Drew Berry: Animații în microbiologia invizibilă

Ce intenționez să vă arăt sunt mașinăriile moleculare extraordinare care creează țesătura de viață a corpului. Moleculele sunt foarte, foarte micuțe. Și prin micuțe, nu exagerez. Mai mici decât lungimea de undă a luminii, deci nu avem modalități de a le observa direct. Dar prin știință, avem o idee destul de bună ce se întâmplă la scară moleculară. Putem să vă descriem moleculele, dar nu există un mod direct de a vă arăta moleculele.

O modalitate ar fi să desenăm imagini. Ideea asta nu e ceva nou. Oamenii de știință au creat întotdeauna imagini ca parte din gândire și procesul de descoperire. Desenează imagini a ceea ce observă cu ochii, prin tehnologie precum telescoape și microscoape, și, de asemenea, despre ce gândesc. Am ales două bine-cunoscute exemple, cunoscute pentru exprimarea științei prin artă.

Încep cu Galileo care a folosit primul telescop al lumii pentru a observa Luna. El a transformat înțelegerea noastră despre Lună. Percepția în secolul 17 era că Luna e o sferă cerească perfectă. Dar Galileo a văzut o lume stâncoasă, aridă, pe care el a redat-o prin pictură în acuarelă.

Un alt om de știință cu idei mărețe, superstarul biologiei, este Charles Darwin. Cu această faimoasă introducere în agenda lui, el începe în colțul din stânga-sus: ''Gândesc,'' și apoi schițează primul copac al vieții, care e percepția lui despre modul în care toate speciile, toate viețuitoarele de pe Pământ, sunt conectate prin istorie evoluționară -- originea speciilor prin selecția naturală și deviere de la populația antecedentă.

Ca om de știință, obișnuiam să particip la cursuri de biologie moleculară și le găseam complet de neînțeles, cu tot limbajul tehnic și jargonul de specialitate pe care-l foloseau în descrierea cercetării lor, până când am dat peste arta lui David Goodsell, un biolog molecular la Institutul Scripps. În imaginile lui, totul e exact și la scară. Lucrările lui mi-au dezvăluit lumea moleculară din interiorul nostru.

Asta e o secționare prin sânge. În colțul stânga-sus aveți această zonă galben-verzuie. Zona galben-verzuie reprezintă fluidele sângelui care în majoritate conțin apă, dar sunt de asemenea anticorpi, zaharuri, hormoni, ș.a.m.d. Regiunea roșie e o secțiune dintr-o globulă roșie. Aceste molecule roșii alcătuiesc hemoglobina. Chiar sunt roșii; astea dau culoare sângelui . Hemoglobina acționează ca un burete molecular care absoarbe oxigenul din plămâni și îl duce către alte părți ale corpului.

Am fost inspirat de această imagine cu mulți ani în urmă, și m-am întrebat dacă am putea folosi grafice computerizate pentru reprezentarea lumii moleculare. Cum ar arăta? Și așa am început. Să-i dăm drumul.

Iată ADN-ul în forma clasică de helix dublu. E obținut prin cristalografie cu raze X, deci e un model corect de ADN. Dacă relaxăm spirala și desfacem cele două lanțuri, apar aceste formațiuni care arată ca dinții. Astea sunt literele codului genetic, cele 25.000 gene ce le aveți scrise în ADN. Despre asta se vorbește în mod tipic -- codul genetic -- despre asta vorbesc. Dar eu vreau să vorbesc despre un aspect diferit al științei ADN-ului, anume, natura fizică a ADN-ului, aceste două lanțuri înșiruite în direcții opuse din motive pe care nu le pot explica acum. Dar ele fizic aleargă în direcții opuse, ceea ce creează unele complicații pentru celulele vii, cum veți vedea, mai ales când ADN-ul e copiat.

Ce vă voi arăta e o reprezentare corectă a aparatului de replicare ADN care lucrează chiar acum în interiorul corpului vostru, conform biologiei 2002. ADN-ul intră în linia de producție din partea stângă, la această colecție de aparate biochimice în miniatură, care desfac lanțurile ADN și fac o copie exactă. Așa că ADN-ul intră în această structură albastră ca o gogoașă și e despărțită în cele două componente. O componentă poate fi copiată direct, vedeți lanțul care se asamblează în partea de jos. Dar lucrurile nu sunt simple pentru celălalt lanț. pentru că trebuie copiat invers. E aruncat repetat în aceste bucle și copiat câte o secțiune odată, creând două molecule noi de ADN.

Aveți miliarde din această mașină lucrând chiar acum în interiorul vostru, copiind-vă ADN-ul cu extremă fidelitate. E o reprezentare corectă, și apropiată de viteza cu care are loc în interior. Am lăsat deoparte corectarea erorilor și o grămadă de alte lucruri. Aceasta e rezultatul muncii de acum câțiva ani. Mulțumesc.

E rezultatul muncii de acum câțiva ani. Dar ce urmează să vă arăt e știința actualizată, tehnologia actualizată. Deci, din nou, începem cu ADN-ul. Tremură, se agită din cauza supei de molecule dimprejur, pe care am îndepărtat-o ca să puteți vedea. ADN-ul are cam 2 nm în secțiune, ceea ce e foarte mic. Dar în fiecare celulă, fiecare lanț ADN are o lungime de aprox. 30-40 milioane nm. Pentru a menține ADN-ul organizat și a regla accesul la codul genetic, e înfășurat în jurul acestor proteine mov -- le-am colorat eu mov aici. E pliat și înfășurat. Tot acest câmp de vedere e un singur fir ADN. Această înfășurare uriașă de ADN se numește cromozom. Vom reveni la cromozomi într-un minut.

Ne depărtăm, ieșim din nucleu printr-un por al nucleului, o poartă de ieșire din acest compartiment ce deține tot ADN-ul, numit nucleu. Tot acest câmp vizual reprezintă un curs de un semestru de biologie și eu am 7 minute. Deci nu vom putea intra în detalii azi. Nu, mi s-a spus ''Nu.''

Așa arată o celulă vie printr-un microscop optic. A fost filmat secvențial, de aceea o puteți vedea mișcând. Pachetul nuclear se descompune. Aceste formațiuni în formă de cârnați sunt cromozomii; ne vom concentra asupra lor. Trec prin această mișcare surprinzătoare concentrată pe aceste punctulețe roșii. Când celula simte că e pregătită să continue, desface cromozomul ca pe un fermoar. Un lanț de ADN se duce într-o parte, cealaltă parte primește celălalt lanț de ADN -- două copii ADN identice. Apoi celula se scindează la mijloc. Și din nou, aveți miliarde de celule care trec prin acest proces chiar acum în interiorul vostru.

Acum derulăm și ne concentrăm doar pe cromozomi, le observăm structura și îi descriem. Din nou, suntem aici la momentul ecuatorial. Cromozomii se aliniază. Izolăm un cromozom, îl scoatem afară și îi observăm structura. Asta e una din cele mai mari structuri moleculare existente, cel puțin din ce am descoperit până acum în interiorul nostru. Iată un singur cromozom. Aveți două lanțuri ADN în fiecare cromozom. Unul e împachetat într-un cârnat. Celălalt fir e împachetat în celălalt cârnat.

Mustățile ce ies pe fiecare parte reprezintă schela dinamică a celulei. Se numesc microtubuli. Numele nu e important. Ne vom concenta pe această zonă -- colorată în roșu aici -- care reprezintă interfața dintre schela dinamică și cromozomi. E crucială mișcării cromozomilor. Nu avem idee cum e dobândită acea mișcare.

Studiem această formațiune numită centromer de mai bine de o sută de ani, intens, și abia începem să descoperim despre ce e vorba. E alcătuit din aprox. 200 tipuri diferite de proteine, mii de proteine în total. E un sistem de emisie prin semnalare. Emite prin semnale chimice anunțând restul celulei când e gata, când simte că totul e aliniat și pregătit pentru separarea cromozomilor. E capabil să se cupleze pe creșterea și scurtarea microtubulilor.

E implicat în creșterea microtubulilor, și e capabil să se cupleze temporar pe ele. E de asemenea un sistem de detectare a atenției. E capabil să simtă când celula e gata, când cromozomul e poziționat corect. Se face verde aici pentru că simte că totul e în ordine. Veți vedea această ultimă bucățică care încă rămâne roșie. Coboară de-a lungul microtubulilor. Acesta e sistemul de transmisie care trimite semnalul de oprire. Pleacă de-a lungul microtubulilor. Atât e de mecanic. E un ceasornic molecular.

Așa se lucrează la scară moleculară. Pentru puțină delectare moleculară a ochilor, iată kinezinele, cele portocalii. Sunt molecule curier care merg într-o direcție. Și aici proteinele dynein care susțin sistemul de transmisie cu picioare lungi să poată ocoli obstacolele din jur. Din nou, totul e derivat corect din știință. Problema e că nu vă putem arăta altfel.

Explorând la granița necunoscutului în știință, la granița înțelegerii umane, este uluitor. O astfel de descoperire e cu siguranță o motivație atractivă de-a lucra în știință. Dar pentru majoritatea cercetărilor medicali -- descoperirile sunt simpli pași spre obiectivele mari, de a eradica boala, de a elimina suferința și mizeria cauzată de boală și de a scoate oamenii din sărăcie.

Vă mulțumesc.

(Aplauze)