Hacking bacteria to fight cancer - Tal Danino

Translator: Arvin Nsz Reviewer: Masood Mousavi

In 1884, a patient’s luck seemed to go from bad to worse.

در سال ۱۸۸۴ بخت یک بیمار، از بد به بدتر تبدیل شد.

This patient had a rapidly growing cancer in his neck,

این بیمار سرطانی در گردنش داشت که به‌سرعت در حال رشد بود،

and then came down with an unrelated bacterial skin infection.

و بعد دچار عفونتِ باکتریایی نامربوط بر روی پوستش شد.

But soon, something unexpected happened:

اما کمی بعد، اتفاق غیرمنتظره‌ای افتاد:

as he recovered from the infection, the cancer also began to recede.

درحالی‌که او از عفونت بهبودی پیدا می‌کرد، سرطانش هم شروع به عقب کشیدن کرد.

When a physician named William Coley tracked the patient down 7 years later,

وقتی یک دکتر به نام «ویلیام کُلی» ۷ سال بعد وضعیت این بیمار را بررسی کرد،

no visible signs of the cancer remained.

هیچ نشانه‌ی قابل‌مشاهده‌ای از سرطان باقی نمانده بود.

Coley believed something remarkable was happening:

«کُلی» باور داشت اتفاقی قابل‌ توجه در حال رخ دادن بود:

that the bacterial infection had stimulated the patient’s immune system

این‌که عفونت باکتریایی سیستم ایمنی بدن بیمار را تحریک کرد--

to fight off the cancer.

تا با سرطان مبارزه کند.

Coley’s fortunate discovery led him to pioneer

این کشف اتفاقی «کُلی» باعث شد تا او پیش‌قدم شود

the intentional injection of bacteria to successfully treat cancer.

برای تزریق عمدی باکتری به منظور درمان موفق سرطان.

Over a century later, synthetic biologists have found an even better way

یک قرن بعد، زیست شناسان ترکیبی راه بهتری پیدا کردند

to use these once unlikely allies—

تا از باکتری‌ها استفاده شود --

by programming them to safely deliver drugs directly to tumors.

به‌گونه‌ای که با برنامه‌ریزی کردن، داروها را به‌طور مستقیم به تومورها منتقل کنند.

Cancer occurs when normal functions of cells are altered,

سرطان زمانی اتفاق می‌افتد که کارکرد معمول سلول‌ها دچار تغییر می‌شود،

causing them to rapidly multiply and form growths called tumors.

که باعث می‌شود تا آن‌ها مکرراً تکثیرشده و توده‌هایی به نام تومور را به وجود آورند.

Treatments like radiation, chemotherapy, and immunotherapy

درمان‌هایی مانند پرتودرمانی شیمی‌درمانی و ایمن درمانی

attempt to kill malignant cells, but can affect the entire body

تلاش می‌کنند تا سلول‌های خطرناک را بکشند اما می‌توانند بر کل بدن اثر بگذارند

and disrupt healthy tissues in the process.

و در طی آن به بافت‌های سالم نیز آسیب برسانند.

However, some bacteria like E. coli

اما برخی باکتری‌ها مانند «ایی کولای»

have the unique advantage of being able to selectively grow inside tumors.

توانایی خاص آن را دارند که بتوانند به‌طور مشخصی درون تومورها رشد کنند.

In fact, the core of a tumor forms an ideal environment

در واقع هسته‌ یک تومور، محیط مناسبی را تشکیل می‌دهد

where they can safely multiply, hidden from immune cells.

تا آن‌ها بتوانند به‌طور امنی تکثیر شوند، دور از دسترس سیستم ایمنی.

Instead of causing infection,

بجای ایجاد عفونت،

bacteria can be reprogrammed to carry cancer-fighting drugs,

باکتری می‌تواند برنامه‌ریزی شود تا داروهای مبارز با سرطان را حمل کند،

acting as Trojan Horses that target the tumor from within.

آن‌ها به‌عنوان نیروهای نفوذی، از درون تومورها را مورد هدف قرار می‌دهند.

This idea of programming bacteria to sense and respond in novel ways

ایده‌ برنامه‌نویسی بر روی باکتری‌ها به‌گونه‌ای که به روش‌های نامعمول عمل کنند

is a major focus of a field called Synthetic Biology.

یک کانون اصلی تمرکز در رشته‌ای به نام زیست‌شناسی ترکیبی است.

But how can bacteria be programmed?

اما چگونه می‌توان بر روی باکتری برنامه‌نویسی کرد؟

The key lies in manipulating their DNA.

کلید این کار دست‌کاری کردن دی‌ان‌ای آن‌هاست.

By inserting particular genetic sequences into bacteria,

با افزایش برخی دنباله‌های ژنتیکی مشخص در باکتری

they can be instructed to synthesize different molecules,

آن‌ها می‌توانند یاد بگیرند تا مولکول‌های مختلفی را به‌صورت ترکیبی درست کنند،

including those that disrupt cancer growth.

ازجمله آن‌هایی که رشدِ سرطان را مختل می‌کنند.

They can also be made to behave in very specific ways

بعلاوه می‌توان آن‌ها را وادار کرد که به‌گونه‌ای خاص رفتار کنند

with the help of biological circuits.

به کمک مدارهای زیستی.

These program different behaviors depending on the presence, absence,

این برنامه‌نویسی‌ها بر اساس رفتارهای مختلف مانند حضور و یا عدم حضور،

or combination of certain factors.

و یا ترکیبی از عوامل مختلف انجام می‌شود.

For example, tumors have low oxygen and pH levels

به‌طور مثال، تومورها سطح اکسیژن و پی‌اچ پایینی دارند

and over-produce specific molecules.

و برخی مولکول‌ها را به‌طور بیش‌ازحد تولید می‌کنند.

Synthetic biologists can program bacteria to sense those conditions,

زیست شناسان ترکیبی می‌توانند باکتری را دست‌کاری کنند تا این حالت‌ها را تشخیص دهد،

and by doing so, respond to tumors while avoiding healthy tissue.

و با این کار فقط به تومورها حساس شوند و از بافت‌های سالم دوری کنند.

One type of biological circuit,

یک نوع از مدارهای زیستی

known as a synchronized lysis circuit, or SLC,

معروف به «مدار زوال تدریجی همزمان» یا «اس‌ال‌سی»

allows bacteria to not only deliver medicine,

به باکتری اجازه می‌دهد که نه‌تنها دارو را منتقل کند،

but to do so on a set schedule.

بلکه این کار را بر اساس یک برنامه‌ تنظیم‌شده انجام دهد.

First, to avoid harming healthy tissue,

اول، برای جلوگیری از آسیب رساندن به بافت‌های سالم،

production of anti-cancer drugs begins as bacteria grow,

استخراج داروهای ضد سرطان با رشد باکتری شروع می‌شود،

which only happens within the tumor itself.

که فقط درون تومور اتفاق می‌افتد.

Next, after they’ve produced the drugs,

سپس وقتی آن‌ها داروها را استخراج کردند،

a kill-switch causes the bacteria to burst

یک دکمه مرگ، باعثِ از هم پاشیدن باکتری‌ها می‌شود

when they reach a critical population threshold.

آن هم وقتی‌که جمعیت آن‌ها بیش از حد رشد می‌کند.

This both releases the medicine and decreases the bacteria’s population.

باعث می‌شود که، هم داروها آزاد شوند و هم تعداد باکتری‌ها کم شود.

However, a certain percentage of the bacteria remain alive

با این وجود درصدی از باکتری‌ها زنده می‌مانند

to replenish the colony.

تا دوباره توده را پر کنند.

Eventually their numbers grow large enough to trigger the kill switch again,

در نهایت تعداد آن‌ها به‌اندازه‌ای بزرگ می‌شود تا دکمه‌ مرگ دوباره فعال شود،

and the cycle continues.

و این چرخه ادامه پیدا می‌کند.

This circuit can be fine-tuned to deliver drugs

با تغییراتی کوچک، این روند می‌تواند باعث انتقال داروها

on whatever periodic schedule is best to fight the cancer.

بر اساس هر برنامه‌ دوره‌ای مناسبی برای مبارزه با سرطان شود.

This approach has proven promising in scientific trials using mice.

این روش در آزمایش‌های علمی بر روی موش موفق عمل کرده است.

Not only were scientists able to successfully eliminate lymphoma tumors

نه‌تنها دانشمندان توانستند تومورهای لنفاوی را با تزریق باکتری

injected with bacteria,

با موفقیت از بین ببرند،

but the injection also stimulated the immune system,

بلکه تزریق باکتری باعثِ تحریک سیستم ایمنی هم شد،

priming immune cells to identify and attack untreated lymphomas

و سلول‌های ایمنی را برای شناسایی و مبارزه با غده‌های درمان نشده

elsewhere in the mouse.

در دیگر بخش‌های بدن موش آماده کرد.

Unlike many other therapies,

برخلاف دیگر انواع درمان‌ها،

bacteria don’t target a specific type of cancer,

باکتری فقط یک نوع سرطان را هدف قرار نمی‌دهد،

but rather the general characteristics shared by all solid tumors.

بلکه هدفش تمامی تومورها با یک سری ویژگی‌های یکسان است.

Nor are programmable bacteria limited to simply fighting cancer.

همین‌طور باکتری‌ها فقط برای مبارزه با سرطان برنامه‌نویسی نمی‌شوند.

Instead, they can serve as sophisticated sensors

در عوض آن‌ها می‌توانند به‌عنوانِ گیرنده‌های ماهری عمل کنند که

that monitor sites of future disease.

زمینه‌های بیماری‌های آینده را تشخیص می‌دهند.

Safe probiotic bacteria could perhaps lie dormant within our guts,

باکتری‌های ایمن، می‌توانند درون روده‌ی ما به‌طور ساکن بمانند،

where they’d detect, prevent, and treat disorders

جایی که می‌توانند اختلال‌ها را تشخیص دهند، پیشگیری و درمان کنند

before they have the chance to cause symptoms.

قبل اینکه آن‌ها شانس این را داشته باشند که باعث بیماری شوند.

Advances in technology have created excitement around a future

پیشرفتِ این فناوری، هیجان زیادی را برای یک آینده

of personalized medicine driven by mechanical nanobots.

با داروهای شخصی‌سازی‌شده توسط نانو روبات‌ها به وجود میاورد.

But thanks to billions of years of evolution

اما به لطف میلیاردها سال تکامل

we may already have a starting point

ما ممکن است همین حالا یک نقطه‌ی شروعی در

in the unexpectedly biological form of bacteria.

یک حالت نامعمول باکتری زیستی داشته باشیم.

Add synthetic biology to the mix,

به آن زیست‌شناسی ترکیبی را هم اضافه کنید،

and who knows what might soon be possible.

و چه کسی می‌داند چه چیزی در آینده ممکن خواهد بود.