Drew Berry - Animácie neviditeľnej biológie

To, čo vám idem ukázať, sú úžasné molekulárne stroje, ktoré vytvárajú živú stavebnú hmotu vášho tela. Molekuly sú naozaj, naozaj malé. A tým "malé" myslím naozaj malé. Sú menšie ako vlnová dĺžka svetla, takže nemáme žiaden spôsob, ako ich priamo pozorovať. Ale prostredníctvom vedy máme dosť dobrú predstavu o tom, čo sa deje dolu na molekulárnej úrovni. Takže to, čo môžeme, je skutočne vám povedať o týchto molekulách, ale nemáme vlastne priamy spôsob, ako vám ich ukázať.

Jeden možný spôsob je nakresliť obrázky. A táto myšlienka vlastne nie je nová. Vedci vždy vytvárali obrázky ako súčasť ich procesu myslenia a objavovania. Kreslili obrázky toho, čo pozorovali vlastnými očami, technológiami ako sú teleskopy a mikroskopy, a tiež toho, o čom premýšlali. Vybral som dva známe príklady, pretože sú známi tým, že vyjadrili vedu prostredníctvom umenia.

A začnem s Galileom, ktorý použil prvý teleskop na svete aby sa pozrel na Mesiac. A zmenil naše chápanie Mesiaca. Vnímanie v 17-tom storočí bolo, že mesiac je dokonalá nebeská guľa. Ale to, čo videl Galileo, bol kamenný, neúrodný svet, ktorý vyjadril prostredníctvom svojej akvarelovej maľby.

Ďalší vedec s veľmi veľkými myšlienkami, super star biológie, je Charles Darwin. A s jeho známym záznamom v jeho notese, začína v ľavom hornom rohu s "Myslím," a potom načrtne prvý strom života, ktorý predstavuje jeho vnímanie toho, ako sú druhy, všetky živé veci na Zemi, spojené evolučnou históriou -- pôvod druhov cez prirodzený výber a rozrôznenie od pôvodnej populácie.

Dokonca aj ako vedec som zvykol chodiť na prednášky molekulárnych biológov a zdali sa mi úplne nezrozumiteľné, s tým efektným technickým jazykom a žargónom, ktorý používali keď popisovali svoju prácu, až kým som nenarazil na diela Davida Goodsella, ktorý je molekulárnym biológom na Scrippovom Inštitúte. A jeho obrázky, všetko je presné a v správnej mierke. A jeho práca pre mňa objasnila, aký je molekulárny život v našom vnútri.

Takže toto je priečny rez krvou. V hornom ľavom rohu vidíte žltozelenú oblasť. Žltozelená oblasť sú tekutiny krvi, čo je väčšinou voda, ale tiež protilátky, cukry, hormóny, takéto veci. A červená oblasť je rez do červenej krvinky. A tie červené molekuly sú hemoglobín. Sú skutočne červené; to je to, čo dáva krvi jej farbu. A hemoglobín funguje ako molekulárna špongia - nasáva kyslík vo vašich pľúcach, a potom ho prenáša do ostatných častí tela.

Tento obrázok ma veľmi inšpiroval pred mnohými rokmi a uvažoval som, či by som mohol použiť počítačovú grafiku na znázornenie molekulárneho sveta. Ako by to vyzeralo? A takto som vlastne začal. Takže začnime.

Toto je DNA vo svojej klasickej forme dvojitej špirály. A je z röntgenovej kryštalografie, takže je to presný model DNA. Ak rozvinieme dvojitú špirálu a "rozzipsujeme" dve vlákna, vidíte tieto veci, ktoré vyzerajú ako zuby. To sú písmená genetického kódu, 25000 génov, ktoré máte vpísané vo svojej DNA. Toto je to, o čom sa obvykle hovorí -- genetický kód -- toto je to, o čom hovoria. Ale ja chcem hovoriť o inom aspekte vedy o DNA, a to o fyzickej podstate DNA. Sú to tieto dve vlákna, ktoré bežia opačným smerom, z dôvodov, ktoré teraz nemôžem vysvetliť. Ale ony fyzicky bežia opačným smerom, čo vytvára množstvo komplikácií pre vaše živé bunky, ako za chvíľu uvidíte, najmä keď je DNA kopírovaná.

A tak to, čo vám idem ukázať, je presná reprezentácia skutočného mechanizmu replikácie DNA, ktorá sa deje práve teraz vnútri vášho tela, minimálne podľa biológie 2002. Takže DNA vstupuje do produkčnej linky z ľavej strany, a narazí na tento súbor, tieto miniatúrne biochemické prístroje, ktoré trhajú DNA vlákna od seba a robia jeho presnú kópiu. Takže DNA vchádza a narazí na túto modrú venčekovitú štruktúru a je roztrhaná na svoje dve vlákna. Jedno vlákno môže byť kopírované priamo a môžete vidieť tieto veci odvíjajúce sa dospodu. Ale veci nie sú také jednoduché na druhom vlákne pretože musí byť kopírované obrátene. Takže je opakovane vysúvané v takýchto slučkách a kopírované po sekciách, vytvárajúc dve nové DNA molekuly.

Teraz máte bilióny takýchto strojov pracujúcich vo vašom vnútri, práve teraz, kopírujúc vašu DNA s vynikajúcou presnosťou. Je to presná reprezentácia a je to veľmi blízko k správnej rýchlosti, akou sa to deje vo vašom vnútri. Vynechal som korekciu chýb a pár ďalších veci. Toto bola práca spred mnohých rokov. Ďakujem.

Toto je práca spred mnohých rokov, ale to, čo vám chcem ukázať ďalej, je aktualizovaná veda, aktualizovaná technológia. Takže znovu začneme s DNA. A chveje sa a krúti, pretože ju obklopuje polievka molekúl, ktorú som odstránil, aby ste mohli niečo vidieť. DNA má priemer asi dva nanometre, čo je naozaj maličké. Ale v každej z vašich buniek, každé vlákno DNA je dlhé približne 30 až 40 miliónov nanometrov. Takže, aby bola DNA organizovaná a aby prístup ku genetickému kódu bol regulovaný, je ovinutá okolo týchto fialových proteínov -- alebo, presnejšie, ja som ich tu označil na fialovo. Je zbalená a zvinutá. Celé toto zorné pole je jediné vlákno DNA. Tento veľký balík DNA je zvaný chromozóm. A k chromozómom sa vrátime o chvíľku.

A odtiahneme sa, vzdialime sa von cez nukleárny pór, ktorý je bránou do tohto priestoru, ktorý drží celú DNA, nazvaného nukleus. Celé toto zorné pole predstavuje asi semester biológie a ja mám sedem minút. Takže to nebudeme vedieť spraviť dnes? Nie, hovoria mi, "Nie."

Takto vyzerá živá bunka pod optickým mikroskopom. A je filmovaná časozberne, preto môžete vidieť ako sa hýbe. Nukleárna obálka sa rúca. Tieto párkovité veci sú chromozómy a zameriame sa na ne. Prejdú týmto pozoruhodným pohybom, ktorý sa sústreďuje na tieto malé červené body. Keď bunka cíti, že je pripravená, roztrhne chromozóm. Jeden set DNA ide na jednu stranu, druhá strana dostane druhý set DNA -- identické kópie DNA. A potom sa bunka dolu v strede rozdelí. A znovu, máte miliardy buniek, ktoré tento proces podstupujú práve teraz vo vašom vnútri.

Teraz to pretočíme naspäť a zameriame sa len na chromozómy a pozrieme sa na jeho štruktúru a popíšeme ju. Takže znovu, sme tu v tej prelomovej chvíli. Chromozómy sa zoraďujú. A ak izolujeme iba jeden chromozóm, vytiahneme ho a pozrieme sa na jeho štruktúru. Tak toto je jedna z najväčších molekulárnych štruktúr, aké sú, aspoň čo sme zatiaľ objavili vnútri nás. Takže toto je jednotlivý chromozóm. A máte dve vlákna DNA v každom chromozóme. Jeden je zbalený do jednej klobásky. Druhé vlákno je zbalené do druhej klobásky.

Tieto veci, ktoré vyzerajú ako fúzy, ktoré trčia z každej strany sú dynamické lešenie bunky. Nazývame ich mikrotubuly. To meno nie je dôležité. Ale sústredíme sa na túto červenú oblasť -- označil som ju tu červenou -- a je to rozhranie medzi dynamickým lešením a chromozómami. Je zjavne ústredné pre pohyb chromozómov. Vôbec netušíme, ako dosahuje ten pohyb.

Študujeme túto vec zvanú kinetochór viac ako sto rokov s intenzívnym úsilím, a stále len začíname objavovať, o čom vôbec je. Je tvorená z približne 200 rôznych typov proteínov, tisícov proteínov celkovo. Je to systém vysielajúci signály. Vysiela prostredníctvom chemických signálov hovoriac zvyšku bunky, kedy je pripravený, kedy cíti, že všetko je usporiadané a pripravené na rozdelenie chromozómov. Dokáže sa pripojiť na rastúce a zmenšujúce sa mikrotubuly.

Je prepojený s rastom mikrotubulí, a dokáže sa s nimi dočasne prepojiť. Je to aj systém, ktorý vníma upozornenia. Je schopný cítiť, kedy je bunka pripravená, kedy je chromozóm v správnej polohe. Tu zozelenie, pretože cíti, že všetko je úplne správne. A vidíte, tu je posledný malý kúsok, ktorý zostáva červený. A odišiel dolu po mikrotubuliach. To je signálny vysielací systém posielajúci stop signál. A odkráčal preč. Tým myslím, že je to natoľko mechanické. Je to molekulárny hodinový stroj.

Takto fungujete v molekulárnej mierke. Takže s trochou molekulárneho prikrášlenia máme kinesíny, ktoré sú oranžové. Sú to malé molekulárne kuriérske molekuly kráčajúce jedným smerom. A tu sú dineíny. Nesú ten vysielací systém. A majú svoje dlhé nohy, aby mohli prekračovať prekážky a tak. Takže znova, toto je všetko presne odvodené z vedy. Problém je, že vám to nemôžeme ukázať žiadnym iným spôsobom.

Skúmanie na hraniciach vedy, na hraniciach ľudského porozumenia, je ohromujúce. Objavovanie týchto vecí je určite príjemná motivácia na prácu vo vede. Ale väčšina lekárskych výskumníkov -- väčšina týchto vecí -- sú jednoducho kroky po ceste k väčším cieľom, ktorými sú vyhubenie chorôb, odstránenie utrpenia a nešťastia, ktoré choroby spôsobujú, a pomôcť ľuďom z chudoby.

Ďakujem.

(Potlesk)