برای تشخیص سریع‌تر بیماری‌ها، بیایید درمورد زبان مرموز باکتری‌ها صحبت کنیم

آن‌ها را نمی‌شناسید. آن‌ها را نمی‌بینید. اما همیشه در اطراف هستند، زمزمه می‌کنند، نقشه‌های مخفیانه می‌کشند، ارتش‌هایی با میلیون‌ها سرباز می‌سازند. و وقتی تصمیم می‌گیرند حمله کنند، همگی با هم هجوم میاورند. من درباره باکتری‌ها صحبت می‌کنم. (خنده) فکر کردید در موردچه کسی صحبت می‌کردم؟ باکتری‌ها در جوامع زندگی می‌کننددرست مثل انسان‌ها. آن‌ها خانواده ‌دارند، صحبت می‌کنند، و برای فعالیتهایشانبرنامه‌ریزی می‌کنند. و درست مانند انسانهاحقه می‌زنند، فریب می‌دهند و برخی حتی ممکن استبه یکدیگر خیانت کنند. چه می‌گویید اگر به شما بگویم می‌توانیمبه مکالمات باکتری‌ها گوش دهیم و اطلاعات محرمانه‌شان رابه زبان انسانی ترجمه کنیم؟ یا اگر به شما بگویم ترجمه مکالماتباکتریایی می‌تواند انسان‌ها را نجات دهد؟ من دکترای نانوفیزیک دارم و از فناوری نانو استفاده کرده‌ام تاابزاری برای ترجمه در زمان واقعی بسازم که می‌تواند از اجتماعباکتری‌ها جاسوسی کند و به ما مدارکی بدهد که باکتری‌هاقصد انجام چه‌ کاری را دارند. باکتری‌ها همه‌جا زندگی می‌کنند. در خاک، روی لوازم خانه و درون جسم ما. در حقیقت ۹۰ درصد سلول‌های زندهدرون این تئاتر باکتری هستند. بعضی باکتری‌هابرای ما خوب هستند؛ به ما کمک می‌کنند غذا راهضم کنیم یا آنتی‌بیوتیک بسازیم. و بعضی از باکتری‌هابرایمان بد هستند؛ باعث مرگ و بیماری می‌شوند. برای سازمان دادن تمامکارکردهایی که باکتری‌ها دارند مجبورند که تواناییسازمان‌دهی داشته باشند، و این کار را مثل ماانسان‌ها انجام می‌دهند- با ارتباط برقرار کردن. اما به‌ جای استفاده از کلمات، از مولکولهای علامت‌دهنده برایارتباط با یکدیگراستفاده می‌کنند. وقتی باکتری‌ها کم هستند، مولکول‌های علامت دهندهبه‌آرامی تخلیه می‌شوند، مثل فریادهای مردی تنها در صحرا. اما وقتی باکتری زیادی وجود دارد،مولکول‌های علامت دهنده متراکم می‌شوند، و باکتری‌ها حس می‌کنندکه تنها نیستند. به یکدیگر گوش می‌دهند. به این طریق، آن‌ها از اینکهچه تعداد هستند آگاه می‌شوند و این‌که چه زمانی برایشروع عملی جدید کافی هستند. و وقتی‌که مولکول‌های علامتدهنده به حد مشخصی رسیدند، تمام باکتری‌ها در یک ‌لحظه حسمی‌کنند که باید با اقدامی مشترک عمل کنند. پس گفت‌وگوی باکتریایی شاملیک آغازگر و یک واکنش است، تولیدی از یک مولکولو پاسخ به آن. در تحقیقم، بر جاسوسی از جامعهباکتریایی درون بدن انسان تمرکز کردم. چطور کار می‌کند؟ ما نمونه‌ای از یک بیمار را داریم. که می‌تواند نمونهخون یا بزاق باشد. الکترون‌ها را به سمتنمونه‌ها شلیک می‌کنیم، الکترون‌ها با هر مولکولِارتباطی موجود تعامل خواهند کرد، و این تعامل به مااطلاعات خواهد داد در مورد هویت باکتری‌ها، و نوع ارتباطشان و اینکه باکتری‌ها چه‌ مقدارباهم صحبت می‌کنند. اما باکتری‌ها چگونهارتباط برقرار می‌کنند؟ قبل از اینکه ابزارترجمه‌ام را ایجاد کنم، فرض اول من این بود که باکتری‌هاباید زبان ابتدایی داشته باشند، مثل نوزادانی که هنوز نمی‌توانندبا کلمات و جملات صحبت کنند. وقتی می‌خندند، شادند؛ وقتیگریه می‌کنند، ناراحت‌اند. به همین سادگی. اما مشخص شد که باکتری‌ها به‌اندازه‌ایکه من فکر می‌کردم ابتدایی نیستند. یک مولکول تنها یک مولکول نیست. می‌تواند بسته به بافتار،معنای متفاوتی داشته باشد، مثل گریه کردن بچه‌ها کهمی‌تواند معناهای متفاوتی بدهد: گاهی کودک گرسنه است، گاهی خودش را خیس کرده، گاهی آسیب‌دیده یا ترسیده است. والدین می‌دانند چطور اینگریه‌ها را رمزگشایی کنند. و برای اینکه ابزارواقعی برای ترجمه باشد باید بتواند مولکول‌هایعلامت دهنده را رمزگشایی کند و بر اساس بافت آن را ترجمه کند. چه کسی می‌داند؟ شاید سرویس ترجمه گوگلبه‌زودی آن را اقتباس کند (خنده) بگذارید برایتان مثالی بزنم. با خودم کمی اطلاعات باکتریایی آورده‌امکه فهمیدنش می‌تواند تا حدی سخت باشد اگر آموزش ندیده باشید، اما سعی کنید نگاهی بیندازید. (خنده) اینجا یک خانواده باکتریایی خوشحال راداریم که بیماری را آلوده کرده‌اند. بیایید اسمشان را خانواده مونتاگبگذاریم [داستان رومئو و ژولیت] آن‌ها منابع را به اشتراک می‌گذارند،تولیدمثل می‌کنند و رشد می‌کنند. یک روز، همسایهجدیدی پیدا می‌کنند، خانواده باکتریایی کاپولت. (خنده) تا وقتی‌که باهم کارمی‌کنند، همه‌چیز خوب است. اما ناگهان چیزیپیش‌بینی‌نشده اتفاق می‌افتد. رومئو از خانواده مونتاگ رابطه‌ایبا ژولیت از خانواده کاپولت دارد. (خنده) و بله مواد ژنتیکی‌شانرا به اشتراک می‌گذارند. (خنده) حالا، این تبادل ژن‌ها می‌تواندبرای مونتاگ‌ها خطرناک باشد که این آرزو را دارند که تنها خانوادهدر بیماری باشند که آلوده کرده‌اند، و به اشتراک گذاشتن ژن‌ها در ایجاد مقاومت آنتی‌بیوتیکیدر کاپولت‌ها مشارکت می‌کند. پس مونتاگ‌ها در درون خودشان صحبتمی‌کنند تا از شر خانواده دیگر راحت شوند با آزاد کردن این مولکول. (خنده) و با این زیرنویس: [بیایید حمله کنیم.] (خنده) بیایید یک حمله ترتیب بدهیم. و ناگهان همه دریک‌لحظه پاسخ می‌دهند به‌وسیله آزاد کردن سمی کهخانواده دیگر را خواهد کشت. [قلع‌وقمع کنید!] (خنده) کاپولت‌ها با اعلان یکضد‌حمله پاسخ می‌دهند. [ضدحمله!] و می‌جنگند. این ویدیویی است از باکتری‌های واقعی کهبا اندامک‌های شمشیرمانندشان دوئل می‌کنند، در آن سعی می‌کنندیکدیگر را بکشند با زخمی کردن و پاره کردنیکدیگر به معنای واقعی کلمه. هر خانواده‌ای که این جنگ رامی‌برد، باکتری غالب می‌شود. پس کاری که من می‌توانم بکنم این استکه گفت‌وگوی باکتریایی را کشف کنم که به رفتار جمعیمتفاوتی منجر می‌شود مثل مبارزه‌ای که اکنون دیدید. و کاری که من انجام دادم اینبود که جاسوسی جوامع باکتریایی درون بدن انسان را بکنم در بیمارانی که در بیمارستان هستند. من شصت‌ودو بیمار رادر تحقیقی پیگیری کردم، که در آن نمونه‌های بیماران رابرای عفونت خاصی بررسی کردم، بدون دانستن نتایجآزمایش تشخیص سنتی. حالا، در تشخیص‌های باکتریایی، نمونه‌ای روی صفحه‌ای پخش می‌شود، و اگر باکتری‌ها درطول پنج روز رشد کنند، بیمار دارای عفونتتشخیص داده می‌شود. وقتی‌که مطالعه‌ام را به پایانرساندم و نتایج ابزار را با آزمایش تشخیص سنتی و آزموناعتباریابی مقایسه کردم، شوکه شده بودم. بسیار بیشتر از آن‌که انتظارشرا داشتم شگفت‌انگیز بود. اما قبل از گفتن اینکهابزار چه چیزی افشا کرد، می‌خواهم در مورد بیمار خاصیکه پیگیرش بودم صحبت کنم، دختری جوان. او فیبروز سیستیک داشت، بیماری ژنتیکی که ریه او را مستعدابتلا به عفونت‌های باکتریایی کرده بود. این دختر بخشی ازآزمون بالینی ما نبود. من او را پیگیری کردم چراکهبر اساس مدارک پزشکی او فهمیدم او هرگز پیش‌ازاینعفونتی نداشته است. ماهی یک‌بار، این دختربه بیمارستان می‌رفت تا نمونه‌ای از مخاط خودرا درون ظرفی سرفه کند. این نمونه برای بررسیباکتریایی به آزمایشگاه مرکزی انتقال داده می‌شد تا پزشکان بتوانند درصورتی‌کهعفونتی کشف شد سریعاً واکنش دهند. و این اجازه داد تا دستگاهمرا بر روی نمونه او نیز آزمایش کنم. دو ماه اولی که نمونه او رامی‌سنجیدم؛ چیزی وجود نداشت. اما در ماه سوم، در نمونه او کمی پچ‌پچباکتریایی کشف کردم. باکتری‌ها در حال سازمان‌دهی برایآسیب زدن به بافت ریه او بودند. اما شیوه سنتی تشخیص هیچباکتری را تشخیص نداد. من ماه بعد دوبارهاندازه‌گیری کردم، و می‌توانستم ببینم که گفت‌وگویباکتری‌ها حتی تهاجم‌آمیزتر شده است. هنوز روش تشخیص سنتیچیزی را نشان نمی‌داد. مطالعه من به پایان رسید اما ششماه بعد وضعیت او را پیگیری کردم تا ببینم آیا باکتری‌هایی کهتنها من در موردشان می‌دانستم بدون مداخله درمانی ناپدید شده‌اند. خیر. بلکه آن دختر مبتلا به یکعفونت شدید با یک باکتری کشنده تشخیص داده‌ شده بود. همان باکتری بود که ابزارمن پیش‌تر کشف کرده بود. و علی‌رغم درمانشدید آنتی‌بیوتیکی، غیرممکن بود که عفونترا ریشه‌کن کنیم. پزشکان براین باور بودند کهاو سی‌سالگی‌اش را نخواهد دید. وقتی من نمونه ایندختر را آزمایش کردم، ابزارم هنوز در مراحل اولیه بود. حتی نمی‌دانستم که آیاروش من کار خواهد کرد، بنابراین قراردادیبا پزشکان داشتم که به آن‌ها نگویم ابزارمچه چیزی نشان داده تا درمان ایشان را تعدیل نکند. پس وقتی‌که این نتایج را دیدم؛که حتی اعتبارسنجی نشده بودند، جرات نکردم که بگویم چراکه درمان یک بیماربدون عفونت واقعی نیز عواقب منفی برای بیمار دارد. اما اکنون ما بیشتر می‌دانیم، و هنوز دختران و پسران جوان زیادیوجود دارند که می‌توانند نجات یابند چون متأسفانه این سناریواغلب اتفاق می‌افتد. بیماران دچار عفونت می‌شوند، باکتری‌ها به‌گونه‌ای در آزمایشتشخیص سنتی دیده نمی‌شوند، و ناگهان، عفونت با علائمشدیدی خودش را نشان می‌دهد. و در آن لحظه، دیگرخیلی دیر شده است. نتیجه شگفت‌آور از ۶۲بیماری که پیگیری کردم این بود که دستگاهم در بیشاز نیمی از نمونه‌های بیماران که به‌وسیله روش‌های سنتیمنفی ارزیابی‌شده بودند گفت‌وگوی باکتریایی را تشخیص داد. به‌بیان‌دیگر بیش از نیمی از آن بیمارانبه خانه رفتند درحالی‌که فکر می‌کردند عاری از عفونت هستند، درحالی‌که درواقع حاملباکتری‌های خطرناکی بودند. درون این بیمارانی کهتشخیص اشتباه خورده بودند، باکتری‌ها در حال سامان دادنبه حمله‌ای همگام بودند. با یکدیگر نجوا می‌کردند. چیزی که من «باکترینجواگر» می‌نامم باکتری‌هایی هستند که روش‌هایسنتی قادر به تشخیصشان نیستند. تاکنون، تنها همین ابزار ترجمه استکه می‌تواند این نجواها را درک کند. من معتقدم که این بازه زمانیکه باکتری‌ها هنوز نجوا می‌کنند پنجره فرصتی استبرای درمان هدفمند. و اگر آن دختر در خلال اینپنجره فرصت درمان می‌شد، ممکن بود که بتوانیم باکتری‌هارا در مراحل اولیه‌شان بکشیم، قبل از این‌که عفونتاز کنترل خارج شود. چیزی که با این دختر جوان تجربه کردم مراواداشت که هر کاری را که می‌توانم انجام دهم تا این فناوری را به بیمارستان‌ها وارد کنم. همراه با پزشکان، در حال حاضر بر روی پیاده‌سازیاین ابزار در کلینیک‌ها کار می‌کنم تا عفونت‌های نوپا را شناسایی کنیم. با این‌که هنوز مشخص نیست که پزشکانچطور می‌توانند در دوره نجوا کردن بیماران را مداوا کنند، این ابزار می‌تواند به پزشکان کمک کند تا بادقت بیماران درخطر را زیرنظر بگیرند. می‌تواند به آن‌ها کمک کند که تأییدکنند آیا درمان مؤثر بوده یا خیر، و می‌تواند به سؤالاتساده‌ای پاسخ دهد: آیا بیمار عفونت دارد؟ باکتری‌ها چه می‌خواهند بکنند؟ باکتری‌ها حرف می‌زنند، نقشه‌های پنهانی می‌سازند، و اطلاعات محرمانه‌ایرا باهم ردوبدل می‌کنند. اما نه‌ تنها می‌توانیم آن‌هارا موقع نجوا کردن بگیریم، بلکه می‌توانیم زبان مخفیآن‌ها را نیز یاد بگیریم و نجوا کنندگانباکتریایی خودمان بشویم و همان‌طور کهباکتری‌ها خواهند گفت، «۳-اکسو-سی ۱۲-آنیلاین» (خنده) (تشویق) متشکرم.