Met bacteriën kunnen we kanker vaststellen (en misschien zelfs behandelen)

Leverkanker is een van de slechtst herkenbare kankersoorten. Synthetisch bioloog Tal Danino kreeg echter een lumineus idee: als we nu eens een probiotische, eetbare bacterie konden maken die 'geprogrammeerd' is om levertumoren te ontdekken? Zijn inzicht benut een eigenschap die we pas sinds kort aan bacteriën toeschrijven: hun vermogen tot quorum sensing oftewel samen iets doen als ze met genoeg zijn. TED-fellow Danino legt uit hoe quorum sensing werkt - en hoe slimme bacteriën die samenwerken op een dag een verandering in de behandeling van kanker teweeg kunnen brengen.

Je beseft het misschien niet,

maar er zijn meer bacteriën in je lichaam
dan er sterren zijn in het heelal.

Deze fascinerende wereld
van bacteriën in ons lichaam

vormt een integraal deel
van onze gezondheid,

en onze technologie
ontwikkelt zich zo snel

dat we deze bacteriën nu,
net als computers, kunnen programmeren.

Het schema dat je hier ziet,

lijkt op een wedstrijdstrategie

maar is eigenlijk een overzicht van
mijn eerste bacterieprogramma.

En net zoals bij software,
kunnen we DNA printen en schrijven

in verschillende logaritmes
en programma's in de bacteriën.

Dit programma produceert
fluorescerende eiwitten

in een regelmatig tempo

en genereert kleine moleculen

waardoor de bacteriën communiceren
en synchroniseren,

zoals je kunt zien in deze video.

Deze groeiende kolonie van bacteriën

heeft ongeveer de breedte
van een menselijk haar.

Wat je niet ziet,
is dat ons genetisch programma

elke bacterie voorschrijft om
kleine moleculen aan te maken,

en deze moleculen verspreiden zich
tussen duizenden andere bacteriën

om die al dan niet te activeren.

De bacteriën synchroniseren
redelijk goed op deze schaal,

maar omdat de molecule die
ze synchroniseert in snelheid beperkt is,

ontstaan in grotere bacteriekolonies
bewegende golven

tussen bacteriën die
ver uit elkaar liggen.

Je ziet deze golven op het scherm
van rechts naar links bewegen.

Ons genetisch programma is gebaseerd
op het natuurlijke fenomeen

'quorum sensing',

waarbij bacteriën gelijktijdig
en soms heftig reageren

wanneer ze een kritische
dichtheid bereiken.

Je kan 'quorum sensing' in actie zien
in deze video,

waarbij een groeiende kolonie bacteriën
pas begint te gloeien

als een hoge of kritische
dichtheid wordt bereikt.

Ons genetisch programma

blijft deze regelmatige patronen van
fluorescente eiwitten produceren

terwijl de kolonie groeit.

Dit is een video van een experiment
dat we de Supernova noemen,

omdat het op een exploderende ster lijkt.

Naast het programmeren van
deze mooie patronen

vroeg ik mij af: wat kunnen deze
bacteriën nog meer doen?

Daarom onderzocht ik hoe we
bacteriën kunnen programmeren

om ziektes als kanker
te herkennen en te genezen.

Een van de verrassende feiten
over bacteriën

is dat ze zonder hulp kunnen
groeien in tumoren.

Dit gebeurt omdat tumoren in principe

plekken zijn waar
het immuunsysteem niet werkt.

Bacteriën vinden deze tumoren,

die een vrijhaven is
voor hun groei en ontwikkeling.

We gebruikten probiotische bacteriën,

veilige bacteriën
die goed zijn voor de gezondheid,

die, wanneer ze oraal
aan muizen werden toegediend,

uitsluitend in levertumoren
verder groeiden.

Het bleek dat de makkelijkste manier

om de probioticums te vinden,

en dus ook tumoren,

was om deze bacteriën een signaal
te laten produceren

dat we konden detecteren in urine.

Deze probioticums zijn dan ook
speciaal geprogrammeerd

om een molecuul aan te maken
dat de kleur van je urine verandert

om de aanwezigheid van kanker
aan te tonen.

Het bleek dat deze technologie

zeer precies en nauwkeurig
leverkanker kon herkennen,

wat normaal gesproken erg lastig is.

Omdat deze bacteriën zich
specifiek aan tumoren vastkleven,

hebben we ze geprogrammeerd
om kanker niet alleen te herkennen

maar het ook te behandelen

door binnenin de tumor
helende moleculen te produceren

die de bestaande tumoren laten krimpen.

Dit deden we met
quorum-sensingprogramma's,

zoals die uit de voorgaande video's.

Samengevat: stel je een toekomst voor
waarin een geprogrammeerd probioticum

kanker kan herkennen en behandelen,

maar ook andere ziektes.

Ons vermogen om bacteriën
en leven te programmeren,

opent nieuwe mogelijkheden
in kankeronderzoek.

Om dit toekomstbeeld te delen,
werkte ik met kunstenaar Vik Muniz

aan het symbool van het universum
gemaakt uit bacteriën en kankercellen.

Ik hoop dat de schoonheid en het doel
van dit microscopische universum

als inspiratie kan dienen voor nieuwe en
creatieve richtingen in kankeronderzoek.

Dankjewel.

(Applaus)