Drew Berry: A láthatatlan biológia animációja

Nincs lehetőségünk arra, hogy a molekulákat és működésüket közvetlenül szemügyre vegyük. Drew Berry változtatni szeretne ezen. A TEDxSydneyn bemutatja a tudományosan helytálló (és szórakoztató!) animációit, amelyek afelé segítik a tudósokat, hogy testünk láthatatlan folyamatai láthatóvá váljanak.

A következőről fogok beszélni Önöknek:

a lenyűgöző molekuláris gépekről,

amelyek testünk élő szövetét alkotják.

A molekulák nagyon, nagyon kicsik.

Itt a kicsi alatt

azt értem, hogy tényleg aprók.

Kisebbek a fény hullámhosszánál,

így semmi esélyünk, hogy közvetlenül megfigyeljük őket.

De a tudományos kutatásokon keresztül elég jó képet kaphatunk arról,

hogy a molekuláris mérettartományban mi történik.

Annyit tehetünk, hogy mesélünk ezekről a molekulákról,

de nem tudjuk a molekulákat közvetlenül bemutatni.

Erre egy megoldás, hogy képeket rajzolunk.

És ez az ötlet egyáltalán nem új.

A tudósok mindig is készítettek képeket

a gondolkodásukat és felfedezésüket segítendő.

Képeket rajzoltak arról, amit a szemükkel láttak,

a technológia, a teleszkópok és mikroszkópok segítségével,

és arról is, hogy mire gondoltak közben.

Két jól ismert példát választottam erre,

mert ezek nagyon ismertek arról, hogy a művészet által szólnak a tudományról.

Galileivel kezdem,

aki a világ első teleszkópját használta,

hogy a Holdat megfigyelje.

Ő átalakította a Holdról alkotott elképzelésünket.

A XVII. században azt gondolták,

a Hold tökéletes, mennyei gömb.

De amit Galilei látott, egy sziklás, puszta világ volt,

amit ki is fejezett vízfestékkel készült képein.

Egy másik nagy ötletekkel rendelkező tudós,

a biológia szupersztárja, Charles Darwin.

Az ő híres naplóbejegyzése,

amit a bal felső sarokban kezd azzal, hogy "úgy gondolom",

aztán felvázolja a törzsfát,

ami az ő elképzelése arról,

hogy a fajok, minden élőlény a Földön,

evolúciós történetük révén hogyan állnak kapcsolatban --

a fajok természetes szelekció során keletkeznek,

és az ősi populációból terjednek szét.

Még tudósként is jártam

molekuláris biológusok előadásaira,

és teljesen érthetetlennek találtam őket,

a sok pompás szakkifejezés és szakzsargon miatt,

amit használtak, amikor a munkájukról beszéltek,

mígnem rátaláltam David Goodsell művészi munkáira,

aki molekuláris biológus a Scripps intézetben.

És az ő képeire,

amelyek mind pontosak, és méretarányosak.

És az ő munkája világossá tette számomra,

hogy milyen a bennünk lévő molekuláris világ.

Ez egy vér keresztmetszeti kép.

A bal felső sarokban van egy sárgászöld rész.

A sárgászöld rész a vér folyadék komponense, ami

nagyrészt víz, de tartalmaz antitesteket, cukrokat

hormonokat és egyéb hasonlókat is.

A piros rész egy vörösvértest szelete.

Azok a piros molekulák pedig hemoglobinok.

Ezek valójában is pirosak, tőlük piros a vér.

A hemoglobin olyan, mint egy molekuláris szivacs,

ami felszívja az oxigént a tüdőben,

és aztán a test más részeibe szállítja.

Nagy hatással volt rám ez a kép évekkel ezelőtt.

Azon gondolkodtam, vajon tudnánk-e számítógépes grafikát

használni arra, hogy bemutassuk a molekuláris világot.

Milyen lenne?

És itt kezdődött a történet. Kezdjünk is bele.

Ez itt a DNS klasszikus kettős spirál formában.

Röntgendiffrakciós képekről származik,

tehát a DNS egy pontos modellje.

Ha kitekerjük a kettős spirált és szétcipzárazzuk a szálakat,

láthatók ezek a részek, amik úgy néznek ki, mint a fogak.

Ezek a genetikai kód betűi,

az a 25 ezer gén, amik a DNS-ünkbe vannak írva.

Tehát általában erről van szó --

a genetikai kódról --, általában erről beszélnek.

De én a DNS más vonatkozásiról szeretnék most

beszélni, és ezek a DNS fizikai tulajdonságai.

A két szál ellentétes lefutású,

olyan okok miatt, amikbe most nem tudok belemenni.

Fizikailag ellentétes irányokba haladnak,

ami az élő sejtekben okoz némi bonyodalmat,

amit mindjárt meg is láthatunk.

Főként a DNS másolásakor.

Amit most láthatóvá szeretnék tenni, egy valósághű

megjelenítése a valós DNS-másoló gépezetnek,

amely jelenleg is működik a testünkben,

legalábbis a 2002. év biológiája szerint.

A DNS balról érkezik a gyártósorra

és beleütközik a miniatűr gépek kollekciójába, amik

a DNS-szálakat szétválasztják, és pontos másolatot készítenek.

Tehát jön a DNS

és eléri ezt a kék, fánk alakú struktúrát

ami két szálra szedi szét.

Az egyik szál folyamatosan másolódhat,

és ez látható, amint lefűződik az alsó részen.

De kevésbé ilyen egyszerű a második szál esete,

mert visszafelé kell másolódnia.

Ezért hajlik ismételten hurkokba

és másolódik szakaszról szakaszra,

ahogy a két új DNS molekula képződik.

Na, mármost ilyen gépekből milliárdnyival rendelkezünk,

amik ebben a pillanatban is dolgoznak

és másolják a DNS-t kitűnő pontossággal.

Ez egy valósághű megjelenítés,

és körülbelül a valós sebességgel is ábrázolt, amellyel bennünk működik.

Kihagytam a hibajavítást és egy kazal egyebet.

Ez a munka pár évvel ezelőtt készült.

Köszönöm.

Ez egy pár évvel ezelőtti munka,

a következő friss tudomány és technológia.

Ismét a DNS-sel kezdünk.

Izeg-mozog a környező molekuláris levestől,

amit eltüntettem, hogy látható is legyen valami.

A DNS körülbelül 2 nanométer átmérőjű,

ami igazán apró,

de minden egyes sejtünkben

minden egyes szál kb. 40-50 millió nanométer hosszú.

Hogy a DNS rendezett és szabályozható legyen a kód eléréséhez,

ezek köré a lila fehérjék köré van föltekerve --

mármint hogy lilával jelöltem épp őket.

Össze van csomagolva és föl van tekerve.

Az egész képen egy DNS-szál látható.

Ezt a nagy csomag DNS-t hívjuk kromoszómának.

Amihez egy perc múlva visszatérünk.

Távolodunk és kizoomolunk a képből

egy nukleáris póruson keresztül,

ami a kapu a DNS-t tartalmazó sejtrészbe,

ami a sejtmag.

Ez az egész kép körülbelül egy félévnyi

biológia tananyag és nekem hét percem van.

Ma nem tudunk erre mind sort keríteni?

Nem... Azt mondják nem.

Így néz ki egy élő sejt a fénymikroszkóp alatt.

És gyorsított felvétellel látható, ahogy mozog.

Lebomlik a sejtmagmembrán.

Ezek a hurkácskák a kromoszómák, és most rájuk fókuszálunk.

Feltűnő mozgásban vannak

ami ezek köré a piros pöttyök köré szerveződik.

Amikor a sejt úgy érzi, hogy készen áll,

szétválasztja a kromoszómákat.

Az egyik adag DNS megy az egyik oldalra,

a másik oldalnak jut a másik adag DNS --

a két azonos másolatból.

Ezután a sejt középen kettéválik.

Ismétlem, milliárdnyi sejtünk van,

amelyek épp most is ebben a folyamatban vannak.

Most visszatérünk a kromoszómákhoz,

megnézzük a szerkezetüket és hogy milyenek.

Tehát itt vagyunk a fordulópont időpontjában.

A kromoszómák felsorakoznak.

Ha egy kromoszómát kiválasztunk,

és kihúzzuk, hogy megnézzük a szerkezetét.

Ez az egyik legnagyobb létező molekuláris struktúra,

legalábbis az eddig emberben felfedezett legnagyobb.

Ez egyetlen kromoszóma.

Minden ilyen kromoszómában két szál DNS van.

Az egyik az egyik hurkába van feltekerve,

a másik pedig a másik hurkába.

Ezek a dolgok, amik úgy néznek ki, mintha szálak

állnának ki belőlük, a sejt dinamikus állványzata.

A mikrotubulusok, de a név most nem fontos.

Erre a piros részre fogunk ráközelíteni,

amit itt bejelöltem, ez az interfész

a kromoszómák és az állványzat között.

Nyilvánvalóan központi szerepet játszanak a kromoszómák mozgásában.

És nincs róla még pontos fogalmunk, hogy hogyan valósul meg ez a mozgás.

Ezt a részt, amit kinetokórnak hívnak,

több mint száz éven keresztül aktívan tanulmányozták,

és épp hogy kezdjük felfedezni, miként is működik.

Kétszáz fajta fehérjéből áll,

összesen több ezer fehérjéből.

Ez egy jeladó rendszer.

Kémiai szignálokkal jelzi a sejt

többi részének, hogy mikor áll készen,

amikor úgy érzi, hogy minden megfelelően felsorakozott

és előkészült a kromoszómák elválására.

Hozzá tud kapcsolódni a növő és zsugorodó mikrotubulusokhoz.

Serkenti a mikrotubulusok növekedését

és átmenetileg kapcsolódik hozzájuk.

Egyben egy figyelőrendszer is.

Érzékeli, hogy mikor áll készen a sejt és hogy

mikor rendeződtek el megfelelően a kromoszómák.

Itt épp zöldre változik, mert úgy érzi,

hogy minden a legnagyobb rendben.

És láthatjuk, hogy itt van ez az utolsó kis rész

ami piros marad,

és elszállítódik a mikrotubulusok mentén.

Ez a jelküldő rendszer, ami a „Stop” jelet küldi ki.

És elszállítódott. Mármint ez ilyen szinten gépies.

Egy molekuláris óramű.

Így működünk molekuláris szinten.

Egy kis molekuláris szemfényvesztéssel

megkapjuk a kinazineket, amik a narancssárga színűek.

Kis molekuláris postaszolgálatok, amik egy irányban járnak.

És itt vannak a dineinek, amik a közvetítendő jelet viszik.

Hosszú lábaik vannak, hogy át tudják lépni az akadályokat.

Ismét, ez mind pontosan és hitelesen van ábrázolva

tudományos alapon.

A gond csak az, hogy sehogy másként nem tudjuk megmutatni.

A tudomány határterületein kutatva

az emberi értelem és tudás határán járunk,

ami észvesztően csodálatos.

Felfedezni ilyen dolgokat meglehetősen élvezetes

ösztönzés arra, hogy a tudományban dolgozzunk.

De a legtöbb orvosi kutató --,

akik felfedezik az ilyesmit,

csupán lépéseket tesz a fő cél felé,

ami a betegségek kiküszöbölése,

hogy megszűnjön a szenvedés és szerencsétlenség, amit okoznak,

és az emberek kiemelkedhessenek a szegénységből.

Köszönöm.

Taps