Animations of unseeable biology

Det jag ska visa er

är de häpnadsväckande molekylära maskiner

som skapar vår kropps levande struktur.

Molekyler är ju riktigt, riktigt små.

Och med små,

menar jag riktigt små.

De är mindre än en våglängd av ljus,

så vi har inget sätt att observera dem direkt.

Men genom vetenskapen har vi ändå en ganska god uppfattning

om vad som sker nere på den molekylära nivån.

Så vad vi kan göra är att faktiskt berätta för er om molekylerna,

men vi har egentligen inte någon direkt metod för att visa er molekylerna.

Ett sätt runt detta är att rita bilder.

Och denna idén är faktiskt inte något nytt.

Vetenskapsmän har alltid skapat bilder

som en del av deras tänkande och upptäcktsprocesser.

De ritar bilder av det som de observerar med sina ögon,

genom teknologi såsom teleskop och mikroskop,

och även vad de tänker på i sina sinnen.

Jag valde två välkända exempel,

därför att de är välkända för att uttrycka vetenskap genom konsten.

Och jag börjar med Galileo

som använde världens första teleskop

för att se på månen.

Och han förvandlade vår förståelse av månen.

Uppfattningen på 1600-talet

var att månen var en perfekt himlasfär.

Med det Galileo såg var en stenig, karg värld,

som han uttryckte i sina akvareller.

En annan vetenskapsman med väldigt stora idéer,

biologins superstjärna, är Charles Darwin.

Och med denna kända noteringen i sin anteckningsbok

börjar han i övre vänstra hörnet med, "Jag tror,"

och sedan skissar han fram det första livets träd,

som är hans uppfattning

av hur alla arter, allt levande på jorden,

förenas genom evolutionens historia --

arternas ursprung genom naturligt urval

och förändringar från en urgammal population.

Till och med som vetenskapsman

brukade jag gå på föreläsningar med molekylärbiologer

och finna dem komplett obegripliga,

med allt det fina språket och jargongen

som de använde när de beskrev sitt arbete,

tills jag mötte David Goodsells konstverk,

som är molekylärbiolog på Scripps-institutet.

Och hans bilder,

allting är korrekt och skalenligt.

Och hans arbete fick mig att förstå

hur den molekylära världen inom oss ser ut.

Så detta är ett tvärsnitt genom blod.

I det övre vänstra hörnen finns det här gul-gröna området.

Det gul-gröna området är blodets vätska, som är mest vatten,

men det är också antikroppar, sockerarter,

hormoner, den sortens saker.

Och det röda området är ett snitt in i en röd blodkropp.

Och de röda molekylerna är hemoglobin.

De är verkligen röda; det är det som ger blodet dess färg.

Och hemoglobinet fungerar som en molekylär svamp

för att suga upp syret i lungorna

och sedan transportera det till andra delar av kroppen.

Jag inspirerades väldigt av denna bilden för många år sedan,

och jag undrade om vi skulle kunna använda datorgrafik

för att avbilda den molekylära världen.

Hur skulle det se ut?

Och det är så jag verkligen började. Så låt oss börja.

Detta är DNA med sin klassiska dubbelspiralform.

Och det kommer från röntgenkristallografi,

så det är en korrekt modell av DNA.

Om vi rätar ut spiralen och drar isär de två strängarna,

ser man de här sakerna som liknar tänder.

Detta är den genetiska kodens bokstäver,

de 25.000 gener man har inskrivna i sitt DNA.

Detta är vad de typiskt handlar om --

den genetiska koden -- detta är vad de handlar om.

Men jag vill tala om en annan aspekt av DNA-vetenskapen,

och det är DNA:s fysiska struktur.

Det är dessa två strängar som går i motsatta riktningar

av skäl som jag inte kan gå in på nu.

Men de går bokstavligen i motsatta riktningar,

vilket skapar ett antal komplikationer för våra levande celler,

som ni ska få se nu,

allra mest när DNA kopieras.

Så det som jag nu ska visa er

är en korrekt avbildning

av den verkliga kopiatorn för DNA som sker just nu inne i din kropp,

åtminstone 2002-biologi.

Så DNA kommer in i produktionslinan från den vänstra sidan,

och den stöter på denna ansamling, dessa biokemiska maskiner i miniatyr,

som drar isär DNA-strängen och gör en exakt kopia.

Så DNA kommer in

och stöter på denna blå, munk-liknande strukturen

och den dras sönder till två strängar.

En sträng kan kopieras direkt,

och man kan se de här sakerna som slungas nedåt där.

Men det är inte så lätt för den andra strängen

för den måste kopieras baklänges.

Så den kastas ut gång på gång i dessa öglor

och kopieras en del åt gången,

så att det bildas två nya DNA-molekyler.

Det är så att vi har miljarder sådana maskiner

som just nu arbetar inom oss,

och kopierar DNA med utsökt noggrannhet.

Det är en korrekt avbildning,

och det går i stort sett i korrekt hastighet jämfört med det som händer inom oss.

Jag har utelämnat felkorrigering och en massa andra saker.

Detta var något jag arbetade med för flera år sedan.

Tack.

Detta var något jag arbetade med för flera år sedan,

men det jag nu ska visa er är uppdaterad vetenskap, uppdaterad teknologi.

Så återigen börjar vi med DNA.

Och de böljar fram och tillbaka på grund av den omgivande soppan av molekyler,

som jag har tagit bort för att ni ska kunna se något.

DNA är ungefär två nanometer långt,

vilket är riktigt litet.

Men i var och en av våra celler,

är varje DNA-sträng ungefär 30 till 40 miljoner nanometer lång.

Så för att hålla ordning på DNA och reglera tillgången till den genetiska koden,

så är den lindad kring dessa lila proteinet --

jag har betecknat dem som lila här.

Det paketeras och läggs på plats.

I synfältet finns nu en enstaka DNA-sträng.

Det här stora DNA-paketet kallas en kromosom.

Och vi kommer tillbaka till kromosomer om en liten stund.

Vi rör oss baklänges, vi zoomar ut,

ut genom en kärnpor,

som är öppningen till denna avdelning som innehåller allt det DNA

som kallas kärnan.

Allt som syns nu

är ungefär en termins biologistudier, och jag har sju minuter.

Så vi kan inte gå igenom allt det idag?

Nej, jag får veta att det är, "Nej."

Så här ser levande celler ut i ett ljusmikroskop.

Och det har filmats under ett tidsintervall, vilket är anledningen att man kan se det röra sig.

Kärnans hölje bryts ned.

Dessa korvliknande föremål är kromosomerna, och vi ska fokusera på dem.

De genomgår denna mycket slående rörelse

som är fokuserad på de här små röda prickarna.

När cellen känner att den är redo för det,

sliter den sönder kromosomen.

En uppsättning DNA går till ena sidan,

den andra sidan får den andra DNA-uppsättningen --

identiska kopior av DNA.

Och sedan delar sig cellen genom mitten.

Och återigen så har vi miljarder celler

som genomgår denna process just nu inom oss.

Nu ska vi spola tillbaka och bara fokusera på kromosomerna

och se på dess struktur och beskriva den.

Så återigen är vi nu vid det speciella ögonblicket.

Kromosomerna radar upp sig.

Och om vi isolerar bara en kromosom,

vi tar ut den och tittar närmare på dess struktur.

Så detta är en av de största molekylära strukturer som vi har,

åtminstone som vi hittills upptäckt inom oss.

Så detta är en enskild kromosom.

Och vi har två DNA-strängar i varje kromosom.

En är innesluten i en korv.

Den andra strängen är innesluten i den andra korven.

De här sakerna som ser ut som morrhår som sticker ut från vardera sidan

är cellens dynamiska byggnadsställning.

De kallas mikrotubuler. Det namnet är inte viktigt.

Men det vi ska fokusera på är det här röda området -- jag har betecknat det som rött här --

och det är gränssnittet

mellan den dynamiska byggnadsställningen och kromosomerna.

Det är uppenbarligen av central betydelse för kromosomernas rörelser.

Vi har ingen aning om hur den åstadkommer den rörelsen.

Vi har studerat detta som man kallar kinetisk orb

under mer än hundra år av intensivt studium,

och vi håller fortfarande bara på att börja upptäcka vad det handlar om.

Det består av ungefär 200 olika sorters proteiner,

tusentals proteiner totalt.

Det är ett system för att sända signaler.

Det sänder genom kemiska signaler

som säger till resten av cellen när den är redo,

när den känner att allt är rätt uppställt och klart att startas

för att kromosomerna ska separeras.

Den kan ansluta sig till de växande och krympande mikrotubulerna.

Den är inblandad i mikrotubulernas tillväxt,

och den kan kortvarigt ansluta sig till dem.

Det är också ett system som känner av uppmärksamhet.

Den kan också känna när cellen är redo,

när kromosomerna är korrekt placerade.

Den blir grön här

för den känner att allt är precis rätt.

Och ni ska få se, det finns en sista liten bit

som fortfarande är röd.

Och den promenerade iväg nedför mikrotubulerna.

Det är signalsändingssystemet som sänder ut en stopp-signal.

Och den gick iväg. Jag menar verkligen att den är så mekanisk.

Det är ett molekylärt urverk.

Det är så man arbetar på den molekylära skalan.

Så med en liten smula molekylärt ögongodis,

har vi kinesin-proteiner, som är de orange sakerna.

De är små molekylära kurirmolekyler som går på ett håll.

Och här är dynein-proteiner. De bär signalsändningssystemet.

Och de har sina långa ben så de kan kliva runt hinder och så vidare.

Så återigen, allt detta är härlett korrekt

från vetenskapen.

Problemet är att vi kan inte visa er det på något annat sätt.

Att utforska vid vetenskapens yttre gräns,

vid gränslinjen för mänsklig förståelse,

är helt fantastiskt.

Att upptäcka de här sakerna

är definitivt ett nöjesbetonat incitament för att arbeta med vetenskap.

Men de flesta medicinforskare --

som upptäcker dessa saker

är helt enkelt steg längs vägen till de stora målen,

vilket är att utrota sjukdomar,

att eliminera det lidande och den misär som sjukdomar orsakar

och att lyfta människor upp ur fattigdom.

Tack.

(Applåd)