Ha úgy igyekszünk megérteni az életet, hogy nem látjuk, amikor zajlik,
az olyan, mintha földönkívüliek próbálnák
képekből megérteni a futball szabályait.
Sokat tanulhatunk ezekből a képekből.
Pl. a játékosok hol pályán vannak, hol meg azon kívül.
Van egy csapat.
Még pom-pom lányok is vannak, és nagyszerűen érzik magukat meccs közben.
Persze annak ellenére,
hogy ismeretekre tettünk szert a képek segítségével,
még nem áll össze a kép bennünk a játék szabályairól.
Azért, hogy megértsük,
magát a játékot kellene figyelnünk.
Az élet működéséről szerzett tudásunk java része
ilyen pillanatfelvételek tanulmányozásából származik.
A tudósok sok ismeretre tettek szert hasonló fotókat nézve,
de végsősoron ahhoz, hogy megértsék az élet mibenlétét,
működés közben kellene megfigyelniük azt.
Továbbá lényeges, hogy az élet alapvető alkotóelemeinek működését
ott próbáljuk megérteni, ahol az élet zajlik.
Azért, hogy ezt megfigyelhessük,
meg kell értenünk, mi is az az élet.
Egy emberi sejt nagyjából akkora,
mint e hangya százmilliomod része.
Látják a sejtet közvetlenül a hangya mellett?
Épp ott van.
Ahhoz, hogy láthassuk,
láthatóvá kell tennünk a láthatatlant,
és ezt mikroszkópok építésével érjük el.
Nem ilyen mikroszkópokkal;
amelyeket mi építünk, valahogy így néznek ki.
Segít, hogy részben valamiféle lesifotós vagyok.
Ahelyett, hogy embereket fotóznék,
jobban érdekel, hogy ismert sejtekről készítsek képeket.
Szakmai utam egészen idáig
elég viharos volt.
Első gyermekkori szenvedélyemmel, a számítástechnikával kezdődött,
ami éles fordulatot vett a műszaki tudományok irányába,
és legújabban
igen meredek váltással próbálom megismerni a sejtbiológiát.
A tudományok e kombinációja vezetett el engem oda,
ahol most tartok,
hogy több területhez kapcsolódó kutatásokat tudok szervezni
egy meghatározott céllal.
Az elképzelés az, hogy képesek legyünk további újításokra és felfedezésekre
úgy, hogy együtt dolgozunk a különböző tudományágakban jártas szakértőkkel,
hogy olyan feladatokat oldhassunk meg, amelyeket egyedül nem tudnánk.
A sejtet szeretnénk megismerni.
A sejt ... mi is az?
Nos, ez az élet alapvető építőegysége.
Egyszerűen szólva egy csomag.
Egy csomag, amelyben élettelen molekulák milliárdjai vannak,
fehérjék, szénhidrátok, lipidek vagy zsír.
Kiderült, hogy az elmúlt fél évszázadban
molekuláris biológusok és biokémikusok módot találtak arra,
hogy ezek a fehérjék fényt bocsássanak ki.
Szentjánosbogárként világítanak.
Mikroszkópfejlesztők
egyre jobb eszközöket készítettek,
hogy észleljék a molekulák által kibocsátott fényt,
számítógépes szalemberek és a matematikusok pedig értelmezni tudták
a kamerák által rögzített jeleket.
Az eszközök együttes alkalmazásával
valóban képesek vagyunk megérteni
a molekulák sejten belüli szerveződését,
azt, hogyan változnak folyamatosan,
és alapvetően az érdekel bennünket,
hogy megértsük az élet lényegét.
Szeretnénk képi rögzítés helyett –
ami hagyományosan két dimenzióra korlátozódik –
három dimenzióban rögzíteni az életet.
Hogyan lesz egy kétdimenziós képből háromdimenziós?
Mint kiderült, elég egyszerűen.
Gyűjtünk egy sorozat kétdimenziós képet,
miközben fel-le mozgatjuk a mintát,
aztán a képeket egymásra halmozzuk,
és létrehozunk egy háromdimenziósat.
E megközelítéssel az a gond,
hogy a hagyományos mikroszkópok igen sok energiát juttatnak a rendszerbe.
Ez azt jelenti, hogy ez a sejt, amit itt látnak,
jelentős fénytúladagolást kap,
és ez gond.
Hadd magyarázzam meg kicsit jobban.
Például ezen a bolygón az élet
egyetlen Nap alatt fejlődött ki, igaz?
Mondjuk, meg szeretném figyelni a vásárlókat az utcán,
hogy megértsem vásárlói szokásaikat:
mennyi ideig őgyelegnek a kirakatok előtt,
hány áruházba mennek be,
és meddig vannak bent.
Ha csak egy kávézóban ülnék, és úgy figyelném őket,
többségük még csak észre sem venné.
De mi lenne, ha hirtelen, teszem azt,
olyan öt vagy tíz Nap
fényességével ragyognék fel?
Még mindig úgy viselkednének, mint rendszerint?
Ugyanannyi ideig sétálgatnának kinn?
Komolyan hihetném, hogy a viselkedésük nem változott meg azért,
mert olyan sok napfény érte őket?
Nem.
Napjaink mikroszkópjai,
és a hagyományos mikroszkópok
a 10-10 000-szeresét képesek kibocsátani annak a napsugárzásnak,
amely bolygónkon ér bennünket, ahol az élet kifejlődött.
És ezért –
nos, kiderül, hogy kicsit sejt-lesifotós vagyok –
nagyon óvatosnak kell lennünk,
mennyi fényt juttatunk a sejtbe.
Máskülönben talán egy jól átsütött sejtet kapunk,
és mint láthatjuk,
egyáltalán nem természetes egy olyan károsodott sejt megfigyelése,
amelynek a viselkedését jelentősen megváltoztattuk.
Vegyük például ezt a sejtet.
Egy üveglapkán van.
Látják mindenütt a foltokat?
Azok a foltok molekuláris gépezeteket jeleznek,
amelyek a sejt felszínén gyűlnek össze azért,
hogy kívülről táplálékot vigyenek a sejtbe.
Laboratóriumunk rácsoslemezű fénymikroszkópot használ,
amely ultravékony fénylapokat állít elő,
figyelemmel arra, hogy ne károsítsuk a sejteket,
vagy ne juttassunk túl sok fényt a rendszerbe.
Így sokkal tovább tudjuk figyelni
a folyamat dinamikáját anélkül,
hogy megpróbáltatásnak tennénk ki a sejteket.
Arra használtuk ezt a mikroszkóptechnikát és az eszközöket,
hogy megértsük, hogyan fertőzik meg a vírusok a sejteket.
Ebben a példában a sejtet rotavírusnak tettük ki.
Ez a kórokozó rendkívül fertőző, több mint 200 000 ember halálát okozza évente.
Azzal, hogy figyeljük e molekulákat, ezeket a vírusrészecskéket,
hogyan terjednek szét a sejt felszínén,
valóban megérthetjük a rájuk vonatkozó szabályokat.
És ha ezt megértjük,
túljárhatunk az eszükön,
hogy akár fejlett gyógyszeres kezeléssel
képesek legyünk visszafogni, ellenőrzés alatt tartani a vírust,
vagy még azt is megelőzni, hogy a sejthez kapcsolódjon.
Láthatóvá tettük a láthatatlant,
de megmaradt a kérdés:
mikor hihetünk abban, amit látunk?
Minden, amit idáig mutattam, olyan sejtről készült,
amely egy üveglap vagy egy Petri-csésze foglya.
Mint tudjuk, a sejtek nem igazán fejlődnek egy üveglapon, igaz?
Nem fejlődnek elszigetelten,
és nem fejlődnek fiziológiai környezetükön kívül.
Ahhoz, hogy igazán értsük a sejtműködést,
hazai pályán, működés közben kell megfigyelnünk őket.
Vessünk hát egy pillantást erre az összetett rendszerre.
Ez egy fejlődő zebrahal-embrió,
ahol azokat a sejteket látjuk,
amelyek épp szövetekké és szervrendszerekké szerveződnek.
Amikor újra megnézzük a felvételt, látjuk,
hogy nagyjából húsz óra alatt formálódni kezd a zebrahal szeme és farka.
Nemcsak ilyen alacsony felbontásban figyelhetjük ezt meg,
hanem rendkívüli részletességgel is,
és azt szeretnénk, ha három dimenzióban is tudnánk nézni,
másodperceken, perceken, órákon vagy akár napokon át.
Az a gond ezekkel az összetett rendszerekkel,
hogy szétszórják a fényt,
vagy ők térítik el a rájuk szórt fényt,
ami elmosódott képeket eredményez.
A csillagászok hasonló gondokkal küzdenek,
de náluk a probléma akkor jelentkezik,
amikor távoli csillagok fényét próbálják rögzíteni
földi távcsövekkel.
Az történik, hogy a több ezer fényéven át utazó fény
hirtelen belép kavargó légkörünkbe,
ami szétszórja a fényt.
Szerencsére ők is találtak megoldást erre
az elmúlt ötven évben;
mesterséges csillagot hoznak létre
nagyjából 90 km magasságban a földfelszín felett,
és annak fényét használják,
ami ugyanazon a kavargó légkörön halad át,
így meg tudják határozni a fényszóródás mértékét,
és egy tükörrel, ami képes változtatni az alakját,
ellensúlyozzák vagy semlegesítik.
Felhasználtuk ezeket az ötleteket,
és beépítettük mikroszkóprendszerünkbe.
Ha ezt tesszük,
többé-kevésbé ellensúlyozni tudjuk
a fényszóródást és a homályosságot,
amely az összetett rendszer következménye.
A zebradániót vizsgáljuk.
Szívesen dolgozunk a zebrahallal, mivel hozzánk hasonlóan gerincesek,
de tőlünk eltérően többnyire átlátszóak.
Ez azt jelenti, hogy amikor megvilágítjuk őket,
A sejtszintű és a sejten belüli működést
kitűnő részletességgel figyelhetjük meg.
Hadd mutassak egy példát.
Ezen a videón a zebrahal gerincét és izmait figyelhetjük meg.
Láthatjuk a sejtek szerveződését –
több száz sejtet ebben a nagyságrendben –
hozzáadott fénnyel és anélkül.
Ezekkel az eszközökkel
jobb megfigyeléseket tehetünk, mint valaha.
Egy nagyon egyedi példa,
nézhetjük, hogyan fejlődik ki a zebrahal szeme.
Igazán láthatjuk a fejlődő zebrahalembrió belsejében a felbolydulást.
Megfigyelhetjük a körös-körül táncot lejtő sejteket.
Egy esetben szemügyre vehetjük, hogyan osztódik a sejt.
Egy másikban láthatjuk a sejteket, amint a helyükre igyekeznek,
és átpréselik magukat a sejtek között.
Utolsóként láthatunk egy sejtet, amint vadul küzd szomszédaival,
egyszerűen arrébb löki őket.
Ugye?
Ez a technológia valóban segít mélyebbre tekinteni és tisztábban látni,
majdnem, mintha üveglapon elkülönített
rabul ejtett sejteket figyelnénk.
Szeretném bemutatni, mit ígér számunkra ez a technológia.
Összefogtunk a világ legjobb tudósai közül néhánnyal.
Alapvető kérdéseket fogalmaztunk meg,
amelyeken nemrég el is kezdtünk dolgozni.
Például, hogyan képez áttétet a rák a testben?
Ebben a példában emberi mellráksejteket látunk,
melyek lényegében vándorolni kezdtek,
amire a magenta színben látszó vérereket használják.
Tulajdonképpen országútként használják az ereket,
hogy elhagyhassák addigi helyüket.
Látjuk, ahogy átpréselik magukat az ereken.
Látjuk, ahogy tovagördülnek, ha van elég helyük,
és egy esetben amit látunk, az úgy néz ki, hogy lehetne Ridley Scott filmelőzetese
a következő "Idegen" című filmhez.
Ez a ráksejt szó szerint szétmarcangolja a véreret, és úgy mászik ki belőle,
hogy a test másik részébe hatolhasson.
Az utolsó példában, amit mutatok,
igyekszünk megérteni, hogyan fejlődik a fül.
Ebben az esetben teljesen magukra vonták figyelmünket az ide-oda kúszó neutrofilek.
Ezek az immunsejtek folyton járőröznek,
gyakorlatilag szünet nélkül.
Folyamatosan felmérik, vannak-e behatolók,
van-e fertőzés.
Állandóan mozognak, így érzékelik a környezetüket.
Ezeket a képeket és felvételeket
részletesebben láthatjuk, mint valaha,
egészen mostanáig.
Ahogy minden új technológia esetén,
az új lehetőségekkel új kihívások is járnak,
és számunkra az a nagy kihívás, hogyan kezeljük az adatokat.
Ezek a mikroszkópok tömérdek adatot generálnak.
Minden esetben 1-3 terabájt adatot állítunk elő óránként.
Hogy közönségünk tapasztaltabb tagjai számára szemléltessem,
kétmillió floppylemezt töltünk tele óránként,
(Nevetés)
Ez nagyjából megfelel 500 DVD-nek,
vagy a Z generáció számára érthetően,
ez nagyjából egy tucat iPhone 11-nek felel meg óránként.
Tömérdek adatunk van.
Új módszereket kell találnunk ezek megjelenítésére.
Új módszereket kell találnunk,
hogy hozzájuthassunk a biológiailag jelentős információkhoz
az adathalmazokból.
És ami még fontosabb,
biztosítani szeretnénk, hogy ezek a fejlett mikroszkópok
világszerte eljussanak a tudósokhoz.
Mi ingyen bocsátjuk rendelkezésre e mikroszkópok terveit.
De kulcsfontosságú,
hogy még jobban együttműködjünk az eredmény érdekében.
Összehozzuk a tudósokat,
akik új biológiai és kémiai eszközöket tudnak fejleszteni.
Adatelemzőkkel
és műszerkutatókkal dolgozunk együtt,
hogy létrehozzuk és kezeljük az adatbázisokat.
Mivel ingyen bocsátjuk rendelkezésre ezeket a készülékeket
a tudományos és nonprofit szervezetek számára,
fejlett képalkotó központokat is építünk, ahol helyet kaphatnak,
és hogy össze tudjuk hozni a mikroszkópon dolgozó embereket,
a biológusokat és a számítástechnikusokat, hogy egy csapatot alkossunk,
akik meg tudnak oldani olyan problémákat,
amelyeket egyénileg nem tudnánk.
E mikroszkópoknak köszönhetően
a tudomány élvonala újból megnyílt számunkra.
Haladjunk hát rajta együtt.
Köszönöm.
(Taps)