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Quello che vi mostrerò
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sono le incredibili macchine molecolari
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che creano il tessuto vivente del vostro corpo.
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Le molecole sono molto, molto piccole.
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E per piccole,
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intendo davvero piccole.
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Sono più piccole della lunghezza d'onda della luce,
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quindi non c'è modo di osservarle direttamente.
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Ma attraverso la scienza abbiamo un'idea abbastanza buona
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di quello che accade su scala molecolare.
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Quindi quello che possiamo fare è parlarvi delle molecole,
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ma in realtà non abbiamo un modo diretto di mostrarvele.
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Un modo per risolvere il problema è quello di disegnare immagini.
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Questa idea, in effetti, non è nuova.
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Gli scienziati hanno sempre creato immagini
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come parte del loro pensiero e processo di scoperta.
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Disegnano ciò che vedono con i propri occhi
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usando tecnologie come telescopi e microscopi,
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e anche quello che passa per le loro menti.
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Ho scelto due esempi famosi,
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perché sono noti per esprimere la scienza attraverso l'arte.
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E comincio con Galileo
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che usò il primo telescopio al mondo
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per osservare la Luna.
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Fu lui a trasformare la nostra comprensione della Luna.
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La percezione nel 17° secolo
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era che si trattava di una sfera celeste perfetta.
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Ma ciò che Galileo vide fu un mondo roccioso e arido
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che espresse attraverso la sua pittura ad acquerello.
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Un altro scienziato con idee molto grandi,
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la superstar della biologia, è Charles Darwin.
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E con questa voce famosa nel suo taccuino,
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inizia in alto a sinistra con: "Io penso",
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e poi traccia il primo albero della vita,
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che è la sua percezione
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di come tutte le specie, tutti gli esseri viventi sulla Terra,
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siano collegati attraverso la storia evolutiva -
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l'origine delle specie attraverso la selezione naturale
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e le differenze con una popolazione ancestrale.
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Pur essendo uno scienziato,
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andavo a conferenze di biologi molecolari
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e le trovavo totalmente incomprensibili,
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con tutto il linguaggio tecnico sofisticato e il gergo
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che usavano per descrivere il loro lavoro,
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finché non ho trovato le opere d'arte di David Goodsell,
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un biologo molecolare dell'Istituto Scripps.
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Nei suoi quadri
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tutto è esatto e in scala.
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La sua opera mi ha chiarito
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com'è il mondo molecolare dentro di noi.
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Questa è una sezione trasversale del sangue.
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In alto a sinistra avete questa zona giallo-verde.
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Sono i fluidi del sangue, che sono prevalentemente acqua,
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ma anche anticorpi, zuccheri,
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ormoni, questo genere di cose.
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La regione rossa è una sezione di un globulo rosso.
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E quelle molecole rosse sono l'emoglobina.
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Sono davvero rosse, e danno il colore al sangue.
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L'emoglobina agisce come una spugna molecolare
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per assorbire l'ossigeno nei polmoni
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e poi portarlo in altre parti del corpo.
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Diversi anni fa questa immagine mi ha ispirato moltissimo,
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e mi chiesi se avremmo potuto usare la computer grafica
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per rappresentare il mondo molecolare.
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Come sarebbe stato?
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Quello è stato l'inizio. Allora cominciamo.
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Questo è il DNA nella sua forma classica a doppia elica.
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Proviene dalla cristallografia a raggi X,
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quindi è un modello accurato di DNA.
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Se srotoliamo la doppia elica ed estendiamo i due filamenti
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vedrete queste cose che somigliano a denti.
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Sono le lettere del codice genetico,
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i 25.000 geni che sono scritti nel vostro DNA.
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È questo che si intende di solito
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quando si parla di codice genetico.
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Ma io voglio parlare di un altro aspetto della scienza del DNA,
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cioè della natura fisica del DNA.
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Questi due filamenti si muovono in direzioni opposte
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per motivi che non spiegherò adesso.
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Ma fisicamente vanno in direzioni opposte,
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creando una serie di complicazioni per le vostre cellule viventi,
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come vedrete,
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e in particolare quando il DNA viene copiato.
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Quello che vi mostrerò
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è una rappresentazione accurata
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della macchina replicatrice di DNA che è in funzione proprio ora nel vostro corpo,
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almeno per la biologia del 2002.
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Dunque il DNA entra nella linea di produzione dal lato sinistro,
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raggiungendo questo gruppo, queste macchine biochimiche in miniatura
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che separano il filamento di DNA facendone una copia esatta.
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Quindi il DNA entra
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e colpisce questa struttura blu a forma di ciambella
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e i suoi due filamenti si separano.
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Un filamento può essere copiato direttamente,
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e potete vedere queste cose arrotolarsi lì in fondo.
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Ma non è altrettanto semplice per l'altro filamento
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perché deve essere copiato in senso inverso.
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Quindi viene espulso ripetutamente in queste anse
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e copiato una sezione alla volta,
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creando due nuove molecole di DNA.
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Ora ci sono miliardi di macchine come questa
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che stanno lavorando dentro di voi,
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facendo copie estremamente fedeli di DNA.
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È una rappresentazione accurata
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di ciò che sta avvenendo dentro di voi, più o meno a velocità reale.
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Ho escluso la correzione di errore e altre cosette.
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Si tratta di un lavoro di qualche anno fa.
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Grazie.
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Questo è un lavoro di alcuni anni fa,
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ma quello che vi mostrerò ora è scienza moderna, tecnologia d'avanguardia.
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Cominciamo di nuovo con il DNA.
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Si agita tutto perché è circondato da una zuppa di molecole
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che ho rimosso in modo da renderlo più visibile.
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Il DNA ha una sezione di circa due nanometri,
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che è davvero molto poco.
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Ma in ognuna delle vostre cellule,
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ogni filamento di DNA è lungo circa 30-40 milioni di nanometri.
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Quindi, per mantenere il DNA in ordine e regolare l'accesso al codice genetico,
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viene avvolto attorno a queste proteine viola -
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come le chiamo io.
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È impacchettato e imballato.
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Tutto quello che vedete è un singolo filamento di DNA.
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Questo bel pacchetto di DNA si chiama cromosoma.
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Torneremo ai cromosomi tra un minuto.
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Ci allontaniamo, usciamo di qui
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attraverso un poro nucleare,
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che è l'accesso a questo comparto che contiene tutto il DNA,
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detto nucleo.
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Tutto quello che vediamo
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è l'equivalente di un semestre di biologia, ma io ho a disposizione 7 minuti.
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E allora non riusciremo ad approfondirlo adesso?
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No, ho sentito un "No".
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Ecco come appare una cellula vivente al microscopio.
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È stata filmata in time-lapse, motivo per cui la vedete muoversi.
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La membrana nucleare si rompe.
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Queste cose a forma di salsiccia sono i cromosomi, e ci concentreremo su di loro.
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Si muovono in questo modo sorprendente
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attorno a quelle macchioline rosse.
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Quando la cellula si sente pronta,
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i cromosomi si separano.
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Una parte di DNA va da un lato,
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l'altra parte di DNA va dall'altro -
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copie identiche di DNA.
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E poi la cellula si divide a metà.
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Di nuovo, ci sono miliardi di cellule
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che stanno facendo la stessa cosa nel vostro corpo.
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Ora un passo indietro per parlare dei cromosomi
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e vederne e descriverne la struttura.
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Eccoci di nuovo al momento della divisione.
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I cromosomi si allineano.
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Ora isoleremo un singolo cromosoma,
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in modo da dare un'occhiata alla sua struttura.
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È una delle più grandi strutture molecolari del corpo umano,
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almeno per quello che siamo riusciti a scoprire finora.
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Dunque questo è un singolo cromosoma.
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Ci sono due filamenti di DNA in ogni cromosoma.
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Uno è avvolto a forma di salsicciotto.
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L'altro filamento forma l'altro salsicciotto.
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Questa specie di peluria che spunta da entrambi i lati
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è l'impalcatura dinamica della cellula.
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È fatta di innumerevoli microtubuli. Il nome non è importante.
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Ma noi ci concentreremo su questa zona rossa - che ho evidenziato in rosso -
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che è l'interfaccia
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tra l'impalcatura dinamica e i cromosomi.
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Ovviamente è fondamentale per il movimento dei cromosomi.
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Non abbiamo proprio idea di come produca questo movimento.
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È stata studiata intensamente questa cosa
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chiamata cinetocore per oltre cent'anni
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e stiamo iniziando solo ora a capire di cosa si tratta.
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È composta da circa 200 tipi diversi di proteine,
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migliaia di proteine in totale.
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È un sistema di trasmissione del segnale.
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Trasmette mediante segnali chimici
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che allertano il resto della cellula quando è pronta,
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quando sente che tutto è in ordine e pronto
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per la separazione dei cromosomi.
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Può legarsi ai microtubuli che si allargano e si riducono.
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È coinvolto nella crescita dei microtubuli,
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ed è capace di unirsi a loro provvisoriamente.
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È anche un sistema di rilevamento dell'attenzione
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in grado di percepire quando è pronta la cellula,
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quando il cromosoma è posizionato correttamente.
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Qui diventa verde
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perché percepisce che tutto è a posto.
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E vedete che c'è un ultimo pezzettino
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che rimane ancora rosso.
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E viene inviato lungo i microtubuli.
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Questo è il sistema di trasmissione del segnale che invia il segnale di stop.
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E viene spedito. Voglio dire, è una trasmissione meccanica.
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È un meccanismo molecolare.
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Ecco come funziona su scala molecolare.
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Quindi, usando un po' di abbellimento molecolare,
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ecco le chinesine, quelle arancioni.
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Sono piccole molecole da trasporto che vanno in una direzione.
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Ed ecco le dineine che portano il sistema di trasmissione.
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Hanno lunghe zampe che gli permettono di superare gli ostacoli e così via.
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Di nuovo, tutto questo è accuratamente derivato
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dalla scienza.
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Il problema è che non possiamo mostrarvelo in altri modi.
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Esplorare il confine della scienza,
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la frontiera della conoscenza umana,
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è incredibile.
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Scoprire queste cose
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è sicuramente un incentivo piacevole per fare scienza.
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Per la maggior parte dei ricercatori medici però,
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fare delle scoperte
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è solo uno dei passi nel cammino verso i grandi obiettivi,
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che sono sradicare la malattia,
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eliminare la sofferenza e la miseria che la malattia causa
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e uscire dalla povertà.
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Grazie.
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(Applausi)