Чудесата на молекулярния свят, анимирано

Някои биологични структури са толкова малки, че учените не могат да ги видят дори и с най-мощните микроскопи. Именно това стимулира креативността на Джанет Иваса, молекулярен аниматор и TED стипендиант. Изследвайте необятните и невиждани молекулярни светове с хипнотизиращите анимации, споделени от нея, които представят как те работят.

Живея в Юта,

място, известно с едни от
най-възхитителните

естествени пейзажи на планетата.

Лесно е да бъдеш завладян
от тези изумителни гледки

и да бъдеш наистина очарован
от тези неземно изглеждащи образувания.

Като учен аз обичам да наблюдавам
естествения свят.

Но като клетъчен биолог

аз се интересувам
от естествения свят

в много по-малък мащаб.

Аз съм молекулярен аниматор
и работя с други изследователи

за създаване на визуализации на молекули,
които са толкова малки,

че по същество са невидими.

Тези молекули са по-малки
от дължината на светлинната вълна,

което означава, че
не можем да ги видим директно,

дори и с най-добрите светлинни микроскопи.

Тогава как създавам визуализации на неща,

които са толкова малки,
че не можем да ги видим?

Учени, като моите сътрудници,

могат да прекарат
цялата си професионална кариера,

опитвайки се да разберат
един молекулярен процес.

За тази цел те провеждат
серия от експерименти,

като всеки един от тях може да ни разкрие
една малка част от пъзела.

Един експеримент може да ни каже
формата на протеина,

друг може да ни разкрие

с кои други протеини си взаимодейства,

а трети да ни каже къде е разположен
в клетката.

Всички тези парчета информация
се използват за създаване на хипотеза;

на история за това как
една молекула може да работи.

Моята работа е да използвам тези идеи
и да ги превърна в анимация.

Това може да бъде сложно,

защото се оказва, че молекулите
могат да бъдат доста буйни.

Но тези анимации могат да бъдат
невероятно полезни за изследователите

да предават своите идеи за това
как тези молекули работят.

Също така те ни позволяват да видим
молекулярния свят

през техните очи.

Бих искала да ви покажа някои анимации,

кратък преглед на онова, което смятам
за природни чудеса

на молекулярния свят.

Първо, това е имунна клетка.

Този вид клетки обхождат
телата ни,

с цел да намерят „нашественици“
като патогенните бактерии.

Това движение се захранва
от един от любимите ми протеини,

наречен актин,

който е част от цитоскелетона.

За разлика от нашите скелети,

актиновите филаменти
непрекъснато се изграждат и разделят.

Актиновият цитоскелетон играе
изключително важна роля в нашите клетки.

Той им позволява да променят формата си,

да се движат, да залепват по повърхности

и да поглъщат бактерии.

Актинът също участва
в различни видове движения.

В мускулните ни клетки актинът образува
тези обикновени нишки,

които изглеждат като тъкани.

Когато мускулите ни се съкращават,
тези нишки се доближават,

и се връщат към първоначалната си позиция,

когато мускулите са отпуснати.

Други части на цитоскелета,
в този случай микротубулите,

са отговорни за транспортирането
на далечни разстояния.

Те могат да бъдат разгледани
като клетъчни пътища,

използвани за преместване на неща
от единия край на клетката до другия.

За разлика от нашите пътища,
микротубилите растат и се свиват;

те се появяват, когато са необходими,

и изчезват, когато вече не са.

Молекулярната версия на полуремаркетата са

протеини, съвсем уместно наречени
моторни протеини,

които могат да се придвижват
по микротубулите

и понякога влачат огромни товари,

като органели, зад себе си.

Този конкретен моторен протеин
се казва динеин

и е известно, че може да работи в групи,

което на мен ми изглежда
като колесница с коне.

Както виждате, клетката е
невероятно променящо се динамично място,

където нещата
се изграждат и разделят непрекъснато.

Но някои от тези структури са

по-трудни за разделяне от други.

Нужни са специални сили,

които да осигурят своевременното разделяне
на тези структури.

Тази работа отчасти се извършва
от протеини като тези.

Тези протеини във формата на понички,

от които има много видове в клетката,

изглежда, че работят,
за да разкъсат структурите

чрез издърпване на отделни протеини
през централен отвор.

Когато тези видове протеини
не работят правилно,

протеините, които трябва да се разделят,

понякога могат да се слеят

и това може да породи
страшни болести като Алцхаймер.

Сега, нека погледнем ядрото,

който съхранява нашия геном
във формата на ДНК.

Във всички наши клетки

ДНК е поддържана и обгрижвана
от разнообразен набор от протеини.

ДНК е навита около протеини,
наречени хистони,

което позволява на клетките да натрупат
огромни количества ДНК в нашето ядро.

Тези механизми се наричат
хроматин-ремоделиращи комплекси

и начинът, по който работят,
е чрез извличане на ДНК

около тези хистони

и позволяват да се появят
нови парчета ДНК.

Тази ДНК по-късно може да бъде
разпозната от други механизми.

В този случай, този голям
молекулярен механизъм

търси сегмент от ДНК,

който му казва, че е в началото на ген.

След като намери сегмента,

той претърпява серия от промени
във формата,

което му позволява да въвежда
други механизми,

и това от своя страна позволява на гена
да се включи или да се транскрибира.

Този процес трябва бъде
много строго регулиран,

защото включването на грешен ген
в неправилен момент,

може да причини катастрофални последствия.

В момента учените могат да използват
протеинови механизми

за редактиране на геноми.

Сигурна съм,
че всички сте чували за CRISPR.

CRISPR използва протеин,
познат като Cas9,

който може да бъде настроен да разпознава
и да отрязва

много специфична секвенция от ДНК.

В този пример

са използвани два Cas9 протеина,
за отрязване на проблемно парче от ДНК.

Например, парче от ген,
което може да породи някое заболяване.

След това се използва
клетъчен механизъм,

който да залепи отново двата края на ДНК.

Като молекулярен аниматор,

едно от най-големите ми предизвикателства
е да визуализирам несигурността.

Всичките анимации, които ви показах,
представляват хипотеза

как моите сътрудници смятат,
че протича един процес,

базирано на най-добрата информация,
която имат.

За много молекулярни процеси

ние все още сме в ранните етапи
на разбиране на нещата

и има още много за учене.

Истината е,

че тези невидими молекулярни светове са
огромни и до голяма степен неизледвани.

За мен тези молекулярни пейзажи

са точно толкова вълнуващи за изследване,
колкото естествения свят,

който е видим около нас.

Благодаря!

(Аплодисменти)