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Las bacterias son los organismos vivos más antiguos de la Tierra. Han estado aquí por miles de millones de años, y lo que son son organismos microscópicos unicelulares. Así que son una sola célula y tienen esta propiedad especial de que solo tienen una pieza de ADN. Por lo tanto, tienen muy pocos genes e información genética para codificar todos los rasgos que llevan a cabo. Y la forma en que las bacterias se ganan la vida es que consumen nutrientes del medio ambiente, crecen hasta el doble de su tamaño, se cortan por la mitad, y una célula se convierte en dos, y así sucesivamente. Simplemente crecen y se dividen y crecen y se dividen, así que es una vida un tanto aburrida, excepto que lo que argumentaría es que tienes una interacción asombrosa con estas criaturas. Sé que ustedes se consideran humanos, y así es como los considero yo. Este hombre está destinado a representar a un ser humano genérico, y todos los círculos en ese hombre son todas las células que componen su cuerpo. Hay alrededor de un billón de células humanas que nos hacen quienes somos y nos permiten hacer todas las cosas que hacemos. Pero tienes 10 billones de células bacterianas en ti o sobre ti en cualquier momento de tu vida. Así que, 10 veces más células bacterianas que células humanas en un ser humano. Y, por supuesto, es el ADN lo que cuenta, así que aquí están todas las A, T, G y C que componen tu código genético y te dan todas tus encantadoras características. Tienes alrededor de 30.000 genes. Bueno, resulta que tienes 100 veces más genes bacterianos jugando un papel en ti o sobre ti durante toda tu vida. Así que, en el mejor de los casos, eres un 10 por ciento humano; más probablemente, alrededor de un uno por ciento humano, dependiendo de cuál de estas métricas te guste. Sé que te consideras seres humanos, pero yo te considero un 90 o 99 por ciento bacteriano. (Risas) Y estas bacterias no son pasajeros pasivos. Son increíblemente importantes; nos mantienen vivos. Nos cubren con una armadura corporal invisible que mantiene fuera los insultos ambientales para que permanezcamos sanos. Digeren nuestra comida, fabrican nuestras vitaminas, educan nuestro sistema inmunológico para mantener fuera los microbios malos. Así que hacen todas estas cosas asombrosas que nos ayudan y son vitales para mantenernos vivos, y nunca reciben ningún reconocimiento por ello. Pero reciben mucha atención porque también hacen muchas cosas terribles. Así que hay todo tipo de bacterias en la Tierra que no deberían estar en ti o sobre ti en ningún momento, y si lo están, te enferman increíblemente. Y así, la pregunta para mi laboratorio es si quieres pensar en todas las cosas buenas que hacen las bacterias o en todas las cosas malas que hacen las bacterias. La pregunta que teníamos era: ¿Cómo podían hacer algo en absoluto? Quiero decir, son increíblemente pequeñas. Tienes que tener un microscopio para ver una. Llevan esta vida un tanto aburrida donde crecen y se dividen, y siempre se las ha considerado organismos asociales y solitarios. Y así, nos pareció que eran demasiado pequeñas para tener un impacto en el medio ambiente si simplemente actuaban como individuos. Así que queríamos pensar si no podría haber una forma diferente en que vivieran las bacterias. Y la pista para esto vino de otra bacteria marina, y es una bacteria llamada "Vibrio fischeri". Lo que estás viendo en esta diapositiva es solo una persona de mi laboratorio sosteniendo un matraz de un cultivo líquido de una bacteria, una bacteria inofensiva y hermosa que proviene del océano, llamada Vibrio fischeri. Y esta bacteria tiene la propiedad especial de que produce luz, así que produce bioluminiscencia, como las luciérnagas producen luz. No le estamos haciendo nada a las células aquí, solo tomamos la foto apagando las luces de la habitación, y esto es lo que vemos. Y lo que realmente nos interesó no fue que las bacterias produjeran luz, sino cuándo las bacterias producían luz. Lo que notamos es que cuando las bacterias estaban solas, es decir, cuando estaban en suspensión diluida, no producían luz. Pero cuando crecieron hasta un cierto número de células, todas las bacterias encendieron la luz simultáneamente. Así que la pregunta que teníamos era: ¿Cómo pueden las bacterias, estos organismos primitivos, distinguir entre los momentos en que están solas y los momentos en que están en una comunidad, y luego hacer algo juntas? Y lo que descubrimos es que la forma en que lo hacen es que se hablan entre sí, y hablan con un lenguaje químico. Así que esto ahora se supone que es mi célula bacteriana. Cuando está sola, no produce luz. Pero lo que sí hace es producir y secretar moléculas pequeñas que puedes pensar como hormonas, y estos son los triángulos rojos. Y cuando las bacterias están solas, las moléculas simplemente se dispersan, y así, no hay luz. Pero cuando las bacterias crecen y se duplican y todas participan en la producción de estas moléculas, la cantidad extracelular de esa molécula aumenta en proporción al número de células. Y cuando la molécula alcanza una cierta cantidad que le dice a las bacterias cuántos vecinos hay, reconocen esa molécula y todas las bacterias encienden la luz en sincronía. Y así es como funciona la bioluminiscencia: se hablan con estas palabras químicas. La razón por la que Vibrio fischeri hace eso proviene de la biología, de nuevo, otro guiño a los animales del océano. Vibrio fischeri vive en este calamar. Lo que estás viendo es el calamar hawaiano de cola de bob. Ha sido puesto boca abajo, y espero que puedas ver estos dos lóbulos brillantes. Estos albergan las células de Vibrio fischeri. Viven allí, en gran número de células. Esa molécula está allí, y están produciendo luz. Y la razón por la que el calamar está dispuesto a tolerar estas travesuras es porque quiere esa luz. La forma en que funciona esta simbiosis es que este pequeño calamar vive justo en la costa de Hawái, en aguas poco profundas hasta las rodillas. Y el calamar es nocturno, así que durante el día, se entierra en la arena y duerme. Pero luego, por la noche, tiene que salir a cazar. Así que en noches brillantes cuando hay mucha luz de estrellas o de luna, esa luz puede penetrar la profundidad del agua en la que vive el calamar, ya que está solo en esos pocos metros de agua. Lo que el calamar ha desarrollado es un obturador que puede abrirse y cerrarse sobre el órgano de luz especializado que alberga las bacterias. Y luego tiene detectores en su espalda para poder sentir cuánta luz de estrellas o de luna incide en su espalda. Y abre y cierra el obturador para que la cantidad de luz que sale de abajo, que es producida por la bacteria, coincida exactamente con la cantidad de luz que incide en la espalda del calamar, para que el calamar no proyecte una sombra. Así que en realidad utiliza la luz de las bacterias para contra-iluminarse como un dispositivo antipredatorio, para que los depredadores no puedan ver su sombra, calcular su trayectoria y comérselo. Así que este es como el bombardero furtivo del océano. (Risas) Pero luego, si lo piensas, este calamar tiene este terrible problema, porque tiene este cultivo de bacterias denso y moribundo, y no puede sostenerlo. Y así, lo que sucede es que cada mañana, cuando sale el sol, el calamar vuelve a dormir, se entierra en la arena, y tiene una bomba que está conectada a su ritmo circadiano. Y cuando sale el sol, bombea, como, el 95 por ciento de las bacterias. Así que ahora las bacterias están diluidas, esa pequeña molécula hormonal se ha ido, así que no están produciendo luz. Pero, por supuesto, al calamar no le importa, está dormido en la arena. Y a medida que pasa el día, las bacterias se duplican, liberan la molécula, y luego la luz se enciende por la noche, exactamente cuando el calamar la quiere. Así que primero, descubrimos cómo esta bacteria hace esto, pero luego trajimos las herramientas de la biología molecular para descubrir, realmente, cuál es el mecanismo. Y lo que encontramos, así que esto ahora se supone que es mi célula bacteriana, es que Vibrio fischeri tiene una proteína. Esa es la caja roja, es una enzima que produce esa pequeña molécula hormonal, el triángulo rojo. Y luego, a medida que las células crecen, todas liberan esa molécula en el medio ambiente, así que hay mucha molécula allí. Y las bacterias también tienen un receptor en la superficie de su célula que encaja como una cerradura y llave con esa molécula. Estos son como los receptores en las superficies de tus células. Así que cuando la molécula aumenta a una cierta cantidad, que dice algo sobre el número de células, se bloquea en ese receptor y la información entra en las células que les dice a las células que activen este comportamiento colectivo de producir luz. Por qué esto es interesante es porque en la última década, hemos descubierto que esto no es solo una anomalía de esta ridícula bacteria que brilla en la oscuridad y que vive en el océano; todas las bacterias tienen sistemas como este. Así que ahora entendemos que todas las bacterias pueden hablar entre sí. Producen palabras químicas, reconocen esas palabras y activan comportamientos grupales que solo tienen éxito cuando todas las células participan al unísono. Así que ahora tenemos un nombre elegante para esto: lo llamamos "detección de quórum". Votan con estos votos químicos, el voto se cuenta, y luego todos responden al voto. Lo importante para la charla de hoy es que sabemos que hay cientos de comportamientos que las bacterias llevan a cabo de estas maneras colectivas. Pero el que probablemente sea el más importante para ti es la virulencia. No es como si un par de bacterias entraran en ti y comenzaran a secretar algunas toxinas; eres enorme; eso no tendría ningún efecto en ti, eres enorme. Pero lo que hacen, ahora entendemos, es que entran en ti, esperan, comienzan a crecer, se cuentan con estas pequeñas moléculas, y reconocen cuando tienen el número de células correcto que si todas las bacterias lanzan su ataque de virulencia juntas, tendrán éxito en superar a un huésped enorme. Así que las bacterias siempre controlan la patogenicidad con la detección de quórum. Así es como funciona. También fuimos a ver cuáles son estas moléculas. Estos eran los triángulos rojos en mis diapositivas antes. Esta es la molécula de Vibrio fischeri. Esta es la palabra con la que habla. Y luego comenzamos a mirar otras bacterias, y estas son solo una muestra de las moléculas que hemos descubierto. Espero que puedan ver que las moléculas están relacionadas. La parte izquierda de la molécula es idéntica en cada especie de bacteria. Pero la parte derecha de la molécula es un poco diferente en cada especie. Lo que eso hace es conferir exquisitas especificidades de especie a estos lenguajes. Así que cada molécula encaja en su receptor compañero y en ningún otro. Así que estas son conversaciones privadas y secretas. Estas conversaciones son para la comunicación intraespecífica. Cada bacteria utiliza una molécula particular que es su lenguaje que le permite contar a sus propios hermanos. Una vez que llegamos tan lejos, pensamos que estábamos empezando a entender que las bacterias tienen estos comportamientos sociales. Pero lo que realmente estábamos pensando es que la mayor parte del tiempo, las bacterias no viven solas, viven en mezclas increíbles, con cientos o miles de otras especies de bacterias. Y eso se representa en esta diapositiva. Esta es tu piel. Así que esta es solo una imagen, un microscopio de tu piel. En cualquier parte de tu cuerpo, se ve más o menos así. Espero que puedan ver que hay todo tipo de bacterias allí. Y así comenzamos a pensar, si esto realmente se trata de comunicación en bacterias, y se trata de contar a tus vecinos, no es suficiente poder hablar solo dentro de tu especie. Tiene que haber una manera de hacer un censo del resto de las bacterias en la población. Así que volvimos a la biología molecular y comenzamos a estudiar diferentes bacterias. Y lo que hemos encontrado ahora es que, de hecho, las bacterias son multilingües. Todas tienen un sistema específico de especie, tienen una molécula que dice "yo". Pero luego, en paralelo a eso, hay un segundo sistema que hemos descubierto, que es genérico. Así que tienen una segunda enzima que produce una segunda señal, y tiene su propio receptor, y esta molécula es el lenguaje comercial de las bacterias. Es utilizada por todas las bacterias diferentes, y es el lenguaje de la comunicación interespecífica. Lo que sucede es que las bacterias pueden contar cuántos "yo" y cuántos "tú". Y llevan esa información al interior, y deciden qué tareas llevar a cabo dependiendo de quién está en la minoría y quién está en la mayoría de cualquier población dada. Luego, de nuevo, recurrimos a la química, y descubrimos cuál es esta molécula genérica, que eran los óvalos rosados en mi última diapositiva, esta es. Es una molécula muy pequeña de cinco carbonos. Y lo importante que aprendimos es que cada bacteria tiene exactamente la misma enzima y produce exactamente la misma molécula. Así que todas están usando esta molécula para la comunicación interespecífica. Este es el esperanto bacteriano. (Risas) Así que una vez que llegamos tan lejos, comenzamos a aprender que las bacterias pueden hablar entre sí con este lenguaje químico. Pero comenzamos a pensar que tal vez hay algo práctico que podemos hacer aquí también. Les he dicho que las bacterias tienen todos estos comportamientos sociales, que se comunican con estas moléculas. Por supuesto, también les he dicho que una de las cosas importantes que hacen es iniciar la patogenicidad utilizando la detección de quórum. Así que pensamos: ¿Y si hiciéramos que estas bacterias no pudieran hablar o no pudieran oír? ¿No podrían ser estas nuevas clases de antibióticos? Y, por supuesto, acabas de escuchar y ya sabes que nos estamos quedando sin antibióticos. Las bacterias son increíblemente resistentes a múltiples fármacos en este momento, y eso es porque todos los antibióticos que usamos matan bacterias. O revientan la membrana bacteriana, o hacen que la bacteria no pueda replicar su ADN. Matamos bacterias con antibióticos tradicionales, y eso selecciona mutantes resistentes. Y así, ahora, por supuesto, tenemos este problema global en enfermedades infecciosas. Así que pensamos, ¿y si pudiéramos hacer modificaciones de comportamiento, simplemente hacer que estas bacterias no puedan hablar, no puedan contar, y no sepan cómo iniciar la virulencia? Así que eso es exactamente lo que hemos hecho, y hemos tomado dos estrategias. La primera es que hemos atacado el sistema de comunicación intraespecífica. Así que hicimos moléculas que se parecen un poco a las moléculas reales, que viste, pero son un poco diferentes. Y así se bloquean en esos receptores, y bloquean el reconocimiento de la cosa real. Así que al atacar el sistema rojo, lo que hemos podido hacer es crear moléculas anti-detección de quórum específicas de especie o específicas de enfermedad. También hemos hecho lo mismo con el sistema rosa. Hemos tomado esa molécula universal y la hemos modificado un poco para crear antagonistas del sistema de comunicación interespecífica. La esperanza es que estos se utilicen como antibióticos de amplio espectro que funcionen contra todas las bacterias. Y para terminar, mostraré la estrategia. En esta, solo estoy usando la molécula interespecífica, pero la lógica es exactamente la misma. Así que lo que sabes es que cuando esa bacteria entra en el animal, en este caso, un ratón, no inicia la virulencia de inmediato. Entra, comienza a crecer, comienza a secretar sus moléculas de detección de quórum. Reconoce cuando tiene suficientes bacterias para lanzar su ataque, y el animal muere. Y así, lo que hemos podido hacer es dar estas infecciones virulentas, pero las damos en conjunción con nuestras moléculas anti-detección de quórum. Así que estas son moléculas que se parecen un poco a la cosa real, pero son un poco diferentes, lo que he representado en esta diapositiva. Lo que ahora sabemos es que si tratamos al animal con una bacteria patógena, una bacteria patógena multirresistente, al mismo tiempo que administramos nuestra molécula anti-detección de quórum, de hecho, el animal vive. Y así, creemos que esta es la próxima generación de antibióticos, y nos ayudará a superar, al menos inicialmente, este gran problema de resistencia. Espero que piensen que las bacterias pueden hablar entre sí, usan químicos como sus palabras, tienen un léxico químico increíblemente complicado que apenas estamos empezando a conocer. Por supuesto, lo que eso permite a las bacterias hacer es ser multicelulares. Así que en el espíritu de TED, hacen cosas juntas porque marca la diferencia. Lo que sucede es que las bacterias tienen estos comportamientos colectivos, y pueden llevar a cabo tareas que nunca podrían lograr si simplemente actuaran como individuos. Lo que esperaría poder argumentarles es que esta es la invención de la multicelularidad. Las bacterias han estado en la Tierra por miles de millones de años; los humanos, unos pocos cientos de miles. Así que creemos que las bacterias crearon las reglas de cómo funciona la organización multicelular. Y creemos que al estudiar las bacterias, podremos tener una visión sobre la multicelularidad en el cuerpo humano. Así que sabemos que los principios y las reglas, si podemos descifrarlos en estos organismos primitivos, la esperanza es que se apliquen a otras enfermedades y comportamientos humanos también. Espero que lo que hayan aprendido es que las bacterias pueden distinguir el "yo" del "otro". Así que usando estas dos moléculas, pueden decir "yo" y pueden decir "tú". Y de nuevo, por supuesto, eso es lo que hacemos, tanto de manera molecular como externa, pero pienso en las cosas moleculares. Esto es exactamente lo que sucede en tu cuerpo. No es como si las células de tu corazón y las células de tus riñones se mezclaran todos los días, y eso es porque hay toda esta química en marcha, estas moléculas que dicen quién es cada uno de estos grupos de células y cuáles deberían ser sus tareas. Así que de nuevo, creemos que las bacterias inventaron eso, y tú solo has desarrollado algunas campanas y silbatos más, pero todas las ideas están en estos sistemas simples que podemos estudiar. Y lo último es, solo para reiterar que existe esta parte práctica, y así hemos creado estas moléculas anti-detección de quórum que se están desarrollando como nuevos tipos de terapéuticos. Pero luego, para terminar con una mención de todas las bacterias buenas y milagrosas que viven en la Tierra, también hemos creado moléculas pro-detección de quórum. Así que hemos apuntado a esos sistemas para hacer que las moléculas funcionen mejor. Así que recuerden, tienen estas 10 veces o más células bacterianas en ustedes o sobre ustedes, manteniéndolos sanos. Lo que también estamos tratando de hacer es fortalecer la conversación de las bacterias que viven como mutualistas con ustedes, con la esperanza de hacerlos más sanos, mejorar esas conversaciones, para que las bacterias puedan hacer cosas que queremos que hagan mejor de lo que lo harían por sí solas. Finalmente, quería mostrarles, esta es mi pandilla en Princeton, Nueva Jersey. Todo lo que les he contado fue descubierto por alguien en esa foto. Y espero que cuando aprendan cosas, como sobre cómo funciona el mundo natural, solo quiero decir que cada vez que leen algo en el periódico o escuchan una charla sobre algo ridículo en el mundo natural, fue hecho por un niño. Así que la ciencia es hecha por ese grupo demográfico. Todas esas personas tienen entre 20 y 30 años, y son el motor que impulsa el descubrimiento científico en este país. Y es un grupo demográfico realmente afortunado con el que trabajar. (Aplausos) Yo sigo envejeciendo y envejeciendo, y ellas siempre tienen la misma edad. Y es un trabajo loco y encantador. Y quiero agradecerles por invitarme aquí, es un gran placer para mí poder venir a esta conferencia. (Aplausos) Gracias. (Aplausos)