O que vou mostrar a vocês
são máquinas moleculares admiráveis
que criam o tecido vivo de seu corpo.
Moléculas são realmente minúsculas.
e por minúsculas, quero dizer muito minúsculas.
São menores que o comprimento da onda de luz,
assim, não é possível observá-las diretamente.
Mas, através da ciência, temos uma ideia razoavelmente boa
do que acontece na escala molecular.
Nós podemos falar sobre as moléculas,
mas não temos um meio direto de lhes mostrar as moléculas.
Um modo de fazer isso é desenhar figuras.
E essa ideia não é nada nova.
Cientistas sempre criaram figuras
como parte de seu processo de raciocínio e descoberta.
Eles desenham figuras daquilo que observam com os olhos,
através de tecnologias como telescópios e microscópios,
e também sobre o que estão refletindo.
Escolhi dois exemplos bem conhecidos,
pois são famosos por expressar a ciência através da arte.
E começo com Galileu
que usou o primeiro telescópio do mundo para observar a Lua.
E ele transformou nossa compreensão da Lua.
A percepção, no século 17, era de que a Lua era uma esfera celestial perfeita.
Mas o que Galileu viu foi um mundo rochoso e árido
que ele expressou através de aquarela.
Outro cientista com grandes ideias, estrela da Biologia, é Charles Darwin,
com o famoso registro em seu caderno, ele começa no topo do canto esquerdo
com "Eu penso", então rascunha a primeira árvore da vida,
que é a percepção dele de como todas as espécies,
todas as coisas vivas na Terra, estão conectadas pela história da evolução.
A origem das espécies através da seleção natural
e a divergência de uma população ancestral.
Mesmo sendo cientista, eu costumava ir a palestras de biólogos moleculares
e as achava totalmente incompreensíveis,
com toda aquela linguagem técnica e jargões extravagantes
que usavam na descrição de seus trabalhos,
até que conheci a arte de David Goodsell, um biólogo molecular no Instituto Scripps.
E seus desenhos são precisos e estão em escala.
E seu trabalho iluminou para mim como é o mundo molecular dentro de nós.
Esta é uma transeção do sangue.
No canto superior esquerdo, temos essa área verde-amarela,
que são os fluidos do sangue, predominantemente água,
mas há também anticorpos, açúcares, hormônios, esse tipo de coisas.
A região vermelha é o corte de uma célula sanguínea,
E essas moléculas vermelhas são hemoglobina.
São bem vermelhas, é o que dá ao sangue sua cor.
E a hemoglobina atua como uma esponja molecular
que absorve o oxigênio em seus pulmões e o carrega para outras partes do corpo.
Fui muito inspirado por esta imagem muitos anos atrás,
e imaginava se poderíamos representar o mundo molecular com computação gráfica.
Como seria ele?
E foi assim que eu comecei, então, vamos começar.
Isto é o DNA em sua forma clássica de dupla espiral.
E vem da cristalografia de raio X, portanto é um modelo preciso de DNA.
Se desenrolamos a espiral dupla e separamos os dois filamentos,
vemos essas coisas que parecem dentes.
Elas são as letras do código genético, os 25 mil genes que temos escritos no DNA.
Esse é o código genético a que se referem.
Mas quero falar sobre um aspecto diferente da ciência do DNA,
que é a natureza física do DNA.
São esses dois filamentos que correm em direções opostas
por razões que não vou comentar agora,
Mas, eles correm em direções opostas,
o que cria uma série de complicações para suas células vivas,
como vão ver,
mais especificamente quando o DNA está sendo copiado.
O que vou mostrar a vocês é uma representação precisa
da máquina de replicação do DNA que está ocorrendo agora dentro de seu corpo,
no mínimo, biologia 2002.
Assim, o DNA está entrando na linha de produção do lado esquerdo,
e atinge essas máquinas bioquímicas em miniatura,
que estão rompendo o filamento de DNA e fazendo uma cópia exata.
Assim, o DNA entra e atinge a estrutura azul em forma de rosquinha
e é separado em dois filamentos.
Um filamento pode ser copiado diretamente,
e podemos ver essas coisas se enrolando aqui na base.
Mas não é tão simples para o outro filamento
porque ele deve ser copiado de trás para frente.
Ele é ejetado repetidamente nesses laços e copiado uma parte por vez,
criando duas novas moléculas de DNA.
Você tem bilhões dessas máquinas trabalhando agora dentro de você,
copiando seu DNA com primorosa fidelidade.
É uma representação precisa,
e está muito próxima da velocidade correta para o que ocorre dentro de você.
Deixei de lado a correção de erros e outras coisas.
(Risos)
Obrigado.
(Aplausos)
Isto foi trabalho de vários anos atrás,
mas o que vou mostrar a seguir é ciência e tecnologia atualizada.
Novamente, começamos com o DNA,
e está se movimentando ali por causa da sopa de moléculas ao redor,
que retirei para que pudessem ver alguma coisa.
O DNA tem aproximadamente dois nanômetros, o que é bem pequeno.
Mas em cada uma de suas células,
cada filamento do DNA tem a extensão de aproximadamente
30 a 40 milhões de nanômetros.
Para manter o DNA organizado e regular o acesso ao código genético,
ele é envolvido por essas proteínas roxas
Ele é embalado e empacotado.
Todo esse campo de visão é um único filamento de DNA.
Esse enorme pacote de DNA é chamado de cromossomo.
E voltaremos aos cromossomos em um minuto.
Estamos partindo, estamos saindo
através de um poro nuclear,
que é o acesso a esse compartimento que contém todo o DNA chamado núcleo.
Todo esse campo visual
vale aproximadamente um semestre de biologia, e eu levei sete minutos.
Não vamos conseguir fazer isso hoje?
Disseram-me: "Não".
É assim que uma célula viva parece à luz do microscópio.
Está sendo filmada em aceleração, por isso podem vê-la se movendo.
O envoltório nuclear se rompe.
Essas coisas em forma de linguiça são os cromossomos, e vamos focá-los.
Eles passam por essa movimentação impressionante
que foca esses pequenos pontos vermelhos.
Quando a célula sente que está pronta, ela rasga o cromossomo.
Um conjunto de DNA vai para um lado,
o outo lado fica com o outro conjunto de DNA: cópias idênticas de DNA.
Então a célula se divide ao meio.
Novamente, você tem bilhões de células
sendo submetidas a esse processo agora dentro de você.
Vamos rebobinar e focar apenas os cromossomos
e observar sua estrutura e descrevê-la.
Aqui estamos no momento da divisão.
Os cromossomos se alinham, e isolamos apenas um deles,
o extraímos e observamos sua estrutura.
Esta é uma das maiores estruturas moleculares que temos dentro de nós,
pelo menos é o que descobrimos até agora.
Este é um único cromossomo.
E temos dois filamentos de DNA em cada cromossomo.
Um é empacotado numa linguiça, O outro é empacotado na outra linguiça.
Essas coisas que parecem bigodes saindo de cada lado
são as estruturas dinâmicas de sustentação da célula
chamadas microtúbulos e esse nome não é importante.
Mas vamos focar essa região vermelha, eu a rotulei de vermelha aqui,
a interface entre a estrutura dinâmica de sustentação e os cromossomos.
Obviamente ela é fundamental para o movimento dos cromossomos.
Não temos ideia de como ela realiza esse movimento.
Temos estudado essa orbe cinética por mais de 100 anos com estudos intensos,
e ainda estamos começando a descobrir o que significa.
Ela é feita de cerca de 200 tipos diferentes de proteínas,
milhares de proteínas no total.
É um sistema de transmissão de sinais, que transmite através de sinais químicos
dizendo ao restante da célula quando está pronta,
quando ela sente que tudo está alinhado e pronto para a separação dos cromossomos.
Ela consegue se juntar aos microtúbulos que estão crescendo e encolhendo,
e está envolvida com o crescimento dos microtúbulos,
podendo transitoriamente se juntar a eles.
É também um sistema de sensoriamento de atenção,
podendo perceber quando a célula está pronta,
quando o cromossomo está posicionado corretamente.
Está se tornando verde aqui, porque percebe que tudo está correto.
E vão ver, há este último pedacinho que ainda permanece vermelho.
E ele se afastou dos microtúbulos.
Esse é o sistema de transmissão de sinais enviando o sinal de parada.
E ele se afastou; é bem mecânico mesmo.
É a máquina molecular.
É assim que trabalhamos na escala molecular.
Então, com um pouquinho de atração molecular,
temos cinesina, que são aquelas laranja,
pequenos mensageiros que caminham numa direção.
E aqui está a dineína, que carrega o sistema de transmissão,
com pernas longas para que possam ultrapassar obstáculos.
Novamente, isso tudo é precisamente derivado da ciência.
O problema é que não podemos mostrar isso de nenhuma outra maneira.
Explorar na fronteira da ciência, na fronteira da compreensão humana,
é alucinante.
Descobrir esta matéria é, certamente, um incentivo agradável
pra trabalhar com ciência.
Mas muitos pesquisadores médicos...
descobrir essas coisas
é simplesmente um passo ao longo do caminho para as grandes metas,
que são erradicar doenças,
eliminar sofrimento e miséria que a doença causa
e tirar as pessoas da pobreza.
Obrigado.
(Aplausos)