Анимация невидимой биологии

У нас нет возможности напрямую увидеть молекулы и то, что они делают. Дрю Берри хочет это изменить. На конференции TEDxSydney он показывает свою научно достоверную и вместе с тем увлекательную анимацию, которая помогает учёным визуализировать невидимые процессы внутри наших клеток.

Я хочу показать вам

удивительные молекулярные устройства,

которые создают живые ткани вашего тела.

Молекулы крохотны.

И говоря «крохотны»,

я говорю об очень и очень маленьких величинах.

Они меньше, чем длина волны света,

поэтому у нас нет возможности напрямую их увидеть.

C помощью науки мы хорошо представляем то,

что происходит на молекулярном уровне.

Но всё, что мы можем сделать, это рассказать о молекулах,

потому что у нас нет способа показать их.

Один из способов это сделать — изобразить их на рисунке.

И в этой идее, на самом деле, нет ничего нового.

Учёные всегда рисовали

в процессе обдумывания или открытия.

Они рисовали картинки того, что они наблюдают своими глазами,

с помощью технологий, будь то телескоп или микроскоп,

а также того, о чем они думают.

Я выбрал два хорошо известных примера,

потому что они широко известны как изображение науки через искусство.

И я начну с Галилео,

который использовал первый в мире телескоп,

чтобы увидеть Луну.

Он изменил наше понимание Луны.

В 17 веке полагали, что Луна —

идеальное небесное тело.

Но Галилео увидел каменистый, бесплодный мир,

который он и передал в своём акварельном рисунке.

Другой учёный, основоположник великих идей,

звезда биологии — Чарльз Дарвин.

Свою знаменитую запись в блокноте

он начинает с фразы «Я думаю» в верхнем левом углу,

а затем рисует первое древо жизни,

которое является его пониманием того,

как все виды, всё живущее на земле,

связаны историей эволюции —

происхождение видов путём естественного отбора

и расхождение в развитии со своими предками.

Став учёным,

я нередко посещал лекции молекулярных биологов

и они казались мне совершенно непонятными,

ведь для описания исследований использовался

сложный технический язык и жаргон,

до тех пор пока я не встретил работы Дэвида Гудсела,

молекулярного биолога в институте Скрипс.

И его картины,

где всё точно и вымерено.

Его работы пролили свет на то,

как выглядит молекулярный мир внутри нас.

Вот поперечное сечение крови.

В верхнем левом углу вы видите жёлто-зелёную зону.

Жёлто-зелёная зона — плазма крови, которая состоит в основном из воды,

а также антител, сахара,

гормонов, и тому подобного.

Красная зона — слой красных кровяных клеток.

А вот эти красные молекулы — гемоглобин.

Они на самом деле красные, именно они придают крови цвет.

А гемоглобин играет роль молекулярной губки,

он впитывает кислород в лёгких,

и переносит его другим частям тела.

Много лет назад я был очень вдохновлён этим рисунком,

и спрашивал себя, можно ли использовать компьютерную графику

для воспроизведения молекулярного мира.

Как он будет выглядеть?

И вот с этого всё и началось. Давайте начнём.

Это ДНК в своей классической форме из двух спиралей.

Она воспроизведена с помощью рентгеновской кристаллографии

и является точной моделью ДНК.

Если мы раскрутим двойную спираль и разъединим две цепи,

вы увидите, что они похожи на зубы.

Это буквы генетического кода,

25 000 генов, входящих в ДНК.

Вот о чем обычно говорят —

генетический код — именно об этом говорят.

Но я хочу поговорить о другом аспекте науки о ДНК

и это физическая сущность ДНК.

Это две цепи, которые движутся в противоположные стороны,

по причинам, в которые я не буду сейчас углубляться.

Но они физически движутся в противоположных направлениях,

что добавляет много сложностей живым клеткам,

в чем вы сейчас убедитесь,

а особенно при репликации ДНК.

Я вам сейчас покажу

точное воспроизведение

настоящего репликационного устройства ДНК, которое сейчас работает внутри вашего тела,

по крайней мере, согласно нашему пониманию в 2002-м.

ДНК вступает на производственную линию с левой стороны

и сталкивается с этой коллекцией маленьких биохимических устройств,

которые разрывают цепь ДНК и производят её точную копию.

Итак, ДНК входит, сталкивается

с голубой частицей в виде бублика

и разрывается на две цепи.

Одна цепь может быть скопирована напрямую,

и вы можете видеть, как эти частицы отсоединяются внизу.

Но для другой полосы всё не так просто,

потому что её нужно копировать в обратном направлении.

Поэтому она несколько раз попадает в эти петли

и копируется по одной секции за раз,

создавая две новых молекулы ДНК.

Представьте, сейчас внутри вас

работают миллиарды таких устройств,

копируя вашу ДНК с высокой точностью.

Это реалистичное воспроизведение

и с практически той же скоростью, как и внутри вас.

Я пропущу коррекцию ошибок и некоторые другие вещи.

Эта работа была сделана несколько лет назад.

Спасибо.

Эта работа была сделана несколько лет назад,

а то, что я покажу вам дальше, это современная наука, современные технологии.

Итак, мы снова начинаем с ДНК.

И она крутится и вертится из-за окружающего её молекулярного супа,

который я убрал, чтобы вы смогли что-то увидеть.

Ширина ДНК около двух нанометров,

то есть на самом деле она очень маленькая.

Но в каждой из ваших клеток,

каждая цепь ДНК составляет от 30 до 40 миллионов нанометров в длину.

Поэтому для того, чтобы сохранять организацию ДНК и регулировать доступ к генетическому коду,

она обвивает вот эти фиолетовые протеины —

я выделил их фиолетовым цветом.

Она упакована и связана.

Всё, что вы видите — это одна цепь ДНК.

Вот эта большая упаковка ДНК называется хромосомой.

И мы вернёмся к хромосомам через минуту.

Мы вырываем, увеличиваем,

выводим через ядерную пору,

которая является выходом в это отделение, где хранятся все ДНК,

и которое называется ядро.

Всё, что вы здесь видите,

это целый курс биологии, а у меня — 7 минут.

Значит, у нас не получится заняться этим сегодня?

Нет, мне говорят «Нет».

Вот так выглядит живая клетка под микроскопом.

Это было снято замедленной съёмкой, поэтому вы можете видеть, как все движется.

Ядерная оболочка разрывается.

Вот эти частицы в форме сосисок — хромосомы, на них мы и обратим наше внимание.

Они совершают поразительные движения,

которые сфокусированы на этих маленьких красных точках.

Когда клетка чувствует, что она готова отделиться,

она разрывает хромосому на две части.

Один набор ДНК отходит в одну сторону,

другой стороне достаётся другой набор ДНК,

идентичные копии ДНК.

И затем клетка разрывается в середине.

И повторю снова, внутри вас прямо сейчас

миллиарды клеток проходят через этот процесс.

Сейчас мы вернёмся назад и обратим внимание на хромосомы,

посмотрим на их структуру и опишем её.

Мы наблюдаем переломный момент.

Хромосомы выстраиваются в линию.

Давайте отделим одну хромосому,

мы её выделим и посмотрим на её структуру.

Итак, вот это одна из самых больших молекулярных структур, которые у нас есть,

по крайней мере, на настоящий момент исследований.

Вот это одна хромосома.

В одной хромосоме у вас есть 2 цепи ДНК.

Одна закручена в одну сосиску.

Другая цепь закручена в другую сосиску.

Вот эти частицы, которые похожи на усы, торчащие с обеих сторон,

это движущаяся подложка клетки.

Они называются микротрубочками. Это название не важно.

Обратите внимание на эту красную зону —

это взаимодействие

между динамической подложкой и хромосомами.

Это важное место для движения хромосом.

На самом деле мы не знаем, каким образом получается это движение.

Мы изучаем это явление, которое называется кинетохор,

на протяжении ста лет, с проведением серьёзных исследований

и мы только начинаем понимать, как всё происходит.

Она состоит из около 200 различных видов протеинов,

тысячи протеинов в сумме.

Это одна сигнальная широковещательная система.

Она вещает с помощью химических сигналов,

сообщая остальным элементам клетки, когда она готова,

когда она чувствует, что всё согласовано и готово

к отделению от хромосомы.

Она способна объединиться с растущими и уменьшающимися микротрубочками.

Она связана с увеличением микротрубочек,

и может ненадолго с ними объединяться.

Это также сенсорная система готовности.

Она может чувствовать, когда клетка готова отсоединиться

и когда хромосома расположена правильно.

Здесь она становится зелёной,

потому что она чувствует, что все идёт правильно.

Посмотрите, здесь одна частица

все ещё красная.

Она уходит вдоль по микротрубочке.

Это сигнальная широковещательная система посылает сигнал остановки.

Вот он ушёл. Смотрите, это сплошная механика.

Это молекулярный часовой механизм.

Вот как вы работаете на молекулярном уровне.

А вот эти красивые частицы молекулярного мира,

это кинезины, здесь они оранжевые.

Это маленькие молекулярные курьеры, движущиеся в одном направлении.

Вот это динеин. Они поддерживают широковещательную систему.

И у них длинные ноги, чтобы преодолевать помехи.

Повторю ещё раз, что всё это

воспроизведено точно, согласно науке.

Проблема в том, что мы не можем это показать никак иначе.

Исследования на острие науки,

на границе человеческого понимания —

это сногсшибательно.

Открытие таких явлений, на самом деле,

хорошая причина чтобы работать в науке.

Но большинство медицинских исследований…

Открытие таких явлений —

это просто маленькие шаги по дороге к большим целям:

избавится от болезней,

устранить страдания и бедствия, которые порождаются заболеваниями

и вытащить людей из нищеты.

Спасибо.

(Аплодисменты)