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Ich möchte Ihnen die erstaunlichen
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molekularen Maschinen zeigen,
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die jede lebende Faser Ihres Körpers ausmachen.
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Moleküle sind wirklich sehr, sehr klein.
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Und mit klein,
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da meine ich,
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dass sie kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind,
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so dass wir sie nicht direkt beobachten können.
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Die Wissenschaft gibt uns eine ziemlich gute Vorstellung,
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was auf molekularer Ebene passiert.
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Wir können Ihnen also von den Molekülen erzählen,
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aber wir haben keine Möglichkeiten, Ihnen diese direkt zu zeigen.
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Eine Herangehensweise wäre, ein Bild zu zeichnen.
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Und diese Idee ist in Wirklichkeit nichts neues.
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Wissenschaftler haben immer Bilder eingesetzt,
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um ihren Denk- und Entdeckungsprozess zu unterstützen.
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Sie haben Bilder davon gemacht, was sie mit Ihren Augen
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durch Apparate wie Teleskope und Mikroskope beobachteten,
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und außerdem über die Dinge, über die sie nachdachten.
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Ich habe zwei bekannte Beispiele herausgesucht,
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weil diese für den Ausdruck von Wissenschaft mithilfe der Kunst bekannt sind.
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Und ich möchte mit Galileo beginnen,
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der das erste Teleskop der Welt benutzte,
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um den Mond anzusehen.
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Und er hat unser Verständnis des Mondes verändert.
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Die Wahrnehmung im 17. Jahrhundert
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war, dass der Mond eine perfekte Himmelssphäre darstellte.
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Aber Galileo sah eine steinige, kahle Welt,
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welche er durch ein Aquarellgemälde abbildete.
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Ein anderer Wissenschaftler mit bahnbrechenden Ideen,
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der Superstar der Biologie, war Charles Darwin.
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Und mit diesem berühmten Eintrag in sein Notizbuch
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beginnt er in der linken oberen Ecke mit, "Ich denke"
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und skizziert dann den ersten Lebensbaum,
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der seine Wahrnehmung ist
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wie alle Spezies, alle lebenden Dinge auf der Erde
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durch die Evolution miteinander verbunden –
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die Entstehung der Spezies durch natürliche Auslese
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und Divergenz zu der Ahnenpopulation.
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Selbst als Wissenschaftler
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ging ich zu Vorlesungen von Molekularbiologen
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und fand diese absolut unverständlich,
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mit der ganzen technischen Sprache und dem Jargon,
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mit dem sie ihre Arbeit beschreiben,
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jedenfalls, bis ich die Kunst von David Goodsell entdeckte,
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der ein Molekularbiologe am Scripps-Institut ist.
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In seinen Bildern
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ist alles akkurat und alles maßstabsgerecht
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und seine Arbeit machte mir klar,
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wie die molekulare Welt in uns aussieht.
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Dies ist ein Schnitt durch unser Blut.
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In der oberen linken Ecke sehen Sie ein gelb-grünes Areal.
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Das sind Flüssigkeiten im Blut, zum Großteil ist das Wasser,
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aber da sind auch Antikörper, Zucker,
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Hormone und so weiter.
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Die rote Region ist ein Schnitt durch eine Blutzelle.
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Und diese roten Moleküle sind das Hämoglobin.
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Sie sind wirklich rot; sie geben dem Blut seine Farbe.
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Hämoglobin ist wie ein molekularer Schwamm,
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der den Sauerstoff in Ihren Lungen aufsaugt
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und dann in die verschiedenen Teile Ihres Körpers trägt.
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Ich wurde vor einigen Jahren stark durch dieses Bild inspiriert
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und fragte mich, ob wir Computergrafiken nutzen könnten
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um die molekulare Welt abzubilden.
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Wie würde das aussehen?
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Und so fing es an. Also lassen Sie uns beginnen.
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Dies ist DNA in ihrer klassischen Doppelhelixform.
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Das Bild stammt von einer Röntgenkristallographie,
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es ist also ein akkurates Modell der DNA.
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Wenn wir die Doppelhelix in ihre zwei Stränge auflösen,
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sehen Sie, dass diese Dinge wie Zähne aussehen.
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Dies sind die Buchstaben des genetischen Codes,
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der 25.000 Gene, die in Ihre DNA geschrieben sind.
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Das meint man also, wenn man über
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den genetischen Code spricht – darüber wird dann gesprochen.
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Aber ich möchte über einen Aspekt der DNA-Forschung sprechen,
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und das ist die physische Erscheinung der DNA.
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Es sind diese beiden Stränge, die entgegengesetzt verlaufen,
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aus Gründen, auf die ich jetzt nicht eingehen kann.
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Sie verlaufen physisch in entgegengesetzte Richtungen,
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was einiges an Problemen für Ihre Zellen mit sich bringt,
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wie Sie gleich sehen werden,
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vor allem, wenn es um das Kopieren von DNA geht.
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Was ich Ihnen jetzt zeigen werde,
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ist eine genaue Darstellung
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der DNA-Kopiermaschine und davon, was genau jetzt in Ihrem Körper passiert,
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zumindest nach Erkenntnissen der Biologie aus dem Jahr 2002.
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Die DNA betritt die Produktionsstraße von der linken Seite
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und trifft auf diese Struktur, biomechanische Mini-Maschinen,
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die den DNA-Strang auseinandernehmen und eine exakte Kopie anfertigen.
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Also die DNA kommt hinein
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und trifft auf diese blaue, gekringelte Struktur.
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Sie wird dort in zwei Stränge gerissen.
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Ein Strang kann direkt kopiert werden
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und Sie können sehen, dass hier etwas nach unten abgewickelt wird.
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Aber für den anderen Strang ist das nicht so einfach,
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weil er rückwärts kopiert werden muss.
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Also wird er wiederholt in Schleifen gelegt
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und ein Abschnitt nach dem anderen wird kopiert,
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um so zwei neue DNA-Moleküle zu schaffen.
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Es gibt Milliarden dieser Maschinen,
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die gerade in Ihnen arbeiten,
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die Ihre DNA mit einer unglaublichen Genauigkeit kopieren.
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Das ist eine genaue Darstellung
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und hat das ungefähre Tempo des Originalvorgangs in Ihrem Körper.
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Ich habe die Fehlerkorrektur und einige anderen Dinge ausgelassen.
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Dies ist die Arbeit von vor einigen Jahren.
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Danke.
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Dies ist die Arbeit von vor einigen Jahren,
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aber als nächstes zeige ich Ihnen aktuelle Forschung und Technologie.
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Also beginnen wir wieder mit der DNA.
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Und es wackelt dort aufgrund der Suppe von Molekülen,
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die ich weggelassen habe, damit Sie etwas sehen können.
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DNA ist ungefähr zwei Nanometer breit,
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was ziemlich winzig ist.
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Aber in jeder unserer Zellen
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ist jeder DNA-Strang um die 30 bis 40 Millionen Nanometer lang.
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Um die DNA geordnet und den Zugang zum Gencode reguliert zu halten,
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ist es um diese lila Proteine gewickelt –
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bzw. ich habe diese lila markiert.
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Es ist verpackt und aufgewickelt.
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Dieser komplette Ausschnitt ist ein einzelner DNA-Strang.
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Dieses riesige DNA-Paket nennt man ein Chromosom.
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Wir kommen gleich auf Chromosome zurück.
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Wir vergrößern das Blickfeld, wir zoomen raus,
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durch eine nukleare Pore,
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welche der Zugang zu dem Teil, der die DNA beherbergt, ist
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und Nukleus genannt wird.
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Dieser gesamte Anblick
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ist ungefähr ein Semester Biologiestudium wert, ich habe sieben Minuten.
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Wir werden dies also nicht alles heute durchnehmen können?
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Nein, sagt man mir, "Nein".
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So sieht eine lebende Zelle durch ein Lichtmikroskop aus.
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Und es ist im Zeitraffer gefilmt, daher können wir sehen, wie es sich bewegt.
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Die nukleare Hülle reißt auf.
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Wir konzentrieren uns auf diese wurstförmigen Dinger, die Chromosomen.
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Sie durchlaufen dieses sehr auffällige Bewegungsmuster,
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das sich auf die roten Punkte konzentriert.
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Wenn die Zelle bereit ist loszulegen,
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reißt es die Chromosome auseinander.
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Ein Teil der DNA geht auf die eine Seite,
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die andere Seite bekommt das DNA-Gegenstück –
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beides sind identische Kopien.
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Und dann zerteilt die Zelle sich in der Mitte.
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Und noch einmal, Sie haben Milliarden von Zellen,
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die diesen Prozess genau jetzt in Ihnen vollziehen.
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Jetzt spulen wir zurück und konzentrieren uns auf die Chromosomen,
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schauen uns ihre Architektur an und beschreiben diese.
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Hier ist wieder der Moment der Teilung.
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Die Chromosomen reihen sich auf.
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Und wenn wir nur ein einzelnes Chromosom betrachten,
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wir ziehen es heraus und schauen uns seine Struktur an.
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Es ist eine der größten molekularen Strukturen, die Sie in sich haben,
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jedenfalls soweit wir das bis jetzt entdeckt haben.
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Dies ist ein einzelnes Chromosom.
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Und Sie haben zwei DNA-Stränge in jedem Chromosom.
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Einer ist zu einem Würstchen verwickelt.
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Der andere zu dem anderen Würstchen.
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Diese Dinger, die so ähnlich wie Schnurrhaare aussehen und aus beiden Seiten ragen,
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sind die dynamischen Baugerüste einer Zelle.
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Sie heißen Mikrogefäße. Aber das ist unwichtig.
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Wir konzentrieren uns auf die rote Region – ich habe sie rot makiert –
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und es ist die Schnittstelle
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zwischen den dynamischen Baugerüsten und den Chromosomen.
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Es ist offensichtlich von zentraler Bedeutung für die Bewegung des Chromosoms.
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Wir haben keinen Schimmer, wie es diese Bewegung bewerkstelligt.
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Wir haben dieses Ding studiert, es wird Bewegungskern genannt.
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Nach einhundert Jahren intensiver Studien
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sind wir immer noch ganz am Anfang zu verstehen, worum es überhaupt geht.
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Es besteht aus 200 verschiedenen Proteintypen,
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das macht Tausende von Proteinen ingesamt.
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Es ist ein System zur Signalübertragung.
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Es überträgt durch chemische Signale
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und sagt so dem Rest der Zelle, wann es bereit ist,
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wann es fühlt, dass alles aufgereiht und bereit zur
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Aufspaltung der Chromosomen ist.
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Es kann sich an wachsende und schrumpfende Mikrogefäße ankoppeln.
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Es spielt selbst beim Wachstum von Mikrogefäßen eine Rolle
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und ist fähig, kurzzeitig an diesen anzukoppeln.
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Es ist außerdem in der Lage, Aufmerksamkeit zu spüren.
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Es spürt, wenn die Zelle bereit ist,
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wenn die Chromosomen ihre Position eingenommen haben.
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Hier wird es grün,
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weil es merkt, dass alles genau richtig ist.
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Und Sie sehen, dort ist das letzte kleine Stück,
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das noch rot ist.
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Und es wird durch die Mikrogefäße abgeleitet.
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Das ist das Stopsignal des Signalübertragungssystems.
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Es wird abgeleitet, und das auf mechanische Weise.
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Es ist ein molekulares Uhrwerk.
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So funktionieren Sie auf molekularer Ebene.
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Als molekularen Augenschmaus
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haben wir hier die Kinesine, welche orange sind.
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Sie sind kleine molekulare Kuriere, die in eine Richtung laufen.
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Und dies sind die Dynien. Sie tragen das Übertragungssystem.
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Sie haben lange Beine, um Hindernisse umgehen zu können und so weiter.
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Noch einmal, dies sind alles akkurate,
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wissenschaftliche Ableitungen.
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Das Problem ist, dass es keine andere Möglichkeit gibt, dies darzustellen.
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An neuem wissenschaftlichem Wissen zu arbeiten,
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sich an den Grenzen menschlichen Wissens zu bewegen,
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es ist überwältigend.
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Diese Dinge zu entdecken
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ist sicherlich ein angenehmer Anreiz des wissenschaftlichen Arbeitens.
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Aber die meisten medizinischen Forscher –
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die Entdeckung dieser Dinge
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ist einfach ein Schritt auf dem Weg zu großen Zielen,
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wie Krankheiten auszumerzen,
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wie Leiden und Miseren zu beseitigen, die Krankheiten verursachen,
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wie Menschen aus der Armut zu heben.
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Vielen Dank.
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(Applaus)