ฉันอาศัยอยู่ที่ยูท่าห์
สถานที่ที่เป็นที่รู้จักกันดีว่า มีทัศนียภาพทางธรรมชาติ
ที่น่าประทับใจที่สุดแห่งหนึ่งของโลก
ทัศนียภาพอันน่าทึ่งเหล่านี้ ทำให้คุณรู้สึกตื้นตันได้ไม่ยาก
และรู้สึกอัศจรรย์ใจไปกับรูปทรงประหลาด ราวกับมาจากต่างดาวเหล่านี้
ในฐานะนักวิทยาศาสตร์ ฉันชอบสังเกตความเป็นไปของธรรมชาติ
แต่ในฐานะนักชีววิทยาด้านเซลล์
ฉันกลับสนใจที่จะทำความเข้าใจโลกธรรมชาติ
ที่มีขนาดเล็กกว่านั้นมากมาก
ฉันเป็นนักสร้างภาพแอนิเมชั่นโมเลกุล ทำงานกับนักวิจัยอื่น ๆ
เพื่อสร้างให้เห็นภาพของโมเลกุลที่แสนจะเล็ก
เรียกได้ว่ามองไม่เห็นเลย
โมเลกุลเหล่านี้เล็กเสียยิ่งกว่าคลื่นของแสง
ซึ่งหมายความว่า เราจะไม่สามารถมองเห็นมันได้ตรง ๆ
แม้จะใช้กล้องจุลทรรศน์แสง ที่ดีที่สุดแล้วก็ตาม
แล้วฉันสร้างภาพของมัน ออกมาให้เห็นได้อย่างไร
หากมันเล็กจนเราไม่สามารถมองเห็นมันได้
นักวิทยาศาสตร์ อย่างเพื่อนร่วมงานของฉัน
สามารถใช้เวลาทั้งชีวิตการทำงานของเขา
ในการทำความเข้าใจกระบวนการของโมเลกุลหนึ่ง
เขาทำได้โดยการทำการทดลองชุดหนึ่ง
ที่แต่ละการทดลองนั้น จะให้คำตอบปริศนาตัวต่อทีละตัว
การทดลองชนิดหนึ่ง ทำให้เรารู้ว่าโปรตีนมีรูปร่างอย่างไร
อีกการทดลองทำให้เรารู้ว่า
โปรตีนอื่นใดบ้างที่มันจะมีปฏิกิริยาด้วย
อีกการทดลองหนึ่งทำให้เรารู้ว่า จะพบโปรตีนนี้ได้ตรงไหนของเซลล์
ส่วนต่าง ๆ ของข้อมูลเหล่านี้ ถูกนำมาปะติดปะต่อเพื่อสร้างสมมติฐาน
หรือเรียกได้ว่าเป็นเรื่องราวว่า โมเลกุลนี้อาจมีการทำงานอย่างนี้
งานของฉันคือการนำเอาไอเดียเหล่านี้ มาสร้างเป็นภาพเคลื่อนไหว
ซึ่งมันค่อนข้างยาก
เพราะมันกลายเป็นว่าโมเลกุลพวกนั้น สามารถทำอะไรประหลาด ๆ ได้
แต่ภาพเคลื่อนไหวเหล่านี้เป็นประโยชน์ ต่อนักวิจัยมากอย่างไม่น่าเชื่อ
มันช่วยสื่อสารความคิดของพวกเขาว่า โมเลกุลทำงานอย่างไร
มันยังช่วยทำให้เราเห็นโลกในระดับโมเลกุล
ผ่านสายตาของนักวิจัยเหล่านั้น
ฉันอยากจะแสดงให้คุณเห็นภาพเคลื่อนไหว
ที่ฉันถือว่าเป็นการท่องไป ในความอัศจรรย์ของโลกแห่งธรรมชาติ
ในระดับโมเลกุลอย่างย่อ ๆ
ภาพแรกเป็นเซลล์ภูมิคุ้มกัน
เซลล์ประเภทนี้ต้องคลานไปทั่วร่างกายของเรา
เพื่อตามล่าผู้บุกรุกอย่างพวกแบคทีเรีย ที่ทำให้เกิดโรค
การเคลื่อนไหวที่ว่ามีโปรตีนตัวโปรดของฉัน เป็นพลังขับเคลื่อน
มันคือแอคติน
ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่เราเรียกว่า โครงร่างของเซลล์
แต่ไม่เหมือนโครงของร่างกายเรา
เส้นใยแอคตินถูกสร้างขึ้น และถูกแกะออกอยู่ตลอดเวลา
เส้นใยโครงร่างแอคตินนี้มีบทบาทสำคัญมาก ในการทำงานของเซลล์ของเรา
มันทำให้เซลล์เปลี่ยนรูปร่างได้
เคลื่อนที่ได้ ไปติดกับพื้นผิวต่าง ๆ ได้
และยังทำให้เซลล์เขมือบแบคทีเรียได้อีก
แอคตินยังมีส่วนในการเคลื่อนไหวใน แบบต่าง ๆ อีกด้วย
ภายในเซลล์กล้ามเนื้อของเรา โครงสร้างแอคติน ประกอบกันเป็นเส้นใยปกติ
ที่ดูคล้ายสิ่งทอ
เมื่อกล้ามเนื้อของเราหดตัว เส้นใยเหล่านี้ดึงเข้าหากัน
และกลับคืนสู่สภาพเดิมในตำแหน่งเดิม
เมื่อกล้ามเนื้อเราคลายตัว
ส่วนอื่น ๆ ของโครงสร้างเซลล์ ในที่นี้ คือ ไมโครทูบูล
ที่มีหน้าที่ขนส่งระยะไกล
อาจกล่าวง่าย ๆ ได้ว่าเป็นทางด่วนระดับเซลล์
ที่ใช้เคลื่อนที่สิ่งต่าง ๆ จากฟากหนึ่งของเซลล์ไปยังอีกฟากหนึ่ง
แต่ไม่เหมือนกับถนนตรงที่ ไมโครทูบูลขยายได้หดได้
ปรากฏตัวขึ้นเมื่อถูกเรียกใช้
และหายตัวไปเมื่องานเสร็จ
รถกึ่งกระบะในระดับโมเลกุล
คือโปรตีนที่มีชื่อสมตัวว่ามอเตอร์โปรตีน
ที่สามารถเดินไปตามไมโครทูบูล
โดยบางทีต้องบรรทุก สิ่งของขนาดใหญ่
อย่างเช่น ออร์แกเนลล์ ตามหลังไปด้วย
มอเตอร์โปรตีนตัวที่ว่านี้เรียกว่า ไดนีน
และเป็นที่รู้กันว่า มันทำงานร่วมกันเป็นกลุ่มได้
ที่สำหรับฉันแล้ว มันดูเหมือนรถม้าศึก
อย่างที่คุณเห็น เซลล์นี้เป็นที่ ที่ เกิดการเปลี่ยนแปลงไม่อยู่นิ่ง
เป็นที่ที่มีการสร้าง และการถอดออกตลอดเวลา
แต่โครงสร้างเหล่านี้บางส่วน
ก็ยากที่จะแกะออกจากกัน
ต้องอาศัยแรงจากภายนอกเข้ามาช่วย
แยกโครงสร้างเหล่านั้นออกให้ทันเวลา
งานดังกล่าวบางส่วนต้องใช้โปรตีนอย่างพวกนี้
โปรตีนรูปร่างโดนัทเหล่านี้
ที่มีอยู่หลากหลายประเภทในเซลล์
ต่างดูเหมือนทำการฉีกโครงสร้างออกจากกัน
โดยการดึงโปรตีนแต่ละตัวผ่านรูตรงกลาง
เมื่อโปรตีนชนิดเหล่านี้ทำงานได้ไม่สมบูรณ์
โปรตีนเหล่านี้ที่จริง ๆ แล้ว ต้องถูกแกะออกมา
บางครั้งกลับเกาะรวมกันเป็นก้อน
และทำให้เกิดโรคร้าย อย่างเช่นอัลไซเมอร์ส
และตอนนี้มาดูนิวเคลียส
ที่หุ้มเป็นที่เก็บจีโนมของเรา ที่อยู่ในรูปของดีเอ็นเอกันเถอะ
ในเซลล์ของเราทั้งหมด
ดีเอ็นเอของเราได้รับการปกป้องดูแล ด้วยชุดโปรตีนที่หลากหลาย
ดีเอ็นเอพันรอบโปรตีนที่เรียกว่าฮีสโทน
ที่ทำให้เซลล์สามารถบรรจุดีเอ็นเอ จำนวนมากลงในนิวเคลียสได้
เครื่องจักรเหล่านี้เรียกว่า โครมาตินรีโมเดลเลอร์
และวิธีการทำงานของพวกมันก็คือ การถีบดีเอ็นเอ
ไปรอบ ๆ ฮีสโทนเหล่านี้
และมันทำให้ดีเอ็นเอใหม่ ๆ เผยตัวออก
พอเครื่องจักรอื่นเห็นดีเอ็นเอนี้
ในกรณีนี้เครื่องจักรระดับโมเลกุล เครื่องใหญ่นี้
กำลังมองหาส่วนของดีเอ็นเอ
ที่บอกมันได้ว่า มันได้มาถึงส่วนต้นของยีนหนึ่งแล้ว
เมื่อมันหาส่วนหนึ่งได้แล้ว
มันก็เริ่มจัดการเปลี่ยนรูปร่าง
ที่ทำให้มันสามารถนำเอา เครื่องจักรอื่นเข้ามา
ซึ่งจะทำให้ยีนตัวหนึ่งถูกเปิดให้ทำงาน หรือถูกถอดรหัสได้
กระบวนการนี้จะต้องถูกควบคุมอย่างเคร่งครัด
เพราะการเปิดการทำงานยีนผิดตัวผิดเวลา
อาจทำให้เกิดความหายนะได้
นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันสามารถใช้ เครื่องโปรตีน
ในการแก้ไขจีโนมได้
ฉันมั่นใจว่าพวกคุณต้องเคย ได้ยินชื่อคริสเปอร์ (CRISPR) มาแล้ว
คริสเปอร์ใช้ประโยชน์จากโปรตีน ที่เรียกว่า Cas9
ที่สามารถนำมาปรับเปลี่ยนให้รู้จักและตัด
ชุดลำดับของดีเอ็นเอที่จำเพาะมาก ๆ
ในตัวอย่างนี้
โปรตีน Cas9 สองตัว กำลังตัดชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่มีปัญหาออก
อย่างเช่น ส่วนหนึ่งของยีน ที่อาจทำให้เกิดโรคร้าย
ต่อมาเครื่องจักรระดับเซลล์ก็จะ
เข้ามาต่อปลายสองข้างของดีเอ็นเอเข้าด้วยกัน
ในฐานะนักทำภาพเคลื่อนไหว
ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของฉัน คือการสร้างภาพของความไม่แน่นอน
ภาพเคลื่อนไหวที่ฉันได้แสดงให้คุณดูไปนั้น นำเสนอสมมติฐานที่ว่า
ผู้ร่วมงานของฉันคิดว่า กระบวนการทำงานอย่างไร
โดยมีพื้นฐานมาจาก ข้อมูลที่ดีที่สุดที่พวกเขามีอยู่
แต่สำหรับหลาย ๆ กระบวนการระดับโมเลกุล
เรายังอยู่ในขั้นต้นของการทำความเข้าใจมัน
ยังมีอีกมากที่ต้องเรียนรู้
ความจริงก็คือ
โลกระดับโมเลกุลนี้ช่างกว้างใหญ่ และมีอีกมากที่ยังไม่มีใครสำรวจ
สำหรับฉัน ภูมิทัศน์ในระดับโมเลกุลเหล่านี้
ช่างน่าตื่นเต้นน่าสำรวจ ไม่ต่างไปจากโลกธรรมชาติ
ที่ตาเรามองเห็นได้รอบตัวเราเลย
ขอบคุณ
(เสียงปรบมือ)