-
Wat ik jullie ga laten zien,
-
zijn de verbazingwekkende moleculaire machines
-
die het levende weefsel van je lichaam creëren.
-
Nu zijn moleculen heel, heel klein.
-
En met klein
-
bedoel ik heel klein.
-
Ze zijn kleiner dan de golflengte van licht,
-
dus kunnen we ze niet direct waarnemen.
-
Maar door de wetenschap hebben we een redelijk goed idee
-
van wat er aan de hand is op moleculaire schaal.
-
We kunnen praten over moleculen,
-
maar we hebben geen directe manier om moleculen te laten zien.
-
Een manier om dit op te lossen, is tekeningen maken.
-
Dat doen we al langer.
-
Wetenschappers hebben altijd al gebruik gemaakt van tekeningen
-
als onderdeel van hun denk- en ontdekkingsproces.
-
Ze tekenen wat ze waarnemen met hun ogen,
-
met behulp van technologie, zoals telescopen en microscopen,
-
en ook hoe ze het zich voorstellen.
-
Ik neem twee bekende voorbeelden,
-
zeer bekend omdat ze wetenschap weergeven door middel van kunst.
-
Ik begin met Galileo,
-
die 's werelds eerste telescoop bouwde
-
om naar de maan te kijken.
-
Hij veranderde ons begrip van de maan.
-
In de perceptie van de 17e eeuw
-
was de maan een perfecte hemelse sfeer.
-
Maar Galilei zag een rotsachtige, dorre wereld,
-
wat hij weergaf in zijn aquarel.
-
Een andere wetenschapper met zeer grote ideeën
-
is de superster van de biologie, Charles Darwin.
-
Met deze beroemde vermelding in zijn notitieboekje
-
begint hij in de linkerbovenhoek met "Ik denk"
-
en dan schetst hij de eerste boom van het leven.
-
Dat is zijn idee
-
van hoe alle soorten, alle levende wezens op aarde
-
verbonden zijn door evolutionaire geschiedenis:
-
het ontstaan van soorten door natuurlijke selectie
-
en divergentie vanuit een voorouderlijke populatie.
-
Zelfs als wetenschapper
-
vond ik vaak lezingen door moleculaire biologen
-
volledig onbegrijpelijk
-
door de rare technische taal en jargon
-
waarmee ze hun werk beschreven.
-
Totdat ik de kunstwerken van David Goodsell tegenkwam.
-
Hij is moleculair bioloog aan het Scripps Instituut.
-
Al zijn beelden
-
zijn nauwkeurig en op schaal.
-
Zijn werk toont me
-
hoe de moleculaire wereld in ons eruit ziet.
-
Dit is een doorsnede door bloed.
-
In de linkerbovenhoek zie je dat geelgroene gebied.
-
Dat stelt de vloeistoffen van het bloed, vooral water dus, voor,
-
maar ook antilichamen, suikers,
-
hormonen, dat soort dingen.
-
Het rode gebied is een doorsnede door een rode bloedcel.
-
Die rode moleculen zijn hemoglobine.
-
Ze zijn echt rood en geven het bloed zijn kleur.
-
Hemoglobine werkt als een moleculaire spons
-
om de zuurstof in je longen op te nemen
-
en mee te nemen naar andere delen van je lichaam.
-
Dit beeld inspireerde me vele jaren geleden.
-
Ik vroeg me af of we met computerbeeldvorming
-
de moleculaire wereld konden voorstellen.
-
Hoe zou het eruit zien?
-
Zo begon ik eraan. Hier komt het.
-
Dit is DNA in zijn klassieke dubbele-helixvorm.
-
Het komt van röntgenkristallografie,
-
dus is het een nauwkeurig model van DNA.
-
Als we de krul uit de dubbele helix halen en de twee strengen losmaken,
-
zie je die dingen die lijken op tanden.
-
Dat zijn de letters van de genetische code,
-
de 25.000 genen die in je DNA geschreven staan.
-
Dat is wat ze meestal
-
de genetische code noemen, waar ze het meestal over hebben.
-
Maar ik wil praten over een ander aspect van DNA-wetenschap,
-
namelijk de fysieke aard van DNA.
-
Het zijn twee strengen die in tegengestelde richting lopen
-
om redenen waar ik nu niet kan op ingaan.
-
Maar ze lopen fysiek in tegengestelde richting,
-
met als gevolg een aantal complicaties voor je levende cellen.
-
Vooral dan
-
wanneer DNA wordt gekopieerd.
-
Ik ga jullie nu
-
een nauwkeurige weergave tonen
-
van de werkelijke DNA-replicatiemachine die aan het werk is in je lichaam,
-
op zijn minst in biologie van 2002.
-
DNA komt van de linkerkant de productielijn binnen.
-
Dan trekt een verzameling biochemische miniatuurmachines
-
de DNA-strengen uit elkaar en maakt er een exacte kopie van.
-
DNA komt
-
een blauwe, donutvormige structuur binnen
-
en wordt uit elkaar gescheurd in twee strengen.
-
Een streng kan direct worden gekopieerd.
-
Je ziet deze dingen er hier onderaan uitkomen.
-
Maar voor de andere streng liggen de zaken niet zo eenvoudig
-
omdat ze achterwaarts moet worden gekopieerd.
-
Ze wordt herhaaldelijk in lussen gegooid
-
en sectie per sectie gekopieerd
-
om twee nieuwe DNA-moleculen te creëren.
-
Miljarden van deze machines
-
zijn op dit moment in jou aan het werk en
-
kopiëren je DNA met grote getrouwheid.
-
Het is een accurate weergave
-
op ongeveer de juiste snelheid voor wat er in je gebeurt.
-
Foutcorrectie en een heleboel andere dingen heb ik weggelaten.
-
Dit is werk van een aantal jaren geleden.
-
Dank je.
-
Dit is werk van een aantal jaar geleden,
-
maar wat nu komt is heet van de naald.
-
We beginnen weer met DNA.
-
Het zit te wriemelen door de omringende soep van moleculen
-
die ik heb weggelaten, zodat jullie wat kunnen zien.
-
DNA is ongeveer twee nanometer breed,
-
echt heel klein.
-
Maar in elk van je cellen
-
is elke DNA-streng ongeveer 30 tot 40 miljoen nanometer lang.
-
Om het DNA georganiseerd te houden en de toegang tot de genetische code te regelen,
-
zit het rond paarse eiwitten gewonden -
-
of liever gezegd heb ik ze hier paars gelabeld.
-
Het is verpakt en gebundeld.
-
Alles in het gezichtsveld wordt ingenomen door één enkele DNA-streng.
-
Dit enorme DNA-pakket heet een chromosoom.
-
Daar komen we dadelijk op terug.
-
We trekken terug, zoomen uit
-
door een porie van de celkern.
-
Dat is de toegangspoort tot het afgescheiden gedeelte waar alle DNA in zit,
-
namelijk de celkern.
-
Dit gezichtsveld omvat
-
een semester biologie en ik heb zeven minuten.
-
Gaat dat vandaag nog lukken?
-
"Nee", krijg ik te horen, "Nee."
-
Zo ziet een levende cel er uit onder een lichtmicroscoop.
-
Het werd onder time-lapse gefilmd, daarom kan je het zien bewegen.
-
De kernomhulling verdwijnt.
-
Deze worstvormige dingen zijn de chromosomen. Daarop zullen we ons focussen.
-
Ze ondergaan een zeer opvallende beweging
-
gericht op kleine rode vlekjes.
-
Wanneer de cel zich klaar voelt om te gaan,
-
worden de chromosomen van elkaar gescheurd.
-
Een set DNA gaat naar de ene kant,
-
de andere kant krijgt de andere set DNA -
-
identieke kopieën van DNA.
-
Dan splitst de cel in het midden.
-
Nogmaals, op dit moment ondergaan miljarden cellen
-
dit proces nu in je.
-
Nu gaan we even terugspoelen, ons richten op de chromosomen,
-
kijken naar de structuur en die beschrijven.
-
Hier vormt zich de 'evenaar'.
-
De chromosomen stellen zich op.
-
We zonderen een chromosoom af,
-
trekken het eruit en werpen een blik op de structuur.
-
Dit is een van de grootste moleculaire structuren die je kan hebben,
-
voor zover wij dat tot nu toe in ons ontdekt hebben.
-
Dit is één chromosoom.
-
Je hebt twee DNA-strengen per chromosoom.
-
Een daarvan is opgewonden tot een worstje,
-
de andere streng tot een ander worstje.
-
De fijne draden die er aan beide kanten uitsteken,
-
zijn de dynamische steigers van de cel.
-
Ze heten mircrotubuli. Die naam is niet belangrijk.
-
Maar kijk naar het gebied dat ik hier rood heb gemerkt.
-
Het is de schakel
-
tussen de dynamische steigers en de chromosomen.
-
Het speelt duidelijk een centrale rol bij de beweging van de chromosomen.
-
We hebben eigenlijk geen idee hoe die beweging ontstaat.
-
We bestuderen deze kinetische boog
-
nu al meer dan honderd jaar intens
-
en we staan nog maar aan het begin van het begrijpen ervan.
-
Hij is samengesteld uit ongeveer 200 verschillende soorten eiwitten,
-
duizenden eiwitten in totaal.
-
Hij geeft signalen af.
-
Via chemische signalen
-
vertelt hij de rest van de cel wanneer hij klaar is,
-
wanneer hij voelt dat alles is uitgelijnd en klaar om te gaan
-
voor het scheiden van de chromosomen.
-
Hij is in staat om te koppelen aan de groeiende en krimpende microtubuli.
-
Hij is betrokken bij de aanmaak van de microtubuli
-
en hij kan er tijdelijk mee koppelen.
-
Het is ook een systeem dat reageert op een situatie.
-
Het is in staat om te voelen wanneer de cel klaar is,
-
wanneer het chromosoom correct is geplaatst.
-
Hier wordt het groen
-
omdat het voelt dat alles klaar is.
-
Maar kijk: een klein laatste stukje
-
blijft rood.
-
Het wandelt weg langs de microtubuli.
-
Doordat het signaal-omroepsysteem het stopsignaal uitzendt.
-
Daar gaat het. Zo mechanisch gaat dat.
-
Het is een moleculaire klok.
-
Zo gaat dat op moleculaire schaal.
-
Nog wat leuke moleculaire dingen
-
zijn de kinesinen, die oranje dingen.
-
Het zijn kleine moleculaire koeriermoleculen die één kant uitlopen.
-
Hier zijn dyneïnen. Ze verzorgen dat omroepsysteem.
-
Met hun lange 'benen' kunnen ze over obstakels heenstappen enzovoort.
-
Nogmaals, dit is allemaal gestoeld
-
op wetenschappelijk onderzoek.
-
Het probleem is dat we het jullie niet op een andere manier kunnen laten zien.
-
Verkennen aan de grens van de wetenschap,
-
aan de grens van het menselijk begrip
-
is verbluffend.
-
Het ontdekken van deze dingen
-
is zeker een aangename prikkel om wetenschappelijk werk te doen.
-
Maar voor de meeste medische onderzoekers is
-
het ontdekken van deze dingen
-
gewoon een stap op weg naar de grote doelen:
-
ziektes uitroeien,
-
lijden en ellende veroorzaakt door ziekte uitroeien
-
en mensen uit de armoede krijgen.
-
Dank je.
-
(Applaus)