it opens and closes the shutter so the amount of light coming out of the bottom -- which is made by the bacterium -- exactly matches how much light hits the squid's back, so the squid doesn't make a shadow. It actually uses the light from the bacteria to counter-illuminate itself in an anti-predation device so predators can't see its shadow, calculate its trajectory, and eat it. This is like the stealth bomber of the ocean.


But then if you think about it, the squid has this terrible problem because it's got this dying, thick culture of bacteria and it can't sustain that. And so what happens is every morning when the sun comes up the squid goes back to sleep, it buries itself in the sand, and it's got a pump that's attached to its circadian rhythm, and when the sun comes up it pumps out like 95 percent of the bacteria. Now the bacteria are dilute, that little hormone molecule is gone, so they're not making light -- but of course the squid doesn't care. It's asleep in the sand. And as the day goes by the bacteria double, they release the molecule, and then light comes on at night, exactly when the squid wants it.

First we figured out how this bacterium does this, but then we brought the tools of molecular biology to this to figure out really what's the mechanism. And what we found -- so this is now supposed to be, again, my bacterial cell -- is that Vibrio fischeri has a protein -- that's the red box -- it's an enzyme that makes that little hormone molecule, the red triangle. And then as the cells grow, they're all releasing that molecule into the environment, so there's lots of molecule there. And the bacteria also have a receptor on their cell surface that fits like a lock and key with that molecule. These are just like the receptors on the surfaces of your cells. When the molecule increases to a certain amount -- which says something about the number of cells -- it locks down into that receptor and information comes into the cells that tells the cells to turn on this collective behavior of making light.

Why this is interesting is because in the past decade we have found that this is not just some anomaly of this ridiculous, glow-in-the-dark bacterium that lives in the ocean -- all bacteria have systems like this. So now what we understand is that all bacteria can talk to each other. They make chemical words, they recognize those words, and they turn on group behaviors that are only successful when all of the cells participate in unison. We have a fancy name for this: we call it quorum sensing. They vote with these chemical votes, the vote gets counted, and then everybody responds to the vote.

What's important for today's talk is that we know that there are hundreds of behaviors that bacteria carry out in these collective fashions. But the one that's probably the most important to you is virulence. It's not like a couple bacteria get in you and they start secreting some toxins -- you're enormous, that would have no effect on you. You're huge. What they do, we now understand, is they get in you, they wait, they start growing, they count themselves with these little molecules, and they recognize when they have the right cell number that if all of the bacteria launch their virulence attack together, they are going to be successful at overcoming an enormous host. Bacteria always control pathogenicity with quorum sensing. That's how it works.

We also then went to look at what are these molecules -- these were the red triangles on my slides before. This is the Vibrio fischeri molecule. This is the word that it talks with. So then we started to look at other bacteria, and these are just a smattering of the molecules that we've discovered. What I hope you can see is that the molecules are related. The left-hand part of the molecule is identical in every single species of bacteria. But the right-hand part of the molecule is a little bit different in every single species. What that does is to confer exquisite species specificities to these languages. Each molecule fits into its partner receptor and no other. So these are private, secret conversations. These conversations are for intraspecies communication. Each bacteria uses a particular molecule that's its language that allows it to count its own siblings.

Once we got that far we thought we were starting to understand that bacteria have these social behaviors. But what we were really thinking about is that most of the time bacteria don't live by themselves, they live in incredible mixtures, with hundreds or thousands of other species of bacteria. And that's depicted on this slide. This is your skin. So this is just a picture -- a micrograph of your skin. Anywhere on your body, it looks pretty much like this, and what I hope you can see is that there's all kinds of bacteria there. And so we started to think if this really is about communication in bacteria, and it's about counting your neighbors, it's not enough to be able to only talk within your species. There has to be a way to take a census of the rest of the bacteria in the population.

So we went back to molecular biology and started studying different bacteria, and what we've found now is that in fact, bacteria are multilingual. They all have a species-specific system -- they have a molecule that says "me." But then, running in parallel to that is a second system that we've discovered, that's generic. So, they have a second enzyme that makes a second signal and it has its own receptor, and this molecule is the trade language of bacteria. It's used by all different bacteria and it's the language of interspecies communication. What happens is that bacteria are able to count how many of me and how many of you. They take that information inside, and they decide what tasks to carry out depending on who's in the minority and who's in the majority of any given population.

Then again we turn to chemistry, and we figured out what this generic molecule is -- that was the pink ovals on my last slide, this is it. It's a very small, five-carbon molecule. What the important thing is that we learned is that every bacterium has exactly the same enzyme and makes exactly the same molecule. So they're all using this molecule for interspecies communication. This is the bacterial Esperanto.


Once we got that far, we started to learn that bacteria can talk to each other with this chemical language. But what we started to think is that maybe there is something practical that we can do here as well. I've told you that bacteria do have all these social behaviors, they communicate with these molecules. Of course, I've also told you that one of the important things they do is to initiate pathogenicity using quorum sensing. We thought, what if we made these bacteria so they can't talk or they can't hear? Couldn't these be new kinds of antibiotics?

Of course, you've just heard and you already know that we're running out of antibiotics. Bacteria are incredibly multi-drug-resistant right now, and that's because all of the antibiotics that we use kill bacteria. They either pop the bacterial membrane, they make the bacterium so it can't replicate its DNA. We kill bacteria with traditional antibiotics and that selects for resistant mutants. And so now of course we have this global problem in infectious diseases. We thought, well what if we could sort of do behavior modifications, just make these bacteria so they can't talk, they can't count, and they don't know to launch virulence.

And so that's exactly what we've done, and we've sort of taken two strategies. The first one is we've targeted the intraspecies communication system. So we made molecules that look kind of like the real molecules -- which you saw -- but they're a little bit different. And so they lock into those receptors, and they jam recognition of the real thing. By targeting the red system, what we are able to do is to make species-specific, or disease-specific, anti-quorum sensing molecules. We've also done the same thing with the pink system. We've taken that universal molecule and turned it around a little bit so that we've made antagonists of the interspecies communication system. The hope is that these will be used as broad-spectrum antibiotics that work against all bacteria.

To finish I'll just show you the strategy. In this one I'm just using the interspecies molecule, but the logic is exactly the same. What you know is that when that bacterium gets into the animal, in this case, a mouse, it doesn't initiate virulence right away. It gets in, it starts growing, it starts secreting its quorum sensing molecules. It recognizes when it has enough bacteria that now they're going to launch their attack, and the animal dies. What we've been able to do is to give these virulent infections, but we give them in conjunction with our anti-quorum sensing molecules -- so these are molecules that look kind of like the real thing, but they're a little bit different which I've depicted on this slide. What we now know is that if we treat the animal with a pathogenic bacterium -- a multi-drug-resistant pathogenic bacterium -- in the same time we give our anti-quorum sensing molecule, in fact, the animal lives.

We think that this is the next generation of antibiotics and it's going to get us around, at least initially, this big problem of resistance. What I hope you think, is that bacteria can talk to each other, they use chemicals as their words, they have an incredibly complicated chemical lexicon that we're just now starting to learn about. Of course what that allows bacteria to do is to be multicellular. So in the spirit of TED they're doing things together because it makes a difference. What happens is that bacteria have these collective behaviors, and they can carry out tasks that they could never accomplish if they simply acted as individuals.

What I would hope that I could further argue to you is that this is the invention of multicellularity. Bacteria have been on the Earth for billions of years; humans, couple hundred thousand. We think bacteria made the rules for how multicellular organization works. We think, by studying bacteria, we're going to be able to have insight about multicellularity in the human body. We know that the principles and the rules, if we can figure them out in these sort of primitive organisms, the hope is that they will be applied to other human diseases and human behaviors as well. I hope that what you've learned is that bacteria can distinguish self from other. By using these two molecules they can say "me" and they can say "you." Again of course that's what we do, both in a molecular way, and also in an outward way, but I think about the molecular stuff.

This is exactly what happens in your body. It's not like your heart cells and your kidney cells get all mixed up every day, and that's because there's all of this chemistry going on, these molecules that say who each of these groups of cells is, and what their tasks should be. Again, we think that bacteria invented that, and you've just evolved a few more bells and whistles, but all of the ideas are in these simple systems that we can study.

The final thing is, again just to reiterate that there's this practical part, and so we've made these anti-quorum sensing molecules that are being developed as new kinds of therapeutics. But then, to finish with a plug for all the good and miraculous bacteria that live on the Earth, we've also made pro-quorum sensing molecules. So, we've targeted those systems to make the molecules work better. Remember you have these 10 times or more bacterial cells in you or on you, keeping you healthy. What we're also trying to do is to beef up the conversation of the bacteria that live as mutualists with you, in the hopes of making you more healthy, making those conversations better, so bacteria can do things that we want them to do better than they would be on their own.

Finally, I wanted to show you this is my gang at Princeton, New Jersey. Everything I told you about was discovered by someone in that picture. I hope when you learn things, like about how the natural world works -- I just want to say that whenever you read something in the newspaper or you get to hear some talk about something ridiculous in the natural world it was done by a child. Science is done by that demographic. All of those people are between 20 and 30 years old, and they are the engine that drives scientific discovery in this country. It's a really lucky demographic to work with. I keep getting older and older and they're always the same age, and it's just a crazy delightful job. I want to thank you for inviting me here. It's a big treat for me to get to come to this conference.




細菌は地球上に最も古くからいる生物で 数十億年以上存在しています それは顕微鏡サイズの単細胞生物です 細胞一つだけで、DNAを一つだけ持っているという 特質があります 遺伝子は非常に少なく それが持つ全ての特徴の遺伝情報が記録されています 細菌は 周囲の栄養素を消費して生活し 大きさが二倍になると、自分で真ん中から二つに分裂し 二つの細胞になり、それを繰り返します 成長して分裂、成長して分裂―退屈な生活ですね でも私がここでお話しするのは、あなたがこのような生物と 驚くべき相互作用をしているという事です

あなた方は自分を人間だ、と思っていますね でも私はこう考えています: この人型は、一般的な「ヒト」を 表すとします そしてこの人型の中の全ての丸は、ヒトを構成している細胞だとします あなたがヒトであり、ヒトとしていろいろなことができるのには 1兆個のヒト細胞が必要です しかしあなたは自分の体内、体外に つねに10兆個の細菌をくっつけています ヒトには、自分の細胞の10倍の細菌が 付着しているのです もちろん大事なのはDNAで ここにA,T,G,Cの塩基配列があって あなたの魅力的な特徴をもたらす全ての遺伝情報を構成しています あなたは約3万の遺伝子を持っています でも、あなたは一生の間に、その100倍の細菌の遺伝子を 体内か体表に持っていることになるのです あなたはせいぜい10パーセントか、あるいは 測定のしかたによっては1パーセントだけが 人間なわけです あなたは自分をヒトだと思っているでしょうが 私は、あなたの90?99パーセントは細菌だと思います


細菌はただあなたに乗っかっているだけではありません 細菌は信じられないくらい重要で、あなたを生かしています 細菌は目に見えない鎧で 環境の攻撃をはねのけ、私たちの 健康を維持しています 我々の食物を消化してくれ、ビタミンを作り、 免疫系を教育し 悪い細菌を排除させます つまり細菌は我々が生きていくのに 必要不可欠なものですが そのことで耳目を集めることはありません しかし、身体に害のあることを色々するといっては しょっちゅう新聞沙汰になります つまり地球上には、もともとあなたの一生とは 全く関係ない細菌もいて もしそれとかかわると、ひどい病気になるのです

そこで、細菌がもたらす良いことについて考えたいのか、 それとも悪いことについてなのかが私のラボの研究テーマなのです 問題は、そもそも細菌はどうしてそんなことができるのか?ということです というのは、彼らはものすごく小さくて 顕微鏡でないと見えません 成長しては増えるというだけの退屈な生活をしていて 社会性のない隠者のようなものと思われています あまりに小さすぎて、それらが個々に活動する限りは 環境には影響しないように 思われています そこで私たちは、細菌には他にも生活する手段が あるのではないか考えたいと思いました

この答えの糸口は、海洋性の細菌の ビブリオ・フィシェリからもたらされました スライドに見えるのは私のラボの誰かが 細菌の入った液体培地フラスコを持っているところで 細菌は海洋由来のビブリオ・フィシェリという、美しく 無害な種です この細菌の特質は光を発することで 生物発光するわけで 蛍と似ています 別に細胞に何かしたわけではありません ただ部屋のライトを消して写真を撮っただけで このように見えるのです

ここで興味深いのは 細菌が光っている、ということではなく 「いつ」光るのか、ということです 分かったことは、細菌が孤立している時 つまり薄められた培地の中では光らないということです しかしそれが増殖して一定の数を超えると 全ての細菌が同時にいっせいに光るのです 問題は、細菌という原始的な生物が、どうやって 自分が孤立している時と 集団の中にいる事を区別して 一緒に何かをし始めるのか、ということです 分かったのは、細菌が光るときは、彼らは互いに話し合っていて そのために化学物質を使っているということでした

これを細菌の細胞だとします 一つだけのときは光を発しません しかし、その細胞は小さな分子を分泌しています それはホルモンのようなもので 赤い三角で示しています 細菌が一つだけの時は その分子は単に流れ去って、細菌は光りません しかし細菌が分裂増殖し 皆がその分子を生成するようになると その分子の細胞外での量が、細胞数に比例して 増えていきます そして分子の数が一定量を超えると それが細菌に、近くにどれだけの仲間がいるかを知らせ 細菌が分子を認識し、そして 同時に発光するスイッチが入るのです これが生体発光の仕組みで このように化学物質で話し合っているのです

ビブリオ・フィシェリが発光する理由は生物学的なもので、 ビブリオ・フィシェリは、海の蛍光灯である このイカの中に住んでいます これはハワイヒカリダンゴイカで あお向けになっていますが ここに光っている突起が二つあるのが見えるでしょうか ここにビブリオ・フィシェリが 密集して住んでいて そこにはあの分子があり、光っています イカがこのいたずらを許容しているのは イカにはこの光が必要だからです この共生関係の仕組みはこうです: このイカはハワイの沿岸の 膝くらいの深さのところに棲んでいます イカは夜行性で、昼間は 砂に埋もれて寝ています 夜になると出てきて狩りをするわけです 月夜や明るい星明かりの夜などは その光が水を通ってきて イカのいる深さまで到達します つまり数フィートの深さです イカは、細菌が棲んでいるこの発光装置を 開いたり閉じたりするシャッターを持っています イカは背中にセンサーを持っていて 月や星の光がどれくらい背中に当たっているかを感知し 例のシャッターを開閉して イカの底部から出てくる光を ―それは細菌が作っているわけですが― それを背中に当たっている光と正確にマッチさせ イカが影を作らないようにするのです イカは細菌の作る光を利用して 外敵防御デバイスの中の発光装置を作り 捕食動物が、影からイカの航跡を計算して 捕食するのを防いでいるのです 海のステルス爆撃機です


でもあなたはこう考えるかも:イカには大変な問題があり 死にかけた大量のバクテリアを抱えて それを維持できない、と そこで早朝、太陽が昇って 砂の中に埋まって寝る時 イカは日内リズムに連動したポンプを持っていて 太陽が昇ると細菌の95%を体外に放出してしまうのです そこで細菌は薄まり、ホルモン分子は流れ去り 細菌は光らなくなります イカは気にしません 砂の中で眠るんですから 一日が過ぎていくと細菌は増殖しながら 例の分子を放出し、ちょうどイカがそれを必要な 夜になると光るようになります

最初我々は細菌がどうやってこれを実現するのか調べましたが つぎに分子生物学の道具を持ち込み 実際どんなメカニズムなのかを調べてみました 分かったのは―もう一度これは細胞だとしますが ビブリオ・フィシェリはタンパク質― この赤い四角―を持っていて、それはあの ホルモン分子―赤い三角―を作る酵素で 細胞が増えると、それらが皆この分子を 周りに放出し、分子が多く存在することになります 細菌はまた表面にレセプター(受容器)を持っていて さっきの分子と「鍵と鍵穴」のように組み合わさります 私たちの細胞の表面のレセプターと同じです 分子が一定の量を超えると それが細胞の数に関する情報を伝え レセプターに結合し それで情報が細胞内に伝わり 細胞が同時に光るための スイッチをオンにします

なぜこれが面白いかというと、過去10年間で これが単にへんてこな、 暗い夜の海で光っている細菌特有のものではなく 細菌全般に見られることがわかったからです つまり、細菌は互いにお喋りできることが分かったのです 化学物質を言葉にし、その言葉を認識し 全ての細胞が同時に参加した場合だけ 作動する集団行動のスイッチを入れることができるのです これにはきれいな名前がついていて「クオラムセンシング」といいます 細菌は化学物質で投票を行い 投票は計測され、皆がその投票に反応するのです

今日の話で重要なのは このように細菌が集団で行う行動は 何百とあるということが分かっていることです その中で、我々に最も重要なのは「毒性」についてです たかだか数個の細菌が体内に侵入し 毒素を分泌し始めるようなことではありません あなたは巨大です 何も影響を受けません 巨大なのです わかっているのは、何が起きるかというと 細菌は侵入すると、まず待ち、増殖を始め、 そして例の分子で自分たちの数を数え、 決められた細胞数を越えたと認識し、 もし全ての細菌が一度に毒性の攻撃を開始すれば 攻撃は成功し、巨大な宿主を倒せることになります 細菌はつねにクオラムセンシングで病原性を制御しています そういう仕組みです

我々はそれからこれらの分子構造がどんなものか調べました 前のスライドの赤い三角のことです これはビブリオ・フィシェリの分子です これを使って互いに喋るのです そこで私たちは別の細菌を調べ始め これらはその過程で発見したいくつかの分子です 理解していただきたいのは これらの分子に共通点があることです 分子の左側は全ての細菌で 同じです しかし、分子の右半分はそれぞれの種で少しづつ違います その部分が、種に特徴的で 詳細な情報を与えるのです それぞれの分子は特定の相手のレセプターにしか結合しません つまり私的で秘密の会話をするのです これは種の内部での会話です それぞれの細菌は独自の分子を使い それで同類種の数を数えることができるのです

そこまでいくと、我々は 細菌が社会的行動をするという理解をし始めたと思いました しかし、そこで我々が本当に考えたのは、大抵の細菌は 自分だけで生活しているのではなく、考えられないような混合物― 何百種・何千種が混ざった状態で生活していることでした それがこのスライドに示されています これはあなたの皮膚です これはただの写真ですが―あなたの皮膚の顕微鏡写真です 身体のどの部分でも大体このように見えます 見ていただきたいのは、あらゆる細菌がいるということです そこで考えたのは、もしこれが本当に細菌同士のコミュニケーションで 同類を数えているとすれば 単に同種族だけを数えていては不十分だろうという事です 細菌の集団の中で、自分以外の細菌の 統計調査をする必要があります

そこで分子生物学に戻って 様々な種族の細菌を調べ 今分かっているのは 細菌は多言語を話すということです 細菌はそれぞれ種独自のシステムを持っていて 「私」と発言する分子があるわけですが それと並行して第二のシステムがあり それが種間で共通の言語なのです つまり細菌は第二の信号を作る第二の酵素を持っていて それ専用のレセプターがあり それが細菌種族間の交易言語なのです それは様々な種の細菌に用いられ 種族間の通信言語なのです つまり細菌は「自分」がいくついるかと同時に 「自分以外」がいくついるかも数えられるのです 細菌はその情報を内部に取り込み どの種が多数派か、どの種が少数派かによって -- それがどのような比率であっても -- 実行すべき課題を決めるのです

そこで再び化学に戻って この共通の分子が何かを調べました スライドの中ではピンクの楕円に見えるところ、それです それは非常に小さな炭素5個の分子です そこでわかった重要なことは 全ての細菌がまったく同じ酵素を持っていて 全く同じ分子を作ることでした つまりこれらの細菌は皆、種族間の 通信のためにこの分子を使っているのです 細菌のエスペラント語です


そこまでくると、我々は 細菌がこの化学言語で話し合えることを知りました そこで考えたのは、ここで私たちにも実用的な何かが 出来るかもしれないということでした 細菌がこのような社会行動をするのだ、とお話ししました 分子で情報交換するのです そしてまた、クオラムセンシングを使って病原性を発揮するのが 重要な点だと話しました そこで考えました 細菌が互いに話したり 聞いたりできなくしたらどうなるか?、と 新しい種類の抗生物質になるのではないか?

もちろん皆さんは、我々の抗生物質の選択肢が 底をついてきていることを聞いたでしょう 現在では、細菌は恐ろしく多剤耐性で なぜなら全ての抗生物質は殺菌性だからです それは細胞膜を攻撃するか、あるいは 細菌がDNAを複製できなくします 伝統的な抗生剤は細菌を殺すのですが その結果、耐性菌が生き残るのです そして私たちは現在、このような世界規模の 感染症の問題に直面しています そこで考えました さて、行動修正のようなことをして、 この細菌同士が話せない、つまり計数できなくして 毒性の発動時期を分からなくしてしまえばどうだろう?、と

それがまさしく我々のしたことで、二つの戦略を取りました 最初の標的は 種族内のコミュニケーションシステムです そこで我々は、実際の分子に似ているが ご覧のように、少し違ったものを作ります それでこの物質はレセプターに結合し 本物の分子の認識を妨害します 赤いシステムを標的にすることで 細菌種か病気の種類に特化して 対クオラムセンシング分子を作ることができるのです 同じことをピンクのシステムでも行えます 共通言語分子を取り出し、それをちょっとひねって 種族間通信システム用の 拮抗薬を作りました 希望するのは、それが、全ての種類の細菌用の 汎用抗菌剤として使えるかもしれないことです

最後に我々の戦略をお見せします この中では私は種族間分子しか使っていません しかし論理はまったく同じです つまり細菌が動物に侵入した場合― この場合はマウスですが― それはすぐには毒性を発揮しません 侵入し、増殖し始め、それから クオラムセンシング分子を分泌し始めます 細菌は自分がいつ攻撃活動をできるだけの 十分な数になったかを認識します そして動物が死にます 我々にできるのはこういう毒性の強い感染に対して (抗生物質に加えて)抗クオラムセンシング分子剤も与えることです クオラムセンシング分子に似ているが このスライドのように少し形が違っているものです わかっているのは、多剤耐性の病原性細菌にかかった 動物を、抗生物質と同時に抗クオラムセンシング分子剤で 治療すると、実際のところ 動物は生き残るのです

我々はこれが次世代の抗生物質になり 少なくとも暫くの間は、耐性という大問題に 対応できるでしょう 考えていただきたいのは、細菌は互いに喋ることができて 言葉として化学物質を使い 非常に複雑な化学上の語彙を使い それについては研究が始まったばかりです もちろん、この方法により細菌は 多細胞の様に振る舞う事ができます TEDの精神に倣い、彼らは協力して事に当たります それで変化を起こせるからです つまり細菌は集団行動を行い 単体では決して出来なかったような 課題を行うことが できるのです

みなさんにさらにお話したいのは これが「多細胞性の発明」だということです 細菌は何十億年も前から地球にいます 人間は、数十万年です 多細胞の組織の行動ルールは 細菌が決めたのです 細菌を研究することで 人間の身体の多細胞性についても洞察を得ることができるでしょう もし我々が原理と法則を 原始的な生物から発見することができるのならば うまくいけば、我々はそれを ヒトの他の病気や行動にも応用できるのです お分かり頂けましたか 細菌が自分と他者を区別できることが 「自分」と「自分以外」と話す二つの分子を使うことで もちろんそれを我々は 分子的なレベルや より広い視野から行っており 私は分子の方について考えています

身体の内部でまさしく起きていることです 体内で、心臓の細胞と人層の細胞が混ざり合っているというようなことではありません このような化学変化がいつも起きていて ここの部分の細胞は何になるのか、また何のためにそうなるのかを 分子が語るのです また、細菌がそれを発明し 人間はそれにちょっと手を加えただけのことで 全てのアイデアは、我々が研究できるシンプルなシステムの中にあると思います

最後に、この話の実用的な部分を繰り返しますが 我々はこういう抗クオラムセンシング分子を作り出し 新しい治療方法として開発しているのです そして、地球上のあらゆる、善良で素晴らしい 細菌のために 我々は「向クオラムセンシング分子」を作っており それによってシステム内で分子がよりよく働くことを狙っています 思い出して下さい あなた自身の10倍の細菌が あなたに付着しています あなたの健康を維持するために 我々がやろうとしているのは、あなたと共生している細菌の 会話システムを強化し あなたがさらに健康になれるように 会話をさらに良くして 細菌に、我々がしてほしいことを、彼らが普通に 行う以上にやってもらうことです

最後に皆さんにご覧に入れます これが、ニュージャージー州プリンストンの私の同僚です 私が話した全ては、この写真の誰かが発見したのです 何かを学ぶ時、 たとえば自然界のしくみなどについて なにか自然界の可笑しいことについて、あなたが 新聞で読んだり耳にする事は、 子どもがやっています 科学はここに示されているような人々がやっています 彼らは20歳から30歳の間で この国の科学的発見のエンジンです 一緒に仕事をすることができてラッキーな人たちです 私はだんだん歳をとりますが、彼らの年は変わらない 最高に楽しい仕事です ここに呼んで下さってありがとう このカンファレンスに来る事ができて光栄です




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