Animaciones para la biología no visible | Drew Berry | TEDxSydney

No tenemos maneras para observar directamente las moléculas y lo que hacen. Drew Berry quiere cambiar eso. Él muestra sus animaciones científicamente precisas además de entretenidas, que ayudan a los investigadores a ver procesos invisibles dentro de nuestras propias células.

Esta charla es de un evento TEDx, organizado de manera independiente a las conferencias TED. Más información en: http://ted.com/tedx

Lo que voy a mostrarles
son las asombrosas máquinas moleculares

que crean la vida tejido del cuerpo.

Las moléculas son realmente
muy diminutas.

Y con diminutas, quiero decir
diminutas de verdad.

Son más pequeñas que
la longitud de una onda de luz,

por eso no tenemos forma
para observarlas directamente.

Pero a través de la ciencia,
tenemos una idea bastante buena

de lo que está pasando
en la escala molecular.

Lo que podemos hacer es
hablar sobre las moléculas,

pero no tenemos una manera directa
de mostrar las moléculas.

Una forma para abordar esto
es hacer dibujos.

Y esta idea no es nada nueva.

Los científicos siempre
han creado imágenes

como parte de su pensamiento
y proceso de descubrimiento.

Dibujan imágenes de lo que están
observando con los ojos,

a través de tecnología
como telescopios y microscopios,

y también sobre lo que piensan
con sus mentes.

Escogí dos ejemplos muy populares
por ser muy conocidos

para expresar la ciencia
a través del arte.

Y empiezo con Galileo,
quien usó el primer telescopio del mundo

para observar la Luna.

Y él transformó
nuestra comprensión de la Luna.

La percepción en el siglo XVII

de la Luna era
una perfecta esfera celestial.

Pero lo que vio Galileo
era un mundo rocoso y estéril,

que expresó
a través de su pintura de acuarela.

Otro científico con ideas muy grandes,

es la superestrella de la biología
Charles Darwin.

Con esta entrada famosa en su cuaderno,

él comienza

en la parte superior izquierda

con, "Creo"

y luego dibuja
el primer árbol de la vida,

que es su percepción
de cómo todas las especies,

todos los seres vivos
en la Tierra están conectados

a través de la historia evolutiva.

El origen de las especies
a través de la selección natural

y divergencia de una población ancestral.

Incluso como científico,

solía ir a conferencias
de biólogos moleculares

y los encuentra
totalmente incomprensibles,

con toda la técnica sofisticada
lenguaje y jerga

que usarían al describir su trabajo,

hasta que me encontré
las obras de David Goodsell,

biólogo molecular en el Instituto Scripps.

Y sus imágenes, todo es preciso
y es todo a escala.

Y su trabajo me iluminó

de cómo es el mundo molecular
dentro de nosotros.

En la esquina superior izquierda,
hay un área amarillo-verde.

Esta es una transección
a través de la sangre.

El área amarillo-verde es el fluido
de sangre, que es agua,

pero también son anticuerpos, azúcares,
hormonas, ese tipo de cosas.

Y la región roja es una rebanada
en un glóbulo rojo.

Y esas moléculas rojas son hemoglobina.

En realidad son rojas;
eso es lo que le da color a la sangre.

Y la hemoglobina actúa
como una esponja molecular

absorbiendo el oxígeno en sus pulmones

para luego llevarlo
a otras partes del cuerpo.

Estaba muy inspirado
por esta imagen hace muchos años,

y me preguntaba si podríamos usar
gráficos por computadora

para representar el mundo molecular.

¿Cómo se vería?

Y así es como realmente comencé.

Vamos a empezar.

Esto es ADN en su clásico
forma de doble hélice.

Y es de cristalografía de rayos X,
y es un modelo exacto de ADN.

Si desenrollamos la doble hélice
y descomprimimos los dos hilos,

se ven estas cosas que parecen dientes.

Esas son las letras del código genético,
los 25 000 genes de tu ADN.

De esto es de lo que típicamente se habla:
el código genético,

de esto están hablando.

Quiero hablar sobre un aspecto diferente
de la ciencia del ADN,

y esa es la naturaleza física del ADN.

Son estos dos hilos
que se ejecutan en direcciones opuestas

por razones en las que no puedo
entrar ahora.

Pero corren físicamente
en direcciones opuestas,

lo que crea una serie de complicaciones
para sus células vivas,

como están a punto de ver,

más particularmente
cuando el ADN está siendo copiado.

Y lo que voy a mostrar

es una representación precisa
de la máquina de replicación de ADN real

eso está ocurriendo en este momento
dentro de su cuerpo,

al menos en la biología de 2002.

Así que el ADN ingresa
a la línea de producción

desde el lado izquierdo,

y llega a esta colección,
estas máquinas bioquímicas en miniatura,

que separan el hilo de ADN
y hacen una copia exacta.

Así que el ADN entra y golpea este azul,
la estructura en forma de rosquilla

y la separa en sus dos hilos.

Un hilo se puede copiar directamente,

y puedes ver estas cosas
enrollando a la parte inferior allí.

Pero las cosas no son tan simples
para el otro hilo

porque debe copiarse hacia atrás.

Es expulsado repetidamente en estos bucles

y copiado una sección a la vez,
creando dos nuevas moléculas de ADN.

Hay miles de millones de esta máquina
ahora trabajando dentro de Uds.,

copiando su ADN con exquisita fidelidad.

Es una representación precisa,

y muestra más o menos la velocidad correcta
de lo que está ocurriendo dentro de Uds.

He omitido la corrección de errores
y un montón de otras cosas.

(Risas)

Este fue un trabajo de hace varios años.

Gracias.

(Aplausos)

Este es un trabajo de hace varios años,

pero lo que mostraré a continuación
es ciencia y tecnología actualizada,

De nuevo, comenzamos con ADN.

Y se mueve allí

en el entorno sopa de moléculas,

que he eliminado
para que puedan ver algo.

El ADN tiene aproximadamente
dos nanómetros de ancho,

que es realmente bastante pequeño.

Pero en cada una de tus celdas,

cada filamento de ADN es de
30 a 40 millones de nanómetros de largo.

Para mantener el ADN organizado
y regular el acceso al código genético,

está envuelto alrededor de estas
proteínas

etiquetado con color púrpura aquí.

Está empaquetado.

Todo este campo de visión
es una sola cadena de ADN.

Este gran paquete de ADN
se llama cromosoma.

Y volveremos a los cromosomas

en un minuto.

Nos estamos extrayendo,
estamos disminuyendo,

a través de un poro nuclear,

que es la puerta de entrada
a este compartimiento

que contiene todo el ADN,
llamado el núcleo.

Todo este campo de visión

es sobre el valor
de la biología de un semestre,

y tengo siete minutos.

¿Y no vamos a ser capaces
de hacer eso hoy?

No, me dicen "no".

(Risas)

Esta es la forma como una célula viviente

mira hacia un microscopio de luz.

Y ha sido filmado en un lapso de tiempo,
por eso puedes verlo en movimiento.

La envoltura nuclear se rompe.

En forma de salchicha son los cromosomas,
y nos enfocaremos en ellos.

Pasan por este movimiento tan llamativo

que se centra en
estos pequeños puntos rojos.

Cuando la célula siente
que está lista para funcionar,

separa el cromosoma.

Un conjunto de ADN va a un lado,

el otro lado se pone
el otro conjunto de ADN,

copias idénticas de ADN.

Y luego la célula se divide en el medio.

Y nuevamente, hay
miles de millones de células

sometidas a este proceso
ahora mismo dentro de Uds.

Vamos a rebobinar
para solo enfocarnos en los cromosomas,

y mirar su estructura y describirla.

Así que de nuevo, aquí estamos
en ese momento ecuador.

Los cromosomas se alinean.

Y si aislamos solo un cromosoma,

vamos a sacarlo y echar
un vistazo a su estructura.

Esta es una de las estructuras
más grandes moleculares que tenemos,

al menos hasta donde
hemos descubierto hasta ahora.

Y este es un solo cromosoma.

Y hay dos hilos de ADN
en cada cromosoma.

Uno está envuelto en una salchicha.

El otro hilo está envuelto
en la otra salchicha.

Estas cosas que parecen bigotes
que sobresalen de cualquier lado

son el andamiaje dinámico de la célula.

Se llaman microtúbulos,
ese nombre no es importante.

Pero nos enfocaremos en la región
etiquetada como roja aquí.

Y es la interfaz entre el andamio dinámico

y los cromosomas.

Es obviamente central
al movimiento de los cromosomas.

No tenemos idea, realmente,

cómo se logra ese movimiento.

Hemos estudiado esto que
se llama cinetocoro

que tiene un bagaje de más de cien años
de intenso estudio,

y todavía estamos por descubrir
de qué se trata.

Se compone de aproximadamente
200 tipos diferentes de proteínas,

miles de proteínas en total.

Es un sistema de transmisión de señales.

Emite a través de señales químicas,

diciéndole al resto de la célula
cuándo está listo,

cuando siente que todo
está alineado y listo

para la separación de los cromosomas.

Es capaz de unirse al crecimiento
y reducción de microtúbulos.

Está involucrado con el crecimiento
de los microtúbulos,

y puede transitoriamente
emparejarse con ellos.

También es un sistema
de sentido de atención.

Puede sentir cuando la célula está lista,

cuando el cromosoma
está correctamente posicionado.

Esta verde aquí porque
se siente que todo está bien.

Y hay una última pequeña parte
la roja.

Y va por los microtúbulos.

Ese es el sistema
de transmisión de señales

enviando la señal de parada.

Y va, quiero decir, es muy mecánico.

Es un aparato de relojería molecular.

Así es como se trabaja a escala molecular.

Y con algo de ojos dulces moleculares,

(Risas)

tenemos kinesinas, las naranjas.

Son pequeños mensajeros moleculares,
moléculas caminando de una manera.

Y aquí está la dineína,
que lleva ese sistema de transmisión.

Y tienen piernas largas

para que puedan dar un paso
sortear obstáculos, etc.

Y, de nuevo, esto se deriva
precisamente de la ciencia.

El problema es que no podemos
mostrarlo de otra manera.

Explorando en la frontera de la ciencia,
en la frontera de la comprensión humana,

es alucinante.

Descubriendo esto

es ciertamente un incentivo placentero
en el trabajo científico.

Pero la mayoría

de los investigadores médicos,

descubren las cosas con pasos

en el camino hacia los grandes objetivos,

que son erradicar enfermedades,
eliminar el sufrimiento y disminuir

la miseria causada por la enfermedad
y sacar a la gente de la pobreza.

Y así con mi tiempo restante,
mis cuatro minutos,

voy a presentar
a una de las más devastadoras

y enfermedades económicamente importantes.

Afecta a cientos de millones
de personas en todo el mundo cada año.

Y otra vez, --sonido, gracias.

Este parásito es un organismo antiguo.

Ha estado con nosotros
desde antes que fuéramos humanos.

Cuenta con famosas víctimas
como Alejandro el Grande,

Genghis Khan

y George Washington.

Este es el cuello de un niño dormido

justo después de que
se haya puesto el sol.

Y es hora de alimentar a los mosquitos.

Es la hora de cenar.

[El ciclo de vida de la Malaria
Hueste Humano]

(Zumbido de mosquitos)

Este mosquito está infectado
con un parásito de la malaria.

Los mosquitos son
generalmente vegetarianos,

beben miel, néctar de rocío,
zumos de frutas, ese tipo de cosas.

Solo una hembra embarazada
picará a humanos

buscando nutrientes de la sangre
para alimentar sus huevos en desarrollo.

Durante la picadura, ella inyecta saliva

para detener la coagulación de la sangre

y para lubricar la herida.

Debido a que está infectada con malaria,

su saliva también contiene
el parásito de la malaria

esto sucede durante la mordida.

El parásito luego sale de la herida
y busca un vaso sanguíneo

y usa el sistema circulatorio

como una autopista masiva
rumbo a su primer objetivo -

el núcleo del cuerpo
sistema de filtro de sangre, el hígado.

En los dos minutos de la mordida,

los parásitos de la malaria
llegan al hígado.

Y al sentir su llegada, se ve
una salida del flujo sanguíneo.

Y aquí es donde la malaria
es particularmente tortuosa

porque usa el mismo tipo de célula inmune

residente en el torrente sanguíneo.

El sistema inmune se supone
que elimina invasores alóctonos

como bacterias y parásitos.

Pero de alguna manera,
no estamos muy seguros de cómo,

la malaria usa una entrada trasera
en el tejido del hígado.

Así que aquí está esa célula inmunológica.

La malaria sale del torrente sanguíneo
e infecta una célula hepática

matando una o más
células hepáticas en su camino.

Esto está dentro un par de minutos
de la picadura del mosquito.

Una vez que se infecta
una célula hepática,

toma cinco o seis días.

Incuba, copia su ADN una y otra vez
creando miles de nuevos parásitos.

Es este retraso de una semana
de haber tenido la picadura del mosquito

antes de que los síntomas
de la malaria comiencen a aparecer.

La malaria también se transforma
su naturaleza física;

se dirige a un nuevo objetivo.

El próximo objetivo
son los glóbulos rojos.

En la parte de su transformación,
la malaria se autoprotege

con una capa de pelos moleculares
que actúa como velcro.

Para pegar glóbulos rojos
a la superficie exterior.

Y luego se reorientan
y penetran dentro del glóbulo rojo.

Esto sucede en 30 segundos
de dejar el hígado.

Esta es un área de intenso estudio.
Si pudiéramos detener este proceso

podríamos crear
una vacuna para la malaria.

Una vez que está dentro del glóbulo rojo,

puede esconderse
del sistema inmune del cuerpo.

Luego, en los próximos días,

devora el contenido de la célula infectada
y crea más parásitos.

También cambia la naturaleza
del glóbulo rojo y lo hace pegajoso

por lo que se pega a las paredes
de los vasos sanguíneos.

Esto le da al parásito suficiente tiempo
para incubar y crecer.

Una vez que esté listo,
luego estalla fuera del glóbulo rojo

propagando la malaria
en todo del torrente sanguíneo.

Las víctimas de malaria sufren fiebre,

mucho sangrado, convulsiones,
daño cerebral y coma.

Innumerables millones de personas
han muerto por ella.

Este año entre 200
y 300 millones de personas

morirán por malaria.

La mayoría de las personas
que mueren a causa de la enfermedad

son mujeres embarazadas
y niños menores de cinco años.

Gracias.

(Aplausos)