أقطن في يوتا،
مكان مشهور لما تكسوه أكثر المناظر الطبيعية الساحرة
الموجودة على هذا الكوكب.
من السهل أن يطغى عليك الشعور عند رؤية هذه المشاهد الخلابة،
وتشعر بالذهول بهيئتهم الشبيهة بالفضائيين.
كوني عالمة، أحب التأمل في العالم الطبيعي.
لكن كوني عالمة أحياء خلوية،
فأنا مهتمة كثيرًا بفهم العالم الطبيعي
على نطاق أصغر بكثير.
أنا رسامة رسوم متحركة جزيئية، أعمل مع باحثين آخرين
لخلق صور بيانية للجزيئات المتناهية الصغر،
كونهم غير مرئيين في الأساس.
هذه الجزيئات أصغر من طول موجة الضوء،
يعني ذلك أنه لا يمكننا أبدًا رؤيتهم بشكل مباشر،
حتى بأفضل المجاهر الضوئية،
إذًا كيف أخلق صور بيانية لأمور
متناهية الصغر لا يمكننا رؤيتهم؟
علماء كالمتعاونون معي،
بوسعهم قضاء كامل حياتهم المهنية
للعمل على فهم طبيعة عملية جزيء واحد.
لعمل بذلك، يقومون بسلسلة من التجارب
حيث تخبرنا كل واحدة منها قطعة صغيرة من الأحجية.
بوسع نوع واحد من التجارب أن يخبرنا عن شكل البروتين،
في حين تخبرنا أخرى
عن أية بروتينات أخرى قد تتفاعل مع بعضها،
وبوسع أخرى أن تخبرنا عن مكان وجود البروتينات في خلية.
يمكن الاعتماد على كل هذه البيانات الصغيرة لخلق فرضية،
رواية عن كيفية عمل الجزيء في الأساس.
تتمحور وظيفتي بأخذ هذه الأفكار وترجمتها إلى رسوم متحركة.
يمكن أن يكون ذلك صعبًا،
لأنه اتضح أن بوسع الجزيئات عمل بعض الأمور الجنونية.
لكن يمكن أن تكون هذه الرسوم المتحركة مفيدة للباحثين
لترجمة أفكارهم عن كيفية عمل هذه الجزيئات.
بوسع الرسوم المتحركة أن تكون العيون
التي نرى بها عالم الجزيئات.
أود أن أريكم بعض الرسوم المتحركة،
جولة قصيرة لما أعتبره من بعض العجائب الطبيعة
لعالم الجزيئات.
أولًا، هذه خلية مناعية.
تزحف هذه الأنواع من الخلايا داخل الجسد
للعثور على أجسام دخيلة كالبكتيريا الممرضة.
تستمد هذه الحركة قوتها من إحدى البروتينات التي أحبها
تُدعى أكتين،
التي تشكل جزءًا مما يُعرف بالهيكل الخلوي.
على خلاف الهيكل العظمي،
يتم بناء خيوط الأكتين بشكل مستمر وتفكيكها.
يلعب الهيكل الخلوي للأكتين دورًا هامًا في الخلايا.
يسمح للخلايا أن تغير شكلها،
أن تتحرك وأن تلتصق بالأسطح
وأن تلتهم البكتيريا أيضًا.
ينخرط الأكتين أيضًا في أنواع الحركات مختلفة.
في الخلايا العضلية، تشكل هياكل الأكتين هذه الخيوط المنتظمة
التي تبدو كالقماش بعض الشيء.
تُسحب هذه الخيوط عندما تنقبض العضلات
ويعودون إلى موقعهم الأصلي
عندما تنبسط العضلات.
في هذه الحالة، تتولى الأنابيب الدقيقة في جزء آخر من الهيكل الخلوي
مسؤولية عمليات النقل طويل المدى.
يمكن أن نعتبرها في الأساس كطريق سريع خلوي
الذي يُستخدم لنقل الأشياء من جانب خلية إلى أخرى.
بخلاف شوارعنا، تكبر الأنابيب الدقيقة وتتقلص،
تظهر عند الحاجة
وتختفي عند انتهاء وظيفتها.
نسخة الجزيئات من نصف الشاحنات
هي بروتينات تُسمى بروتينات محرّكة،
التي بوسعها السير على طول الأنابيب الدقيقة،
تجّر خلفها حمولات ضخمة،
مثل العضيات.
هذا البروتين الحركي يُعرف بالدينين،
والمعروف بالقدرة على العمل معًا في مجموعات
الذي يبدو لي أنه يشبه تقريبًا عربة الأحصنة.
كما ترون، فالخلية مكان متغير ومفعم بالحياة،
مكان يجري فيه بناء أشياء وتفككها.
لكن بعض هذه التركيبات
أصعب في تفككها من الأخريات، مع ذلك.
وبحاجة لينتج عنها قوة خاصة
حتى نتأكد من أنه يتم تفكيك تلك التركيبات في وقت مناسب.
تتُم تلك الوظيفة جزئياً بواسطة بروتينات كهذه،
هذه البروتينات الشبيهة بالدونات
التي توجد منها عدة أنواع في الخلية،
تعمل جميعًا على تمزيق التركيبات
في الأساس عبر سحب البروتينات الفردية خلال حفرة مركزية.
عندما لا تؤدي أنواع من البروتينات وظيفتها بشكل جيد،
أنواع البروتينات التي من المفترض لها أن تتفكك
بوسعها أن تلتحم معًا وتتكدس
وتفضي إلى أمراض مزمنة، مثل الزهايمر.
أما الآن فلنقي نظرة على نواة الخلية،
التي تسكن الجينوم خاصتنا في شكل الحمض النووي.
في جميع خلايانا،
يحظى الحمض النووي بالرعاية من قبل مجموعة متنوعة من البروتينات.
فالحمض النووي ملفوف حول بروتينات تُدعى الهستونات،
التي تتيح للخلايا بتراكم كمية كبيرة من الحمض النووي في النواة.
تُدعى هذه الآليات بمشكّلات الكروماتين،
والطريقة التي يعملون بها هي إطلاق الحمض النووي بسرعة
في هذه الهستونات
وبالتالي تتعرض أجزاء جديدة من الحمض النووي للكشف.
بوسع آليات أخرى عنذئد أن تتعرف على الحمض النووي.
في هذه الحالة، تبحث هذه الآلة الجزيئية الضخمة
عن قسم للحمض النووي
ويخبره أنه في بداية الجين.
بمجرد أن يجد الحمض النووي جزءه،
يخضع أساسًا إلى سلسلة من التغيرات في الشكل
التي تتيح له أن ينتج عنه آليات أخرى
التي تسمح للجين في المقابل أن ينشط أو يُنسخ.
هذه العملية محكمة التنظيم،
لأن تنشيط جين خاطيء في توقيت خاطيء
ينجم عنه عواقب وخيمة.
بوسع العلماء الآن الاعتماد على آليات البروتين
لتعديل الجينومات.
أنا متأكدة أنكم جميعًا سمعتم بـ كريسبر.
ينتفع كريسبر من بروتين معروف بـ كاس9،
الذي يمكن هندسته لتتعرف على وتقطع
سلسلة معينة من الحمض النووي.
في هذا المثال،
يجري استخدام بروتينان من كاس9 لإزالة قطعة الحمض النووي المسببة للمشاكل.
مثلًا، قد يتسبب جزء من جين في مرض.
تُستخدم حينها الآلية الخلوية
لتُلصق طرفي الحمض النووي ببعضهما مجددًا.
كوني رسامة رسوم جزيئية،
إحدى أكبر تحدياتي تكمن في تصور الغموض.
كل الرسوم المتحركة التي شاهدتموها تصور فرضيات،
كيف يفكر المتعاونون معي بسير العملية،
بناءً على أفضل المعلومات التي بحوزتهم.
لكن بالنسبة للعديد من العمليات الجزيئية،
نحن لا نزال في مرحلة مبكرة جدًا لفهم هذه الأمور،
وهنالك المزيد لتعلمه.
تظل حقيقة
أن هذه العوالم الجزيئية الخفية فسيحة ومبهمة.
من منظوري، هذه المناظر الطبيعية الجزيئية
ملهمة ليتم استكشافها تمامًا كالعالم الطبيعي
الذي يلوح كله أمام نظرنا.
شكرًا لكم.
(تصفيق)