Ντρου Μπέρι: Απεικονίσεις της αθέατης βιολογίας

Αυτό που πρόκειται να σας παρουσιάσω είναι οι εκπληκτικές μοριακές μηχανές που δημιουργούν το ζωντανό ιστό του σώματός μας. Λοιπόν τα μόρια είναι πάρα πολύ μικροσκοπικά. Και λέγοντας μικροσκοπικά, το εννοώ. Είναι μικρότερα κι από ένα μήκος κύματος του φωτός, επομένως δεν έχουμε κανένα τρόπο να τα παρατηρήσουμε άμεσα. Αλλά μέσω της επιστήμης, έχουμε μια αρκετά καλή ιδέα του τι συμβαίνει σε μοριακή κλίμακα. Έτσι αυτό που μπορούμε να κάνουμε είναι να σας μιλήσουμε για τα μόρια, αλλά δεν έχουμε στην πραγματικότητα έναν άμεσο τρόπο να σας δείξουμε τα μόρια.

Ένας τρόπος να το κάνουμε είναι να ζωγραφίσουμε. Και η ιδέα αυτή στην πραγματικότητα δεν είναι κάτι καινούργιο. Οι επιστήμονες πάντα ζωγράφιζαν ως μέρος της διαδικασίας με την οποία σκέφτονταν και ανακάλυπταν. Ζωγράφιζαν εικόνες αυτού που παρατηρούσαν με τα μάτια τους, μέσω τεχνολογίας όπως τα τηλεσκόπια και τα μικροσκόπια, και επίσης αυτού που είχαν στο μυαλό τους. Διάλεξα δυο γνωστά παραδείγματα, επειδή είναι πολύ γνωστά για την έκφραση της επιστήμης μέσω της τέχνης.

Και ξεκινώ με τον Γαλιλαίο ο οποίος χρησιμοποίησε το πρώτο τηλεσκόπιο στον κόσμο για να κοιτάξει το φεγγάρι. Και άλλαξε την αντίληψη που είχαμε για το φεγγάρι. Το 17ο αιώνα θεωρούσαν ότι το φεγγάρι ήταν μια τέλεια ουράνια σφαίρα. Αλλά αυτό που είδε ο Γαλιλαίος ήταν ένας βραχώδης, άγονος κόσμος, τον οποίο εξέφρασε μέσα από τις υδατογραφίες του.

Ένας άλλος επιστήμονας με πολύ σπουδαίες ιδέες, ο υπερήρωας της βιολογίας, είναι ο Κάρολος Δαρβίνος. Και με αυτή τη διάσημη καταχώρηση στο σημειωματάριό του, ξεκινά στην πάνω αριστερή γωνία με το «Νομίζω» και μετά σχεδιάζει το πρώτο δέντρο της ζωής, που είναι η αντίληψή του για το πως όλα τα είδη, όλα τα ζωντανά πλάσματα πάνω στη Γη, συνδέονται μέσω της εξελικτικής ιστορίας -- η προέλευση των ειδών μέσω της φυσικής επιλογής και η απόκλιση από έναν προγονικό πληθυσμό.

Αν και επιστήμονας, πήγαινα σε διαλέξεις μοριακών βιολόγων και δεν καταλάβαινα απολύτως τίποτα, με όλη αυτή την φανταχτερή τεχνική γλώσσα και ορολογία που χρησιμοποιούσαν για να περιγράψουν τη δουλειά τους, μέχρι που ήρθα σε επαφή με τα έργα τέχνης του Ντέιβιντ Γκούντσελ, που είναι μοριακός βιολόγος στο Ινστιτούτο Scripps. Και οι εικόνες του, όλα είναι ακριβή και σε κλίμακα. Και η δουλειά του μου φανέρωσε πώς είναι ο μοριακός κόσμος μέσα μας.

Έτσι αυτή είναι μια διατομή στο αίμα. Στην πάνω αριστερή γωνία, έχουμε αυτή την κιτρινοπράσινη περιοχή. Η κιτρινοπράσινη περιοχή είναι τα υγρά του αίματος, που είναι κυρίως νερό, αλλά και αντισώματα, σάκχαρα, ορμόνες, τέτοια πράγματα. Και η κόκκινη περιοχή είναι μια διατομή σε ένα ερυθρό αιμοσφαίριο. Και αυτά τα κόκκινα μόρια είναι αιμοσφαιρίνες, Είναι όντως κόκκινα· αυτό είναι που δίνει στο αίμα το χρώμα του. Και η αιμοσφαιρίνη δρα ως ένα μοριακό σφουγγάρι που απορροφά το οξυγόνο στα πνευμόνια σας και στη συνέχεια το μεταφέρει στα άλλα μέρη του σώματος.

Εμπνεύστηκα πάρα πολύ από αυτή την εικόνα πολλά χρόνια πριν, και αναρωτήθηκα εάν μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε γραφικά υπολογιστή για να αναπαραστήσουμε τον μοριακό κόσμο. Πώς θα έμοιαζε; Και να πώς ξεκίνησα. Λοιπόν ας ξεκινήσουμε.

Αυτό είναι το DNA στην κλασική του μορφή της διπλής έλικας. Και αυτό είναι από κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, επομένως είναι ένα ακριβές μοντέλο του DNA. Αν ξετυλίξουμε τη διπλή έλικα και απομακρύνουμε τους δυο κλώνους, βλέπετε αυτά τα πράγματα που μοιάζουν με δόντια. Αυτά είναι τα γράμματα του γενετικού κώδικα, τα 25.000 γονίδια που είναι γραμμένα στο DNA σας. Αυτό είναι για το οποίο μιλούν συνήθως -- ο γενετικός κώδικας -- αυτό είναι για το οποίο μιλούν. Αλλά εδώ θέλω να μιλήσω για μια διαφορετική διάσταση της επιστήμης του DNA, και αυτό είναι η φυσική μορφή του DNA. Είναι αυτοί οι δυο κλώνοι που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις για λόγους στους οποίους δεν μπορώ να υπεισέλθω τώρα. Αλλά εκ φύσεως κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις, πράγμα που προκαλεί κάποιες περιπλοκές στα ζωντανά σας κύτταρα, όπως πρόκειται να δείτε, πιο συγκεκριμένα όταν το DNA αντιγράφεται.

Επομένως αυτό που πρόκειται να σας δείξω είναι μια ακριβής αναπαράσταση της μηχανής αντιγραφής του DNA που λαμβάνει χώρα αυτή τη στιγμή μέσα στο σώμα σας, τουλάχιστον πρώτου εξαμήνου βιολογία. Έτσι το DNA εισέρχεται στη γραμμή παραγωγής από την αριστερή πλευρά, και προσκρούει σε αυτή τη συνάθροιση, σε αυτές τις μικροσκοπικές βιοχημικές μηχανές, που αποσυναρμολογούν το DNA και παράγουν ένα ακριβές αντίγραφο. Έτσι το DNA εισέρχεται και προσκρούει σε αυτή την μπλε κατασκευή που μοιάζει με ντόνατ και διαχωρίζεται στους δυο του κλώνους. Ο ένας κλώνος μπορεί να αντιγραφεί άμεσα, και μπορείτε να δείτε αυτά τα πράγματα να ξετυλίγονται στο κάτω μέρος εκεί. Αλλά τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά για τον άλλο κλώνο επειδή πρέπει να αντιγραφεί προς την αντίθετη κατεύθυνση. Έτσι πετιέται επανειλημμένως σε αυτές τις θηλειές και αντιγράφεται ένα τμήμα τη φορά, φτιάχνοντας δυο νέα μόρια DNA.

Τώρα έχετε δισεκατομμύρια τέτοιες μηχανές αυτή τη στιγμή που δουλεύουν μέσα σας, αντιγράφοντας το DNA σας με αξιοσημείωτη πιστότητα. Είναι μια ακριβής αναπαράσταση, και είναι σχεδόν στη σωστή ταχύτητα με την οποία συμβαίνει μέσα σας. Άφησα εκτός την επιδιόρθωση των λαθών και αρκετά άλλα. Αυτό ήταν δουλειά από κάποια χρόνια πριν. Σας ευχαριστώ.

Αυτό είναι δουλειά από κάποια χρόνια πριν, αλλά αυτό που θα σας δείξω στη συνέχεια είναι σύγχρονη επιστήμη, είναι σύγχρονη τεχνολογία. Λοιπόν ξανά, ξεκινάμε με το DNA. Και κουνιέται και λυγιέται εκεί εξαιτίας της μοριακής σούπας που το περιβάλλει, την οποία απομάκρυνα για να μπορέσετε να δείτε κάτι. Το DNA έχει περίπου 2 νανόμετρα διάμετρο, που είναι πράγματι αρκετά μικρή. Αλλά σε κάθε ένα από τα κύτταρά σας, κάθε ινίδιο του DNA έχει μήκος περίπου 30 με 40 εκατομμύρια νανόμετρα. Έτσι για να διατηρείται το DNA οργανωμένο και να ρυθμίζει την πρόσβαση στο γενετικό κώδικα, τυλίγεται γύρω από αυτές τις μωβ πρωτεΐνες -- ή εγώ τις έχω κάνει μωβ εδώ. Πακετάρεται και τυλίγεται. Ό,τι βλέπουμε εδώ είναι ένα μόνο ινίδιο DNA. Αυτό το τεράστιο πακέτο DNA ονομάζεται χρωμόσωμα. Και θα επιστρέψουμε στα χρωμοσώματα σε ένα λεπτό.

Βγαίνουμε έξω, ξεζουμάρουμε, μέσα από έναν πυρηνικό πόρο, που είναι η πύλη εισόδου σε αυτό το διαμέρισμα που περιέχει όλο το το DNA που ονομάζεται πυρήνας. Ό,τι βλέπουμε εδώ είναι περίπου η βιολογία ενός τετραμήνου, και εγώ έχω επτά λεπτά. Επομένως δεν θα μπορέσουμε να το κάνουμε σήμερα; Όχι, μου είπαν, «Όχι».

Έτσι φαίνεται ένα ζωντανό κύτταρο με ένα οπτικό μικροσκόπιο. Και έχει φωτογραφηθεί ανά τακτά χρονικά διαστήματα και γι' αυτό μπορείτε να το δείτε να κινείται. Ο πυρηνικός φάκελος αποσυντίθεται. Αυτά τα πράγματα που μοιάζουν με λουκάνικα είναι τα χρωμοσώματα, και θα εστιάσουμε πάνω τους. Κάνουν αυτή την πολύ εντυπωσιακή κίνηση που εστιάζεται σε αυτά τα μικρά κόκκινα σημεία. Μόλις το κύτταρο αισθανθεί ότι έτοιμο να ξεκινήσει, διασπά το χρωμόσωμα. Το ένα σετ του DNA πηγαίνει στη μια μεριά, η άλλη μεριά δέχεται το άλλο σετ του DNA -- πανομοιότυπα αντίγραφα DNA. Και τότε το κύτταρο κόβεται στη μέση. Και πάλι, έχετε δισεκατομμύρια κύτταρα που υπόκεινται σε αυτή τη διαδικασία αυτή τη στιγμή μέσα σας.

Τώρα θα γυρίσουμε πίσω και θα εστιάσουμε μόνο πάνω στα χρωμοσώματα και θα κοιτάξουμε στη δομή του και θα την περιγράψουμε. Έτσι και πάλι, να 'μαστε στη φάση του ισημερινού. Τα χρωμοσώματα μπαίνουν σε σειρά. Και αν απομονώσουμε μόνο ένα χρωμόσωμα, θα το τραβήξουμε έξω και θα ρίξουμε μια ματιά στη δομή του. Λοιπόν αυτή είναι μια από τις μεγαλύτερες μοριακές δομές που έχετε, τουλάχιστον όσο έχουμε μέχρι τώρα ανακαλύψει μέσα μας. Αυτό είναι ένα μόνο χρωμόσωμα. Και έχετε δυο έλικες DNA σε κάθε χρωμόσωμα. Η μία είναι τυλιγμένη στο ένα λουκάνικο. Η άλλη είναι τυλιγμένη στο άλλο λουκάνικο.

Αυτά που μοιάζουν με μουστάκια που εξέχουν από κάθε πλευρά είναι ο δυναμικός σκελετός του κυττάρου. Ονομάζονται μικροσωληνίσκοι. Αυτό το όνομα δεν έχει σημασία. Αλλά αυτό στο οποίο θα εστιάσουμε σε αυτή την κόκκινη περιοχή -- την έχω σημάνει με κόκκινο εδώ -- και είναι η διασύνδεση μεταξύ του δυναμικού σκελετού και των χρωμοσωμάτων. Είναι προφανώς βασική για την κίνηση των χρωμοσωμάτων. Δεν έχουμε ιδέα στην πραγματικότητα πώς επιτυγχάνεται αυτή η κίνηση.

Μελετάμε αυτό το πράγμα που ονομάζουν κινητοχώρο πάνω από εκατό χρόνια με εντατική μελέτη, και ακόμα μόλις ξεκινάμε να ανακαλύπτουμε περί τίνος πρόκειται. Αποτελείται από περίπου 200 διαφορετικούς τύπους πρωτεϊνών, χιλιάδες πρωτεΐνες συνολικά. Είναι ένα σύστημα μετάδοσης σημάτων. Μεταδίδει μέσω χημικών σημάτων που λένε στο υπόλοιπο κύτταρο όταν είναι έτοιμο, όταν αισθάνεται ότι τα πάντα είναι ευθυγραμμισμένα και έτοιμα να ξεκινήσουν για το διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων. Είναι σε θέση να συνδυαστεί με τους αυξανόμενους και συρρικνούμενους μικροσωληνίσκους.

Σχετίζεται με την αύξηση των μικροσωληνίσκων, και είναι σε θέση να συνδυαστεί παροδικά με αυτούς. Και είναι επίσης ένα σύστημα ανίχνευσης. Είναι σε θέση να αισθάνεται πότε το κύτταρο είναι έτοιμο, πότε το χρωμόσωμα παίρνει τη σωστή θέση. Γίνεται πράσινο εδώ επειδή αισθάνεται ότι τα πάντα είναι εντάξει. Και θα δείτε, υπάρχει αυτό το τελευταίο κομματάκι που ακόμα παραμένει κόκκινο. Και απομακρύνεται κατά μήκος των μικροσωληνίσκων. Αυτό είναι το σύστημα μετάδοσης σημάτων που εκπέμπει το σήμα του τερματισμού. Και απομακρύνεται. Εννοώ, είναι τόσο μηχανικό. Είναι μοριακός ωρολογιακός μηχανισμός.

Να πώς δουλεύετε στη μοριακή κλίμακα. Και έτσι με λίγο μοριακό χάρμα οφθαλμών, έχουμε τις κινεσίνες, που είναι τα πορτοκαλί. Είναι μικροί μοριακοί μεταφορείς μορίων προς μια κατεύθυνση. Και εδώ είναι οι δινεΐνες. Μεταφέρουν αυτό το σύστημα μετάδοσης. Και έχουν τα μακριά τους άκρα ώστε να μπορούν να ξεπερνούν εμπόδια και ούτω καθεξής. Έτσι και πάλι, όλα αυτά προέρχονται με ακρίβεια από την επιστήμη. Το πρόβλημα είναι ότι δεν μπορούμε να σας το δείξουμε με κανένα άλλο τρόπο.

Το να εξερευνάς τα σύνορα της επιστήμης, τα σύνορα της ανθρώπινης κατανόησης, είναι εντυπωσιακότατο. Η ανακάλυψη αυτού του υλικού είναι σίγουρα ένα ευχάριστο κίνητρο για να εργαστείς στην επιστήμη. Αλλά οι περισσότεροι ιατρικοί ερευνητές -- η ανακάλυψη του υλικού είναι απλώς βήματα στο μονοπάτι που οδηγεί στους μεγάλους στόχους, που είναι η εξάλειψη της ασθένειας, η ελαχιστοποίηση του πόνου και της δυστυχίας που προκαλεί η ασθένεια και η σωτηρία των ανθρώπων από τη φτώχεια.

Σας ευχαριστώ.

(Χειροκρότημα)