Animations of unseeable biology

Chci vám ukázat

úžasné molekulární stroje,

které tvoří živou tkáň vašeho těla.

Molekuly jsou opravdu, opravdu malé.

A tím malé,

myslím opravdu malinké.

Jsou menší než vlnová délka světla,

takže nemáme možnost, jak je pozorovat.

Ale věda nám umožňuje udělat si docela dobrou představu

o tom, co se tam v molekulárním měřítku děje.

Takže vám můžeme skutečně o molekulách vyprávět,

ale nemáme opravdu přímý způsob, jak vám molekuly ukázat.

Můžeme to obejít třeba tím, že namalujeme obrázek.

A tento nápad není nikterak nový.

Vědci vždy vytvářeli obrázky

jako součást svého procesu myšlení a objevování.

Malovali obrázky toho, co pozorují svýma očima,

prostřednictvím techniky jako jsou dalekohledy a mikroskopy,

a rovněž obrázky toho, čím se zabývají ve svých myšlenkách.

Vybral jsem dva dobře známé příklady,

protože dobře vyjadřují vědecké myšlenky prostřednictvím umění.

Začnu s Galileem,

který použil první dalekohled na světě,

aby se podíval na Měsíc.

Změnil tak naše vnímání měsíce.

V 17. století panovala představa,

že měsíc je dokonalá nebeská koule.

Ale Galileo viděl skalnatý, pustý svět,

který znároznil svým akvarelem.

Dalším vědcem s velmi velkými myšlenkami

je Charles Darwin, superstar biologie.

Toto je jeho slavný záznam do deníku -

začíná v levém horním rohu slovy "Myslím,"

a potom načrtne svůj první strom života,

který zachycuje jeho představy o tom,

jak jsou všechny druhy, všechno živé na Zemi,

spojené prostřednictvím evoluční historie --

původ druhů prostřednictvím přirozeného výběru

a vývoj různých druhů z původní populace.

Dokonce jako vědec

jsem chodíval na přednášky molekulárních biologů,

a považoval jsem je za totálně nesrozumitelné,

s tím vším nóbl technickým jazykem a žargonem,

který používali při popisování své práce,

dokud jsem se nesetkal s uměleckými díly Davida Goodsella,

který je molekulárním biologem ve výzkumném ústavu Scripps Institute.

Na jeho obrazech

je všechno přesné a v měřítku.

Jeho práce mi osvětlila,

jak vypadá molekulární svět uvnitř nás.

Toto je průřez krví.

V levém horním rohu, to je ta žlutozelená oblast,

jsou tekuté součásti krve, což je zejména voda,

ale patří sem i protilátky, cukry,

hormony a podobné věci.

A ta červená oblast, to je řez červenou krvinkou.

Ty červené molekuly, to je hemoglobin.

Jsou opravdu červené, to je to, co dává krvi její barvu.

Hemoglobin funguje jako molekulární houba,

která nasákne kyslík z vašich plic

a potom ho přenese do dalších částí těla.

Toto zobrazení mne před mnoha lety velmi inspirovalo

a zajímalo mě, jestli bych mohl použít počítačovou grafiku

pro zobrazení molekulárního světa.

Jak by to vypadalo?

A takhle jsem skutečně začal. Takže jdeme na to.

Toto je DNA ve své klasické podobě dvojité šroubovice.

Je převzatá z rentgenové krystalografie,

takže je to přesný model DNA.

Pokud rozvineme dvojitou šroubovici a rozepneme ji jako zip do dvou vláken,

vidíme tyto části, které vypadají jako zuby.

To jsou písmena genetického kódu,

to je těch 25 tisíc genů, které máme zapsané ve své DNA.

O tom se obvykle mluví, pokud se řekne

genetický kód.

Ale chci mluvit o jiném aspektu vědy zabývající se DNA,

a to je fyzická povaha DNA.

Tato dvě vlákna vedou opačným směrem

z důvodů, které teď nemohu vysvětlovat.

Ale fyzicky prostě vedou opačnými směry,

což vytváří řadu komplikací pro vaše živé buňky,

jak za chvíli uvidíte.

Zejména v případech, kdy je DNA kopírována.

Takže teď vám chci ukázat

přesné znázornění

skutečného stroje na replikaci DNA, který právě teď pracuje uvnitř vašeho těla.

Alespoň podle poznatků biologie z roku 2002.

DNA vstupuje na výrobní linku z levé strany

a narazí do této sbírky, těchto miniaturních biochemických stroječků,

které roztahují vlákno DNA a přesně ho kopírují.

Takže DNA vstoupí,

narazí do této modré struktury připomínající koblihu

a je roztržena na dvě vlákna.

Jedno vlákno může být kopírováno přímo

a vy můžete vidět jeho části, jak se navíjejí tady dole.

Ale pro druhé vlákno to není tak jednoduché,

protože musí být kopírováno pozpátku.

Takže je opakovaně vhazováno do těchto oblouků

a kopírováno kousek po kousku,

a tak se vytváří dvě nové molekuly DNA.

Miliardy těchto strojků

právě těď pracují uvnitř vašeho těla

a kopírují vaší DNA s dokonalou přesností.

Je to přesné znázornění

a dost dobře zachycuje i správnou rychlost toho, co ve vás probíhá.

Vynechal jsem korekci chyb a pár dalších věcí.

Tato práce už je několik let stará.

Děkuji Vám.

Tuto práci jsem už dělal před několika lety,

ale teď vám ukážu nejnovější vědecké poznatky, je to nejnovější technologie.

Začneme zase s DNA.

Škube se tady a vrtí kvůli polévce z molekul, která ji obklopuje,

ale tu jsem dal pryč, abyste mohli něco vidět.

DNA má v průřezu asi dva nanometry,

takže je opravdu dost tenká.

Ale v každé vaší buňce

je každé vlákno DNA asi 30 až 40 milionů nanometrů dlouhé.

Aby mohla být DNA organizována a aby mohl být regulován přístup ke genetickému kódu,

je omotána kolem těchto fialových bílkovin.

Já jsem je tu označil fialovou barvou.

Je to zabalené do takového balíku.

Všechno, co tady vidíte, je jediné vlákno DNA.

Tento velký balík DNA se nazývá chromozom.

Ke chromozomům se vrátíme za chvilku.

Teď se vzdalujeme,

procházíme průduchem jádra,

což je taková brána do oddělení, které drží veškerou DNA

a kterému říkáme jádro.

Všechno to, co vidíte právě teď,

představuje asi jeden semestr biologie a já mám sedm minut.

Takže to nemůžeme všechno projít dnes?

Ne, říkají mi, že "Ne."

Takto vypadá živá buňka v mikroskopu.

A byla filmována s časovým posunem, takže můžete vidět, jak se hýbá.

Obal jádra praskne.

Tyto tvary připomínající párky jsou chromozomy a na ně se teď soustřeďme.

Pohybují se velmi pozoruhodným způsobem.

Pohyb se soustřeďuje do těchto malých červených míst.

Když buňka cítí, že je připravena,

roztrhne chromozom.

Jeden soubor DNA se vydá na jednu stranu,

druhý set DNA na druhou stranu --

identické kopie DNA.

A pak se buňka oddělí uprostřed.

Miliardy buněk právě teď

procházejí tímto procesem přímo ve vašem těle.

Teď se vrátíme a soustředíme se jen na chromozomy.

Podíváme se na tuto strukturu a popíšeme ji.

Tady je opět proces rozdělení buňky uprostřed.

Chromozomy se řadí.

Pokud izolujeme jen jeden chromozom,

vytáhneme ho a podíváme se na jeho strukturu.

Toto je jedna z nějvětších molekulárních struktur, kterou máme,

alespoň podle toho, co jsme zatím objevili v lidském těle.

Takže toto je jeden chromozom.

V každém chromozomu jsou dvě vlákna DNA.

Jeden je smotaný do jednoho párku.

Druhý je smotaný do druhého párku.

Tyto věci, které vypadají jako kočičí fousky a trčí po obou stranách,

to je dynamické lešení buňky.

Nazývají se mikrotubule. Jméno není důležité.

Ale soustřeďme se na tuto červenou oblast - označil jsem ji červeně -

je to rozhraní

mezi dynamickým lešením a chromozomy.

Je zcela zjevně zásadní pro pohyb chromozomů.

Nemáme ovšem ani zdání, jak k tomu pohybu dochází.

Studujeme tento jev nazvaný kinetochór

velmi intenzívně více než sto let

a teprve začínáme objevovat jeho význam.

Je tvořen asi dvěmy sty různými typy bílkovin,

dohromady to jsou tisíce bílkovin.

Je to systém vysílající signál.

Vysílá prostřednictvím chemických signálů

a informuje zbytek buňky, když je připraven,

jakmile cítí, že všechno je srovnané a připravené

pro oddělení chromozomů.

Může se napojit na rostoucí a smršťující se mikrotubule.

Je zapojen do růstu mikrotubulí

a může se na ně postupně napojit.

Je to rovněž sledovací systém,

který pozná, kdy je buňka připravena,

kdy jsou chromozomy ve správné pozici.

Tady začíná zelenat,

protože cítí, že všechno je správně připraveno.

A vidíte, tady je ten poslední kousek,

který zůstává stále červený.

A ten odchází po mikrotubulích.

To je systém vysílající signály a posílá signál stop.

A teď odešel. Chci říct, že to je mechanické.

Je to molekulární hodinový strojek.

Tímto způsobem fungujete v molekulárním měřítku.

Takže, když to trochu přibarvíme, aby to bylo přitažlivější,

máme tu bílkovinu zvanou kinesin, tady jsou oranžové.

Jsou to malí molekulární poslíčci, kteří kráčejí jedním směrem.

A tady je dynein. Dyneiny přenášejí vysílací systém.

Mají dlouhé nohy, aby mohly překročit překážky a podobně.

To vše je také přenesno přesně

podle vědeckých poznatků.

Problém je, že nemáme jinou možnost, jak vám to ukázat.

Výzkum na hranici vědy,

na hranici lidského porozumění,

je ohromující.

Tyto objevy jsou

jistě příjemnou motivací vědecké práce.

Ale většina vědců v medicíně

objevuje věci,

které jsou malými krůčky na cestě k velkým cílům,

jakými jsou vymýtění nemocí,

zmírnění utrpení a strádání, které tyto nemoci způsobují,

a pomoc lidem z bídy.

Děkuji Vám.

(Potlesk)