Животът, случващ се в клетките ти, разкрит в 3D.

За да можеш да разбереш как работи животът, трябва да го видиш в действие , казва специалистът по био образна диагностика Гокул Упадхиайула. Водейки ни надолу на клетъчно ниво, той споделя работата зад най-новите микорскопи, които улавят и запазват в три измерения сложните поведения на организмите -- от инфекциозните ракови клетки до пълзящите клетки на имунната система -- и това, което те разкриват за динамиката в биологията. Гледай как животът се разкрива пред очите ти в невероятните визуализации в този разговор.

Да се опитваме да разберем живота
без да го виждаме ясно

е като извънземно да се опитва да разбере
правилата на една футболна игра

само от гледане на няколко снимки.

Ние можем да разберем много
от тези снимки.

Например, има играч във и извън игрището.

Има група.

Има дори мажоретки, които
много се забавляват, докато гледат играта.

И разбира се, въпреки научаването
на цялата тази информация

от гледане на тези снимки,

ние все още не можем да свържем
правилата на играта.

За тази цел

ще трябва реално да гледаме
играта в действие.

Много от това, което знаем за живота
и как той работи

идва от гледането на тези "снимки''.

Учените са успели да разберат много
от гледането на подобни снимки,

но в края на краищата, за да могат
да разберат как работи животът,

трябва наистина да го гледат в действие.

И това, в основата си, е
където животът се случва

е да се опитаме да разберем как
работи фундаменталната му единица.

И за да сме способни да гледаме това,

трябва да сме способни
да разбираме как е животът.

В сравнение с тази мравка

една човешка клетка е стотици милиони
пъти по-малка по размери.

Виждате ли клетката точно до мравката?

Тя е точно там.

За да можем да видим тази клетка,

трябва да направим невидимото видимо,

а това правим като построим микроскопи.

Не тези микроскопи:

тези, които строим,
приличат на нещо подобно.

Помага и това, че аз съм
част от папараците - е, донякъде.

Вместо да правя снимки на хора,

аз съм по-скоро заинтересуван от
снимането на известни клетки.

Е, моята собствена
кариера до този момент

е доста лъкатушеща,

започвайки с първата ми страст
още като дете и досега с компютрите,

която направи остър завой,
обръщайки се към инженерството,

и в последно време,

много остро пренасочване към
опитването да разбера клетъчната биология.

Сега, това е точно тази
интердисциплинарност,

която ме доведе докъдето съм днес.

Способен съм да правя
тези многодисциплинарни проучвания

с една единствена цел.

И идеята е да можем да напреднем
в иновациите и откритията

като обединим всички парчета
от тези различни дисциплини,

за да можем да работим заедно
и да решим проблемите,

които не можем поотделно.

Ние се интересуваме от клетката.

Клетката... Какво е това?

Ами, това е фундаменталната
единица на живота.

По-просто казано, това е просто торба.

Това е торба с трилиони
неорганични молекули,

било то белтъци, въглехидрати,
липиди или мазнини.

И се оказва, че през
последния половин век

молекулярните биолози и биохимиците
са се опитвали

да намерят начин тези белтъци да засияят.

Те светят точно като светулки.

Така, хората, правещи микроскопи
са успели да направят

все по-добри и по-добри инструменти,

за да могат да хванат светлината,
излъчвана от тези молекули

и информатиците и математиците
са могли да разберат

сигналите, които са били записвани
от камерите.

И чрез събирането
на всички тези неща заедно

ние реално ще можем да разберем
организацията на тези молекули

вътре в клетката,

ще разберем как това се променя с времето

и това е основата на нещото,
от което се интересуваме -

да разберем живота в неговата същност.

Така започнахме от това
да си представяме живота,

което е по принцип разделено
в две измерения,

и стигнахме до това да виждаме
живота в три измерения.

Но как можем да превърнем
едно изображение от 2- в 3D?

Ами, оказва се, че е доста лесно.

Просто събираме серия от
двуизмерни изображения,

докато движим пробата нагоре и надолу

и после закачаме изображенията
едно върху друго

и създаваме триизмерен обем.

Проблемът с този метод е,
че традиционните микроскопи

отделят прекалено много енергия
в тази система.

Това означава, че тази клетка,
която виждате ето там

Тя изпитва много високи дози токсичност

и това е проблем.

Нека го обясня малко по-добре.

Например,

нека кажем, че на тази планета животът
се е развил само под едно слънце, нали?

Сега, нека кажем, че искам да гледам
пазаруващите хора на тази улица,

за да разбера навиците им на пазаруване:

колко дълго се бавят пред витрините,

през колко магазина минават

и колко дълго време прекарват
във всеки един магазин.

И ако стоях в кафене и
просто наблюдавах хората,

много от тях дори не биха забелязали,
че ги гледам.

Сега, какво ако изеднъж

аз блестях с еквивалента на това
което е, да кажем,

светлината от около пет,
или, да кажем, десет слънца?

Те биха ли се държали
по същия нормален начин?

Биха ли се бавили навън за същото време?

Наистина ли мога да вярвам, че
тяхното поведение изобщо не се е променило

като последствие от това, че са изложени
на толкова светлина.

Не.

Повечето микроскопи в днешно време

и традиционни микроскопи

са способни да светят между 10 и
10 000 пъти слънчевата светлина,

на която ние сме изложени тук,
на тази планета, където животът

реално се е развил.
И заради това

се оказва, че аз съм част от
тези клетъчни папараци

и затова трябва да сме много внимателни
с това колко светлина

в действителност влагаме в клетката.

В противен случай, може да се окажем
с изпържена клетка

И се оказва,

че няма нищо естествено в това
да се опитваме да гледаме разрушена клетка,

чието поведение
е било значително променено.

Е, нека вземем тази клетка за пример.

Тя е поставена на парче метал.

Виждате ли петната навсякъде?

Тези петънца представляват
молекулярни машини,

които се събират на
повърхността на клетката

така, че могат да захранват клетката
с храна отвън.

Лабораторията ни използва решетъчна
светлинна микроскопия,

което генерира много тънък лъч светлина

като отделя внимание
да не увреди клетката,

или да не вложи прекалено много
светлина в системата.

И когато правим това,

ние сме способни да гледаме динамиката
на тези процеси за много по-дълго

без наистина да стресираме тези клетки.

Използвали сме тези техники
с микроскопите и тези "уреди",

за да можем да разберем как
вирусите инфектират клетките.

В този пример сме изложили клетка
на ротавирус.

Това е изключително заразен патоген, убиващ
повече от 200000 души всяка година

И гледайки тези молекули,
тези вирусни частици,

как те се разпространяват
на повърхността на клетката,

можем реално да разберем правилата,
по които играем.

И когато разберем тези правила,

можем да започнем да ги надхитряваме,

без значение дали през
интелигентна фармакотерапия,

за да можем да смекчим, да се справим
или дори предотвратим вируса

от това да влиза в клетката още по начало.

Сега сме направили невидимото видимо,

но въпросът си остава:

Кога можем да вярваме на това,
което виждаме?

Всичко, което съм ви показал
до този момент

е било клетка, която е била държана
затворник на парче стъкло от блюдо на Петри

Е, оказва се, че клетките наистина не са
се развили на парче стъкло. Нали?

Не са се развили в изолация,

и не са еволюирали извън
физиологичния контекст.

За да може да се разбере естественото
поведение на клетките,

ние трябва да можем да ги гледаме
в действие в истинския им хабитат.

Та, нека да видим тази сложна система

Това е развиващ се зародиш на риба данио,

в която гледате клетки,
които се самоорганизират,

за да формират тъкани, които пък
да формират системи.

И когато гледаме пак филма, ще видите,
че след 20 часа

започват да се формират опашката
и очите на рибата.

Сега, можем да гледаме това,
не с такава ниска резолюция,

можем да го видим с неповторими детайли,

и искаме да можем да го гледаме
в триизмерно пространсвто

за времето от минути, секунди,
часове или дори дни.

Та проблемът с тези сложни системи

е, че разбъркваме светлината

или те го правят със светлината,
която реално им пускаме,

заради което ние запазваме
размазани снимки.

И се оказва, че астрономите
са имали подобни проблеми,

но за тях проблемът идва,

когато се опитват да запишат светлината
от далечна звезда

на телескопи,
които са разположени на земята.

Проблемът е, че когато светлината пътува
хиляди светлини години

и се удари в турбулентната ни атмосфера
изведнъж,

светлината се разсейва.

Те също така, за щастие,
са открили решение на това

вече от повече от век.

Това, което правят,
е да генерират изкуствена звезда

на около 90 километра
от повърхността на Земята

и използват тази светлина,

която преминава през същата
турбулентна атмосфера като отдалечената

и така могат да разберат как
светлината се разсейва

и вземат огледало,
което може да промени формата й,

за да компенсира
или оправи това разсейване.

Това, което направихме,
е да вземем тези идеи

и да ги вложим в нашите микроскопи.

И когато направиш това,

можеш малко или много да оправиш
сложността на разсейването

и наелектризирането, което се случва

като последствие от комплексните системи.

И правим това в даниото.

Харесваме тази риба, защото, като нас,
те са гръбначни.

За разлика от нас,
те са основно прозрачни.

Това означава, че когато пуснем лъч
светлина през тях

можем да наблюдаваме клетъчните
и подклетъчните процеси

с невероятни детайли.

Нека ви дам пример.

В това видео, вие гледате гръбнака
и мускулите на рибата данио.

Можем да погледнем
организацията на клетките --

стотици клетки в този точен обем --

в присъствието и отсъствието
на адаптивна оптика.

Сега, с тези уреди

ние можем да виждаме нещата
много по-ясно от преди.

И в един много специфичен пример,

гледайки как се развива окото при даниото,

можете наистина да видите вълненията
вътре в този ембрион на рибата.

Можете да видите клетките,
които танцуват наоколо.

В един пример виждате
как клетката се дели.

В друг пример
можете да видите

как те се опитват да отидат на
едно място, минавайки през други клетки.

В последния пример виждате как една
клетка е груба към съседите си

и как ги бута.

Нали?

Тази технология наистина ни позволява
да гледаме по-дълбоко и ясно,

почти сякаш гледаме единствена клетка
на парче стъкло,

където те са държани като затворници.

И за да демонстрираме колко е обещаваща
тази технология,

сме си партнирали с някои от
най-добрите учени по света.

И сме започнали да задаваме много
фундаментални въпроси,

върху които почваме да работим заедно
в момента.

Например, как ракът се разпространява
през тялото?

В този пример гледате клетки от жена
с рак на гърдата,

които в общи линии мигрират

като използват кръвоносните съдове,
показани с магента.

В общи линии ги използват като магистрала,

за да стигнат до "колибата".

Можете горе-долу да ги видите как
се промушват през вените.

Вижда се как те са там,
където има достатъчно място.

И в друг пример, е, виждате нещо,
приличащо на трейлър на Ридли Скот

за следващия филм на "Пришълецът".

Тази ракова клетка се опитва
да излезе от кръвоносния съд,

за да може да нападне
друга част от тялото.

В последния пример, който ще ви покажа

се опитваме да разберем
как се развива ухото.

В този случай сме засенчени от
пълзящи неутрофилни гранулоцити.

Тези клетки на имунната система
в общи линии винаги патрулират.

Като цяло, нямат никаква почивка.

Работят постоянно, за да разберат
ако има странна опасност,

ако има инфекция.

Те усещат околната среда, която постоянно
се променя около тях.

Сега, можем да видим тези изображения
и тези филми

в по-големи детайли отколкото
когато и да било

досега.

Сега, както с всички тези нови технологии,

с новите възможности идват
и нови отговорности

и за нас, голямата е как да
се справим с данните.

Тези микроскопи генерират тонове данни.

Генерираме някъде около един до три
терабайта данни на час.

За да ви дам идея колко е това,
напълваме до 2 милиона дискети на час,

за тези от вас в публиката с повече опит.

(Смях)

Това се равнява на горе-долу 500 DVD-та,

или, за да го направим по-разбираемо
за поколението Z,

това са около дузина Айфон 11с,
които пълня всеки час.

Имаме много информация.

Трябва да намерим нови начини
да можем да я реализираме.

Трябва да намерим нови начини

да можем да извличаме биологически
смислена информация

от тези набори от данни.

И, което е по-важно,

искаме да сме уверени, че можем да сложим
тези напредничеви

микроскопи в ръцете на учени
от целия свят.

И раздаваме дизайна
на тези микроскопи безплатно.

Но важната част е,

че трябва да правим нещата заедно,
за да имаме влияние.

Свързваме всички учени заедно,

които да могат да разработят
биологични и химични уреди.

Работим заедно с учени,
специализиращи в данните

и такива с научни инструменти,

за да можем да конструираме
и да се справим с данните.

И защото раздаваме тези уреди без пари

за академични цели и про боно,

също така строим и развити
медицински центрове за образна диагностика

така че да може да съберем групата хора,
които разбират от микроскопи,

както и биолозите и тези, които
се занимават с изчислителна наука

и да направим екип, който да може
да се справя с такива проблеми,

с които всеки от нас поотделно
не би могъл.

И благодарение на тези микроскопи

границата за науката е отворена отново.

Така че нека погледнем заедно

Благодаря ви!

(Аплодисменти)