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  • Bacteria are the oldest living organisms on the earth.

    細菌は地球上に最も古くからいる生物で

  • They've been here for billions of years,

    数十億年以上存在しています

  • and what they are are single-celled microscopic organisms.

    それは顕微鏡サイズの単細胞生物です

  • So they are one cell and they have this special property

    細胞一つだけで、DNAを一つだけ持っているという

  • that they only have one piece of DNA.

    特質があります

  • They have very few genes,

    遺伝子は非常に少なく

  • and genetic information to encode all of the traits that they carry out.

    それが持つ全ての特徴の遺伝情報が記録されています

  • And the way bacteria make a living

    細菌は

  • is that they consume nutrients from the environment,

    周囲の栄養素を消費して生活し

  • they grow to twice their size, they cut themselves down in the middle,

    大きさが二倍になると、自分で真ん中から二つに分裂し

  • and one cell becomes two, and so on and so on.

    二つの細胞になり、それを繰り返します

  • They just grow and divide, and grow and divide -- so a kind of boring life,

    成長して分裂、成長して分裂―退屈な生活ですね

  • except that what I would argue is that you have

    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

  • an amazing interaction with these critters.

    驚くべき相互作用をしているという事です

  • I know you guys think of yourself as humans, and this is sort of how I think of you.

    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:

  • This man is supposed to represent

    この人型は、一般的な「ヒト」を

  • a generic human being,

    表すとします

  • and all of the circles in that man are all of the cells that make up your body.

    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

  • There is about a trillion human cells that make each one of us

    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

  • who we are and able to do all the things that we do,

    1兆個のヒト細胞が必要です

  • but you have 10 trillion bacterial cells

    しかしあなたは自分の体内、体外に

  • in you or on you at any moment in your life.

    つねに10兆個の細菌をくっつけています

  • So, 10 times more bacterial cells

    ヒトには、自分の細胞の10倍の細菌が

  • than human cells on a human being.

    付着しているのです

  • And of course it's the DNA that counts,

    もちろん大事なのはDNAで

  • so here's all the A, T, Gs and Cs

    ここにA,T,G,Cの塩基配列があって

  • that make up your genetic code, and give you all your charming characteristics.

    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

  • You have about 30,000 genes.

    あなたは約3万の遺伝子を持っています

  • Well it turns out you have 100 times more bacterial genes

    でも、あなたは一生の間に、その100倍の細菌の遺伝子を

  • playing a role in you or on you all of your life.

    体内か体表に持っていることになるのです

  • At the best, you're 10 percent human,

    あなたはせいぜい10パーセントか、あるいは

  • but more likely about one percent human,

    測定のしかたによっては1パーセントだけが

  • depending on which of these metrics you like.

    人間なわけです

  • I know you think of yourself as human beings,

    あなたは自分をヒトだと思っているでしょうが

  • but I think of you as 90 or 99 percent bacterial.

    私は、あなたの90〜99パーセントは細菌だと思います

  • (Laughter)

    (笑)

  • These bacteria are not passive riders,

    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

  • these are incredibly important, they keep us alive.

    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

  • They cover us in an invisible body armor

    細菌は目に見えない鎧で

  • that keeps environmental insults out

    環境の攻撃をはねのけ、私たちの

  • so that we stay healthy.

    健康を維持しています

  • They digest our food, they make our vitamins,

    我々の食物を消化してくれ、ビタミンを作り、

  • they actually educate your immune system

    免疫系を教育し

  • to keep bad microbes out.

    悪い細菌を排除させます

  • So they do all these amazing things

    つまり細菌は我々が生きていくのに

  • that help us and are vital for keeping us alive,

    必要不可欠なものですが

  • and they never get any press for that.

    そのことで耳目を集めることはありません

  • But they get a lot of press because they do a lot of

    しかし、身体に害のあることを色々するといっては

  • terrible things as well.

    しょっちゅう新聞沙汰になります

  • So, there's all kinds of bacteria on the Earth

    つまり地球上には、もともとあなたの一生とは

  • that have no business being in you or on you at any time,

    全く関係ない細菌もいて

  • and if they are, they make you incredibly sick.

    もしそれとかかわると、ひどい病気になるのです

  • And so, the question for my lab is whether you want to think about all the

    そこで、細菌がもたらす良いことについて考えたいのか、

  • good things that bacteria do, or all the bad things that bacteria do.

    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

  • The question we had is how could they do anything at all?

    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

  • I mean they're incredibly small,

    というのは、彼らはものすごく小さくて

  • you have to have a microscope to see one.

    顕微鏡でないと見えません

  • They live this sort of boring life where they grow and divide,

    成長しては増えるというだけの退屈な生活をしていて

  • and they've always been considered to be these asocial reclusive organisms.

    社会性のない隠者のようなものと思われています

  • And so it seemed to us that they are just too small to have an impact

    あまりに小さすぎて、それらが個々に活動する限りは

  • on the environment

    環境には影響しないように

  • if they simply act as individuals.

    思われています

  • And so we wanted to think if there couldn't be a different

    そこで私たちは、細菌には他にも生活する手段が

  • way that bacteria live.

    あるのではないか考えたいと思いました

  • The clue to this came from another marine bacterium,

    この答えの糸口は、海洋性の細菌の

  • and it's a bacterium called Vibrio fischeri.

    ビブリオ・フィシェリからもたらされました

  • What you're looking at on this slide is just a person from my lab

    スライドに見えるのは私のラボの誰かが

  • holding a flask of a liquid culture of a bacterium,

    細菌の入った液体培地フラスコを持っているところで

  • a harmless beautiful bacterium that comes from the ocean,

    細菌は海洋由来のビブリオ・フィシェリという、美しく

  • named Vibrio fischeri.

    無害な種です

  • This bacterium has the special property that it makes light,

    この細菌の特質は光を発することで

  • so it makes bioluminescence,

    生物発光するわけで

  • like fireflies make light.

    蛍と似ています

  • We're not doing anything to the cells here.

    別に細胞に何かしたわけではありません

  • We just took the picture by turning the lights off in the room,

    ただ部屋のライトを消して写真を撮っただけで

  • and this is what we see.

    このように見えるのです

  • What was actually interesting to us

    ここで興味深いのは

  • was not that the bacteria made light,

    細菌が光っている、ということではなく

  • but when the bacteria made light.

    「いつ」光るのか、ということです

  • What we noticed is when the bacteria were alone,

    分かったことは、細菌が孤立している時

  • so when they were in dilute suspension, they made no light.

    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

  • But when they grew to a certain cell number

    しかしそれが増殖して一定の数を超えると

  • all the bacteria turned on light simultaneously.

    全ての細菌が同時にいっせいに光るのです

  • The question that we had is how can bacteria, these primitive organisms,

    問題は、細菌という原始的な生物が、どうやって

  • tell the difference from times when they're alone,

    自分が孤立している時と

  • and times when they're in a community,

    集団の中にいる事を区別して

  • and then all do something together.

    一緒に何かをし始めるのか、ということです

  • What we've figured out is that the way that they do that is that they talk to each other,

    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

  • and they talk with a chemical language.

    そのために化学物質を使っているということでした

  • This is now supposed to be my bacterial cell.

    これを細菌の細胞だとします

  • When it's alone it doesn't make any light.

    一つだけのときは光を発しません

  • But what it does do is to make and secrete small molecules

    しかし、その細胞は小さな分子を分泌しています

  • that you can think of like hormones,

    それはホルモンのようなもので

  • and these are the red triangles, and when the bacteria is alone

    赤い三角で示しています 細菌が一つだけの時は

  • the molecules just float away and so no light.

    その分子は単に流れ去って、細菌は光りません

  • But when the bacteria grow and double

    しかし細菌が分裂増殖し

  • and they're all participating in making these molecules,

    皆がその分子を生成するようになると

  • the molecule -- the extracellular amount of that molecule

    その分子の細胞外での量が、細胞数に比例して

  • increases in proportion to cell number.

    増えていきます

  • And when the molecule hits a certain amount

    そして分子の数が一定量を超えると

  • that tells the bacteria how many neighbors there are,

    それが細菌に、近くにどれだけの仲間がいるかを知らせ

  • they recognize that molecule

    細菌が分子を認識し、そして

  • and all of the bacteria turn on light in synchrony.

    同時に発光するスイッチが入るのです

  • That's how bioluminescence works --

    これが生体発光の仕組みで

  • they're talking with these chemical words.

    このように化学物質で話し合っているのです

  • The reason that Vibrio fischeri is doing that comes from the biology.

    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、

  • Again, another plug for the animals in the ocean,

    ビブリオ・フィシェリは、海の蛍光灯である

  • Vibrio fischeri lives in this squid.

    このイカの中に住んでいます

  • What you are looking at is the Hawaiian Bobtail Squid,

    これはハワイヒカリダンゴイカで

  • and it's been turned on its back,

    あお向けになっていますが

  • and what I hope you can see are these two glowing lobes

    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

  • and these house the Vibrio fischeri cells,

    ここにビブリオ・フィシェリが

  • they live in there, at high cell number

    密集して住んでいて

  • that molecule is there, and they're making light.

    そこにはあの分子があり、光っています

  • The reason the squid is willing to put up with these shenanigans

    イカがこのいたずらを許容しているのは

  • is because it wants that light.

    イカにはこの光が必要だからです

  • The way that this symbiosis works

    この共生関係の仕組みはこうです:

  • is that this little squid lives just off the coast of Hawaii,

    このイカはハワイの沿岸の

  • just in sort of shallow knee-deep water.

    膝くらいの深さのところに棲んでいます

  • The squid is nocturnal, so during the day

    イカは夜行性で、昼間は

  • it buries itself in the sand and sleeps,

    砂に埋もれて寝ています

  • but then at night it has to come out to hunt.

    夜になると出てきて狩りをするわけです

  • On bright nights when there is lots of starlight or moonlight

    月夜や明るい星明かりの夜などは

  • that light can penetrate the depth of the water

    その光が水を通ってきて

  • the squid lives in, since it's just in those couple feet of water.

    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

  • What the squid has developed is a shutter

    イカは、細菌が棲んでいるこの発光装置を

  • that can open and close over this specialized light organ housing the bacteria.

    開いたり閉じたりするシャッターを持っています

  • Then it has detectors on its back

    イカは背中にセンサーを持っていて

  • so it can sense how much starlight or moonlight is hitting its back.

    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

  • And it opens and closes the shutter

    例のシャッターを開閉して

  • so the amount of light coming out of the bottom --

    イカの底部から出てくる光を

  • which is made by the bacterium --

    ―それは細菌が作っているわけですが―

  • exactly matches how much light hits the squid's back,

    それを背中に当たっている光と正確にマッチさせ

  • so the squid doesn't make a shadow.

    イカが影を作らないようにするのです

  • It actually uses the light from the bacteria

    イカは細菌の作る光を利用して

  • to counter-illuminate itself in an anti-predation device

    外敵防御デバイスの中の発光装置を作り

  • so predators can't see its shadow,

    捕食動物が、影からイカの航跡を計算して

  • calculate its trajectory, and eat it.

    捕食するのを防いでいるのです

  • This is like the stealth bomber of the ocean.

    海のステルス爆撃機です

  • (Laughter)

    (笑)

  • But then if you think about it, the squid has this terrible problem

    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

  • because it's got this dying, thick culture of bacteria

    死にかけた大量のバクテリアを抱えて

  • and it can't sustain that.

    それを維持できない、と

  • And so what happens is every morning when the sun comes up

    そこで早朝、太陽が昇って

  • the squid goes back to sleep, it buries itself in the sand,

    砂の中に埋まって寝る時

  • and it's got a pump that's attached to its circadian rhythm,

    イカは日内リズムに連動したポンプを持っていて

  • and when the sun comes up it pumps out like 95 percent of the bacteria.

    太陽が昇ると細菌の95%を体外に放出してしまうのです

  • Now the bacteria are dilute, that little hormone molecule is gone,

    そこで細菌は薄まり、ホルモン分子は流れ去り

  • so they're not making light --

    細菌は光らなくなります

  • but of course the squid doesn't care. It's asleep in the sand.

    イカは気にしません 砂の中で眠るんですから

  • And as the day goes by the bacteria double,

    一日が過ぎていくと細菌は増殖しながら

  • they release the molecule, and then light comes on

    例の分子を放出し、ちょうどイカがそれを必要な

  • at night, exactly when the squid wants it.

    夜になると光るようになります

  • First we figured out how this bacterium does this,

    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

  • but then we brought the tools of molecular biology to this

    つぎに分子生物学の道具を持ち込み

  • to figure out really what's the mechanism.

    実際どんなメカニズムなのかを調べてみました

  • And what we found -- so this is now supposed to be, again, my bacterial cell --

    分かったのは―もう一度これは細胞だとしますが

  • is that Vibrio fischeri has a protein --

    ビブリオ・フィシェリはタンパク質―

  • that's the red box -- it's an enzyme that makes

    この赤い四角―を持っていて、それはあの

  • that little hormone molecule, the red triangle.

    ホルモン分子―赤い三角―を作る酵素で

  • And then as the cells grow, they're all releasing that molecule

    細胞が増えると、それらが皆この分子を

  • into the environment, so there's lots of molecule there.

    周りに放出し、分子が多く存在することになります

  • And the bacteria also have a receptor on their cell surface

    細菌はまた表面にレセプター(受容器)を持っていて

  • that fits like a lock and key with that molecule.

    さっきの分子と「鍵と鍵穴」のように組み合わさります

  • These are just like the receptors on the surfaces of your cells.

    私たちの細胞の表面のレセプターと同じです

  • When the molecule increases to a certain amount --

    分子が一定の量を超えると

  • which says something about the number of cells --

    それが細胞の数に関する情報を伝え

  • it locks down into that receptor

    レセプターに結合し

  • and information comes into the cells

    それで情報が細胞内に伝わり

  • that tells the cells to turn on

    細胞が同時に光るための

  • this collective behavior of making light.

    スイッチをオンにします

  • Why this is interesting is because in the past decade

    なぜこれが面白いかというと、過去10年間で

  • we have found that this is not just some anomaly

    これが単にへんてこな、

  • of this ridiculous, glow-in-the-dark bacterium that lives in the ocean --

    暗い夜の海で光っている細菌特有のものではなく

  • all bacteria have systems like this.

    細菌全般に見られることがわかったからです

  • So now what we understand is that all bacteria can talk to each other.

    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

  • They make chemical words, they recognize those words,

    化学物質を言葉にし、その言葉を認識し

  • and they turn on group behaviors

    全ての細胞が同時に参加した場合だけ

  • that are only successful when all of the cells participate in unison.

    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

  • We have a fancy name for this: we call it quorum sensing.

    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

  • They vote with these chemical votes,

    細菌は化学物質で投票を行い

  • the vote gets counted, and then everybody responds to the vote.

    投票は計測され、皆がその投票に反応するのです

  • What's important for today's talk

    今日の話で重要なのは

  • is that we know that there are hundreds of behaviors

    このように細菌が集団で行う行動は

  • that bacteria carry out in these collective fashions.

    何百とあるということが分かっていることです

  • But the one that's probably the most important to you is virulence.

    その中で、我々に最も重要なのは「毒性」についてです

  • It's not like a couple bacteria get in you

    たかだか数個の細菌が体内に侵入し

  • and they start secreting some toxins --

    毒素を分泌し始めるようなことではありません

  • you're enormous, that would have no effect on you. You're huge.

    あなたは巨大です 何も影響を受けません 巨大なのです

  • What they do, we now understand,

    わかっているのは、何が起きるかというと

  • is they get in you, they wait, they start growing,

    細菌は侵入すると、まず待ち、増殖を始め、

  • they count themselves with these little molecules,

    そして例の分子で自分たちの数を数え、

  • and they recognize when they have the right cell number

    決められた細胞数を越えたと認識し、

  • that if all of the bacteria launch their virulence attack together,

    もし全ての細菌が一度に毒性の攻撃を開始すれば

  • they are going to be successful at overcoming an enormous host.

    攻撃は成功し、巨大な宿主を倒せることになります

  • Bacteria always control pathogenicity with quorum sensing.

    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

  • That's how it works.

    そういう仕組みです

  • We also then went to look at what are these molecules --

    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

  • these were the red triangles on my slides before.

    前のスライドの赤い三角のことです

  • This is the Vibrio fischeri molecule.

    これはビブリオ・フィシェリの分子です

  • This is the word that it talks with.

    これを使って互いに喋るのです

  • So then we started to look at other bacteria,

    そこで私たちは別の細菌を調べ始め

  • and these are just a smattering of the molecules that we've discovered.

    これらはその過程で発見したいくつかの分子です

  • What I hope you can see

    理解していただきたいのは

  • is that the molecules are related.

    これらの分子に共通点があることです

  • The left-hand part of the molecule is identical

    分子の左側は全ての細菌で

  • in every single species of bacteria.

    同じです

  • But the right-hand part of the molecule is a little bit different in every single species.

    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

  • What that does is to confer

    その部分が、種に特徴的で

  • exquisite species specificities to these languages.

    詳細な情報を与えるのです

  • Each molecule fits into its partner receptor and no other.

    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

  • So these are private, secret conversations.

    つまり私的で秘密の会話をするのです

  • These conversations are for intraspecies communication.

    これは種の内部での会話です

  • Each bacteria uses a particular molecule that's its language

    それぞれの細菌は独自の分子を使い

  • that allows it to count its own siblings.

    それで同類種の数を数えることができるのです

  • Once we got that far we thought

    そこまでいくと、我々は

  • we were starting to understand that bacteria have these social behaviors.

    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

  • But what we were really thinking about is that most of the time

    しかし、そこで我々が本当に考えたのは、大抵の細菌は

  • bacteria don't live by themselves, they live in incredible mixtures,

    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―

  • with hundreds or thousands of other species of bacteria.

    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

  • And that's depicted on this slide. This is your skin.

    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

  • So this is just a picture -- a micrograph of your skin.

    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

  • Anywhere on your body, it looks pretty much like this,

    身体のどの部分でも大体このように見えます

  • and what I hope you can see is that there's all kinds of bacteria there.

    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

  • And so we started to think if this really is about communication in bacteria,

    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

  • and it's about counting your neighbors,

    同類を数えているとすれば

  • it's not enough to be able to only talk within your species.

    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

  • There has to be a way to take a census

    細菌の集団の中で、自分以外の細菌の

  • of the rest of the bacteria in the population.

    統計調査をする必要があります

  • So we went back to molecular biology

    そこで分子生物学に戻って

  • and started studying different bacteria,

    様々な種族の細菌を調べ