Čuda molekularnog svijeta, animinirano

Neke biološke strukture su tako malene da ih znanstvenici ne mogu vidjeti čak ni pomoću snažnih mikroskopa. Tu je gdje molekularna animatorica i TED suradnica Janet Iwasa postaje kreativna. Istražite ogromne, neviđene molekularne svjetove dok ona dijeli očaravajuće animacije koje pretpostavljaju kako bi one mogle raditi.

Živim u Utahu,

mjestu poznatom po nekim
od najčudesnijih

prirodnih krajolika na ovom planetu.

Lako je biti opčinjen ovim
nevjerojatnim pogledima,

a ovi oblici, koji ponekad izgledaju
izvanzemaljski, mogu te stvarno oduševiti.

Kao znanstvenica, volim
promatrati prirodni svijet.

No, kao stanična biologinja,

puno me više zanima
razumijevanje prirodnog svijeta

u mnogo, mnogo manjem opsegu.

Molekularna sam animatorica
te radim s drugim istraživačima

kako bi stvorili vizualne prikaze
molekula koje su toliko male,

da su, u biti, nevidljive.

Te su molekule manje nego
valna duljina svjetlosti,

što znači da ih nikad ne možemo
izravno vidjeti,

čak ni pomoću najboljih
svjetlosnih mikroskopa.

Pa, kako onda radim
vizualne prikaze nečega

što je tako malo da to
ne možemo vidjeti?

Znanstvenici, poput mojih suradnika,

mogu provesti cijele
profesionalne karijere

radeći kako bi razumjeli
jedan molekularni proces.

Kako bi to učinili, izvode
nizove eksperimenata

od kojih nam svaki može otkriti
mali dio slagalice.

Jedan nam eksperiment može reći
nešto o obliku proteina,

dok nam drugi može reći

s kojim drugim proteinima
može uzajamno djelovati,

a treći nam može reći
gdje se on u stanici nalazi.

I svi ovi djelići informacija
mogu se koristiti u stvaranju hipoteze,

priče, u osnovi, o tome
kako bi molekula mogla funkcionirati.

Moj je posao pretvoriti te ideje
u animaciju.

To može biti nezgodno,

jer se ispostavilo da molekule
mogu činiti prilično lude stvari.

No te animacije mogu biti
nevjerojatno korisne istraživačima

kako bi prenijeli svoje ideje
o tome kako te molekule funkcioniraju.

Također nam dopuštaju
da vidimo svijet molekula

kroz njihove oči.

Htjela bih vam pokazati neke animacije,

kratak pregled toga što ja smatram
da su prirodna čuda

molekularnog svijeta.

Kao prvo, ovo je imunološka stanica.

Ove vrste stanica moraju
puzati po našim tijelima

kako bi pronašle napadače
kao što su patogene bakterije.

Ovo kretanje pokreće
jedan od mojih najdražih proteina

nazvan aktin,

koji je dio onoga
što je poznato kao citoskelet.

Za razliku od naših kostura,

filamenti aktina se stalno
izgrađuju i rastavljaju.

Aktinski citoskelet ima nevjerojatno
važne uloge u našim stanicama.

Dopuštaju im da mijenjaju oblik,

kreću se uokolo, prianjaju na površine

i da proždiru bakterije.

Aktin je također uključen
u drugačiji oblik kretanja.

U našim mišićnim stanicama, strukture
aktina tvore ove pravilne filamente

koji nekako izgledaju kao tkanina.

Kad se naši mišići kontrahiraju,
ovi filamenti se skupa povlače

i vraćaju se u prvotni položaj

kad se mišić opusti.

Drugi dijelovi citoskeleta,
u ovom slučaju mikrotubuli,

odgovorni su za daljinski prijenos.

Možemo na njih gledati, u osnovi,
kao stanične autoceste

koje se koriste za pomicanje tvari
s jedne strane stanice na drugu.

Za razliku od naših cesta,
mikrotubuli rastu i smanjuju se,

pojavljuju se kad su potrebni

i nestaju kad je njihov posao završen.

Molekularnu verziju tegljača

čine proteini koji se pogodno
zovu motorički proteini,

koji se mogu kretati uzduž mikrotubula,

vukući ponekad ogroman teret,

poput organela, za sobom.

Ovaj posebni motorički protein
poznat je kao dinein

i poznato je da može
raditi zajedno u skupinama

koje skoro izgledaju, barem meni,
poput kočije konja.

Kao što vidite, stanica je nevjerojatno
promjenjivo, dinamično mjesto,

gdje se tvari stalno
izgrađuju i razgrađuju.

Ali neke od ovih struktura

ipak je teže razgraditi nego ostale.

I potrebno je dovesti posebne snage

kako bi se osiguralo da se strukture
pravodobno razdvoje.

Ovaj posao djelomično odrade
proteini poput ovih.

Ovi proteini, oblika krafne,

kojih ima mnogo vrsta u stanici,

čini se da djeluju
na razdvajanje struktura

tako da u osnovi povlače pojedine
proteine kroz središnju rupu.

Kad ove vrste proteina ne rade ispravno,

vrste proteina koje bi trebalo razdvojiti

ponekad se mogu držati skupa
i nakupljati,

i mogu dati povod strašnim bolestima,
poput Alzheimerove.

I sada pogledajmo jezgru,

koja je dom našem genom u obliku DNA.

U svim našim stanicama,

o našem DNA se brinu i održavaju je
razni setovi proteina.

DNA se namata oko proteina
nazvani histoni,

koji omogućuju stanicama pakiranje
velike količine DNA u našoj jezgri.

Ovi mehanizmi se nazivaju
kromatinskim remodulatorima

i način na koji rade je taj
da u osnovi pomiču DNA

oko tih histona

i dopuštanju novim dijelovima
DNA da budu izloženi.

Ova DNA može biti prepoznata
od strane drugih mehanizama.

U ovom slučaju, ovaj veliki
molekularni mehanizam

traži segment DNA

koji mu govori da je na početku gena.

Jednom kad nađe segment,

u osnovi se podvrgava nizu promjena oblika,

što mu omogućuje da dovede
ostale mehanizme

koji za uzvrat dopuste genu
da se uključi i transkribira.

Ovo mora biti vrlo usko regulirani proces,

jer uključivanje krivog gena
u krivo vrijeme

može imati katastrofalne posljedice.

Znanstvenici sada mogu
koristiti mehanizme proteina

za uređivanje genoma.

Sigurna sam da ste svi čuli za CRISPR.

CRISPR iskorištava protein znan kao Cas9,

koji može biti konstruiran
da prepozna i reže

vrlo specifičan slijed DNA.

U ovom primjeru,

dva Cas9 proteina se koriste
da izrežu problematični dio DNA.

Na primjer, dio gena
koji može dati povod bolesti.

Stanični se mehanizam tada koristi

da u osnovi ponovno
zalijepi dva kraja DNA.

Kao molekularna animatorica,

jedan od mojih najvećih izazova je
vizualizirati neizvjesnost.

Sve animacije koje sam vam pokazala
predstavljaju hipoteze,

kako moji suradnici misle
da proces funkcionira,

na temelju najboljih informacija
koje imaju.

Ali za mnoge molekularne procese,

još smo zapravo u ranim fazama
razumijevanja stvari

i postoji mnogo toga za naučiti.

Istina je

da su ovi nevidljivi molekularni svjetovi
golemi i uglavnom neistraženi.

Za mene, ovi molekularni krajolici

su jednako uzbudljivi za istraživati
kao i prirodni svijet

koji je vidljiv svuda oko nas.

Hvala vam.

(Pljesak)