Pokazal vam bom
osupljive molekularne naprave,
ki sestavljajo živo tovarno vašega telesa.
Molekule so res izjemno majhne.
Ko rečem majhne,
to dejansko to pomeni.
Manjše so, kot meri valovna dolžina svetlobe,
zato jih ne moremo neposredno opazovati.
A znanost nam omogoča, da si lahko predstavljamo,
kaj se dogaja na molekularni ravni.
Lahko vam torej o molekulah pripovedujemo,
ne moremo pa jih vam neposredno pokazati.
Lahko si jih predstavljamo z risanjem.
Ta ideja pa pravzaprav ni nova.
Za znanstvenike je risanje vedno predstavljalo
del miselnega in raziskovalnega postopka.
Narišejo, kar vidijo z očmi preko tehnoloških
naprav, kot so teleskopi in mikroskopi,
in k temu dodajo svoje misli in ideje.
Izbral sem dva znana primera,
saj predstavljata znanstveno izražanje skozi umetnost.
Začel bom z Galileom,
ki je s prvim teleskopom na svetu
opazoval Luno.
S tem je spremenil naše dojemanje Lune.
V 17. stoletju so verjeli,
da je Luna popolno nebesno telo.
Galileo pa je videl kamnit, nerodoviten svet,
ki ga je izrazil skozi akvarelno slikanje.
Drug znanstvenik z izjemnimi idejami,
superzvezdnik biologije, je Charles Darwin.
Ta znamenit zapis v njegovi beležnici
začne v zgornjem levem kotu z besedo "Mislim,"
zraven pa je skica prvega rodoslovnega drevesa,
njegove predstave,
da so vse vrste, vsa živa bitja na Zemlji,
povezana z evolucijsko zgodovino --
izvorom vrst preko naravnega izbora
in odstopanjem od populacije prednikov.
Čeprav sem sam znanstvenik,
so se mi predavanja molekularnih biologov
zdela popolnoma nerazumljiva
zaradi posebnega tehničnega jezika in žargona,
s katerim so opisovali svoje delo,
dokler nisem odkril umetnin Davida Goodsella,
molekularnega biologa na inštitutu Scripps.
Na njegovih slikah
je vse točno in v pravem merilu.
Njegovo delo mi je osvetlilo razumevanje
molekularnega sveta znotraj nas.
To je prikaz krvi.
V zgornjem levem delu je rumeno-zeleno območje.
Gre za tekočino v krvi, ki je večinoma iz vode,
a tudi iz protiteles, sladkorjev,
hormonov in podobnega.
Rdeče območje predstavlja prerez rdeče krvničke.
Te rdeče molekule so hemoglobin.
V resnici so rdeče in to daje krvi barvo.
Hemoglobin deluje kot molekularna spužva,
ki vsrka kisik iz vaših pljuč
in ga prenaša po drugih delih telesa.
Ta slika me je pred mnogo leti izjemno navdušila,
da sem prišel na idejo uporabe računalniške grafike
za predstavitev molekularnega sveta.
Kako bi izgledal?
Tako sem torej začel. Pa poglejmo.
To je DNK v običajni obliki dvojne vijačnice.
Strukturo smo določili z rentgensko kristalografijo,
zato gre za pravilen model DNK.
Če dvojno vijačnico odvijemo in razpremo niza,
vidite majhne zobce.
To so črke genskega zapisa,
25.000 genov, zapisanih v vašem DNK.
V mislih imamo torej to,
ko govorimo o genskem zapisu.
A želel bi predstaviti drugačen pogled na znanost DNK,
in sicer fizikalno naravo DNK.
Ta dva niza tečeta v nasprotnih smereh,
a o razlogih za to kdaj drugič.
Fizično torej potekata v nasprotnih smereh,
kar ustvari mnogo zapletov za vaše žive celice,
kar boste tudi videli,
še posebej pri kopiranju DNK.
Pokazal vam bom
natačno predstavitev dejanskega mehanizma
podvojevanja DNK, ki se trenutno odvija v vašem telesu,
vsaj pri biologiji, znani leta 2002.
DNK torej z leve strani vstopi na tekoči trak
in trči ob ta skupek, te majcene biokemične naprave,
ki razpirajo verigo DNK in ustvarjajo natančno kopijo.
DNK torej vstopi in trči ob
modro strukturo v obliki krofa,
kjer se razpre na dva niza.
En niz se lahko prepiše neposredno
in vidite, kako se navija navzdol.
A pri drugem nizu je postopek bolj zapleten,
saj mora biti prepisan v nasprotni smeri.
Ta niz se v zankah
prepisuje po delčkih
in ustvarja dve novi molekuli DNK.
Milijarde takih naprav trenutno
neumorno delajo v vaših telesih
in prepisujejo vaš DNK z izjemno natačnostjo.
Ta natančna predstavitev prikazuje tudi
bolj ali manj točno hitrost dejanskega postopka.
Izpustil sem popravo napak in precej drugih podatkov.
To je delo izpred mnogo let.
Hvala.
To je delo izpred mnogo let, sedaj pa vam bom
pokazal posodobljeno znanost in tehnologijo.
Še enkrat, začnemo z DNK.
Tako miga zaradi mešanice molekul okrog nje,
ki pa smo jih odstranili, da lahko vidite bistveno.
DNK v premeru meri okrog dva nanometra,
kar je resnično malo.
A v vsaki vaši celici je vsak niz DNK
dolg od 30 do 40 milijonov nanometrov.
Da je DNK urejena in s tem tudi dostop do genskega zapisa,
je zavita okrog teh vijoličnih beljakovin,
kot so označene tukaj.
Zavita in zamotana je okrog njih.
Pri tem gre le za en sam niz DNK.
Ta celoten velik paket DNK pa se imenuje kromosom.
K njim se bomo vrnili čez minuto.
S pogledom se torej oddaljujemo
skozi jedrno poro, ki predstavlja
pot do tega oddelka, kjer se nahaja DNK,
imenovan jedro.
To celotno področje zahteva kak semester
pri biologiji, jaz pa imam le sedem minut.
Torej tega ne bomo mogli pokazati danes?
Ne, rekli so mi, da ne.
Tako je videti živa celica skozi svetlobni mikroskop.
Posneta je pospešeno, zato jo vidite v gibanju.
Jedrna ovojnica se pretrga, zanimajo pa nas
te podolgovate stvari oz. kromosomi.
Njihovo gibanje je presenetljivo,
označeno pa je z rožnato barvo.
Ko celice čutijo, da so pripravljene,
pretrgajo kromosom.
En niz DNK gre na eno stran,
druga stran pa dobi novega
oz. identično kopijo DNK.
Nato se celice razpolovijo.
Še enkrat, milijarda celic gre prav zdaj
skozi ta postopek v vašem telesu.
Vrnili se bomo nazaj in osredotočili na kromosome
ter opisali njihovo strukturo.
Spet smo pri tem trenutku delitve.
Kromosomi se poravnajo.
Osredotočimo se le na en kromosom,
ga izvzamemo in si ogledamo njegovo strukturo.
To je ena od večjih molekularnih struktur v vašem telesu,
vsaj kar smo jih odkrili doslej.
To je en kromosom.
V vsakem imate dva niza DNK.
En je zavit v en sveženj,
drug pa v drugega.
To, kar izgleda kot mačje brčice na vsaki strani,
je dinamični gradbeni oder celice.
Imenujejo se mikrotubuli. Ime ni tako pomembno.
Osredotočili se bomo na to rdeče označeno območje,
ki predstavlja stičišče med
dinamičnim gradbenim odrom in kromosomi.
To je ključno za gibanje kromosomov.
Ne vemo, kako pride do tega gibanja.
Ta kinetični lok je predmet
intenzivnega preučevanja že več kot sto let
in šele začenjamo odkrivati, za kaj gre.
Sestavlja ga okrog 200 različnih vrst beljakovin,
skupaj na tisoče beljakovin.
Je sistem širjenja signala.
Preko kemičnih signalov
sporoča preostali celici, kdaj je pravi čas,
kdaj čuti, da je vse na pravem mestu in
pripravljeno za delitev kromosomov.
Lahko se pripne na mikrotubule, ki rastejo in se krčijo.
Sodeluje pri rasti mikrotubulov
in nanje se lahko začasno pripne.
Je tudi sistem zaznavanja pripravljenosti.
Zaznava, kdaj je celica pripravljena,
kdaj je kromosom pravilno postavljen.
Tu se obarva zeleno,
saj zazna, da je vse na pravem mestu.
Kot vidite, je tu še majhen del,
ki je še vedno rdeč.
Pomika se vzdolž mikrotubulov.
Ta sistem sporoča signal zaustavitve.
Odhaja stran. Dobesedno tako mehansko je.
To je urni mehanizem molekule.
Tako deluje vaše telo na molekularni ravni.
Da bi bila molekula še bolj privlačna,
so tu še kinezini v oranžni barvi,
majhne molekularne kurirske celice, ki se pomikajo v eni smeri.
Imamo tudi dineine, ki nosijo ta informacijski sistem.
S svojimi dolgimi nogami se lahko izognejo oviram.
Vse to je točen prikaz
znanstvenih odkritij.
Težava je, da tega ne moremo prikazati drugače.
Raziskovanje novega področja znanosti,
novega področja človeškega razumevanja,
je noro.
Odkrivanje teh stvari
je gotovo prijetna spodbuda za delo v znanosti.
A večina raziskovalcev v medicini --
Odkrivanje teh stvari
so le koraki na poti do velikih ciljev,
kot je izkoreninjanje bolezni,
trpljenja in nesreče, ki jih povzročajo,
ter popeljati ljudi iz revščine.
Hvala vam.
(Aplavz)