Tentar entender a vida sem observá-la claramente em ação
é como um alienígena tentar entender as regras do futebol americano
apenas olhando algumas fotos.
Podemos aprender muito com essas imagens.
Por exemplo, há jogadores dentro e fora do campo.
Há uma banda.
Há até animadoras de torcida curtindo o jogo.
Apesar de obter toda essa informação apenas olhando as fotos,
ainda não é possível entender as regras do jogo.
Para isso, precisamos assisti-lo.
Muito do que sabemos sobre como a vida funciona
vem da observação de fotos assim.
Cientistas conseguem descobrir muita coisa observando imagens,
mas no final das contas, para entender como a vida funciona,
precisam observá-la em ação.
Isso é, essencialmente, observar o lugar onde a vida acontece,
tentar entender como a unidade fundamental da vida funciona.
Para isso, precisamos entender como se dá a vida.
Comparada com esta formiga,
uma célula humana é cerca de 100 milhões de vezes menor.
Estão vendo a célula bem ao lado da formiga?
Está bem aqui.
Para podermos observar essa célula,
precisamos tornar visível o que é invisível,
e fazemos isso criando microscópios.
Não estes microscópios.
Os que construímos se parecem mais com isto.
Ajuda o fato de eu ser um paparazzo, mais ou menos.
Em vez de tirar fotos de pessoas,
estou mais interessado em tirar fotos de células famosas.
Até o momento, minha carreira tem sido bem turbulenta,
começando com minha primeira obsessão na infância
e a paixão continuada pela ciência da computação,
que sofreu uma transição brusca para a engenharia,
e, mais recentemente, outra mudança muito repentina
para tentar entender biologia celular.
Foi essa combinação de disciplinas que me trouxe até aqui.
Posso desenvolver pesquisa interdisciplinar com um objetivo claro.
A ideia é promover inovação e descoberta
reunindo especialistas dessas diferentes áreas
para trabalharem em conjunto
e resolverem problemas que não podemos resolver sozinhos.
Estamos interessados em entender a célula.
O que é uma célula?
É a unidade fundamental da vida.
De forma simples, é apenas um saco
com trilhões de moléculas inanimadas,
sejam proteínas, carboidratos, lipídios ou gorduras.
Acontece que, nos últimos 50 anos,
biologistas moleculares e bioquímicos descobriram formas
de fazer essas proteínas brilharem.
Elas se acendem como vagalumes.
Fabricantes de microscópios têm criado instrumentos cada vez melhores
para captar a luz emitida por essas moléculas,
e cientistas da computação e matemáticos conseguiram entender os sinais
registrados pelas câmeras.
Ao reunir essas ferramentas,
estamos conseguindo entender a organização dessas moléculas
dentro das células,
entender como isso muda ao longo do tempo,
e isso é, basicamente, o que nos interessa:
tentar compreender a vida em sua essência.
Queremos ir da captação de imagens da vida
tradicionalmente limitadas a duas dimensões,
à captação de imagens em três dimensões.
Como tornar uma imagem bidimensional em tridimensional?
Pois é bem simples.
Coletamos uma série de imagens bidimensionais,
movemos a amostra para cima e para baixo,
empilhamos as imagens umas sobre as outras e criamos um volume tridimensional.
O problema desse método é que os microscópios tradicionais
lançam energia demais no sistema.
Isso significa que esta célula
está recebendo muita toxicidade luminosa, e isso é um problema.
Vou explicar melhor.
Por exemplo, digamos que neste planeta, a vida evoluiu sob apenas um sol.
E que eu queira observar consumidores nesta rua
para entender seus hábitos de consumo:
quanto tempo ficam olhando as vitrines, em quantas lojas entram
e quanto tempo gastam em cada uma.
Se eu estivesse sentado num café, só observando as pessoas,
muitas sequer notariam que eu as estava observando.
E se, de repente, eu emitisse uma luz equivalente
a cerca de cinco ou dez sóis?
Elas ainda agiriam normalmente?
Permaneceriam do lado de fora pelo mesmo tempo?
Posso mesmo acreditar que seu comportamento não mudou
como consequência da exposição a toda essa luz?
Não.
A maioria dos microscópios hoje em dia, os convencionais,
pode emitir de dez a dez mil vezes
a luz solar à qual somos expostos neste planeta,
onde a vida se desenvolveu.
Por isso, acabo sendo um paparazzo de células,
então precisamos ter muito cuidado com a quantidade de luz
que lançamos sobre a célula.
Senão, podemos acabar com uma célula frita.
E não há nada de natural em tentar observar uma célula danificada,
cujo comportamento foi alterado significativamente.
Vou tomar esta célula como exemplo.
Ela está sobre uma lâmina de vidro.
Veem os pontos espalhados?
Eles representam máquinas moleculares que se reúnem na superfície da célula
para transportar alimento do exterior para o interior dela.
Nosso laboratório usa algo chamado microscopia de lâmina de luz treliçada,
que gera uma lâmina de luz muito fina,
com cuidado para não danificar as células, nem lançar muita luz sobre o sistema.
Quando fazemos isso,
podemos assistir à dinâmica do processo por mais tempo,
sem estressar as células.
Usamos essa técnica e ferramentas de microscopia
para entender como vírus infectam células.
Neste exemplo, expusemos a célula a rotavírus.
É um patógeno extremamente infeccioso que mata mais de 200 mil pessoas todo ano.
Observando essas moléculas, essas partículas virais,
como se difundem na superfície celular,
podemos entender as regras que seguem.
Quando as entendemos, podemos burlá-las,
sendo por meio de terapia medicamentosa inteligente para atenuar, controlar
ou até mesmo impedir o vírus de se ligar à célula, antes de qualquer coisa.
Tornamos visível o que era invisível, mas a pergunta permanece:
quando podemos realmente acreditar no que vemos?
Tudo o que mostrei até agora
foi uma célula presa numa lâmina de vidro ou placa de Petri.
Acontece que células não evoluíram numa lâmina de vidro,
nem isoladamente ou fora de seu contexto fisiológico.
Para entender de fato o comportamento natural das células,
precisamos observá-las em ação no seu local de origem.
Vamos observar este sistema complexo.
Isto é um embrião de peixe-zebra em desenvolvimento.
Vemos células que se organizam para formar tecidos e sistemas de órgãos.
Assistindo ao vídeo de novo, vemos que, perto das 20 horas,
o olho e a cauda do peixe-zebra começam a ser formados.
Podemos ver isso, não nessa resolução baixa,
mas com riqueza de detalhes,
e queremos poder assistir em 3D ao longo de minutos, segundos, horas ou até dias.
O problema com esses sistemas complexos é que eles distorcem a luz
que lançamos sobre eles,
o que faz com que registremos imagens muito borradas.
Acontece que os astrônomos têm um problema parecido,
mas para eles isso acontece quando tentam registrar a luz de estrelas distantes
a partir de telescópios em solo terrestre.
Quando a luz viaja milhares de anos-luz
e atinge nossa turbulenta atmosfera de repente, a luz fica distorcida.
Por sorte, eles acharam uma solução para isso há quase meio século.
Eles geram uma estrela artificial
cerca de 90 km acima da superfície da Terra e usam essa luz,
que atravessa a mesma atmosfera turbulenta pela qual passa a luz da estrela distante,
e podem entender como a luz está sendo distorcida,
e usam um espelho que pode mudar de forma para compensar ou desfazer a distorção.
Pegamos essas ideias e as implementamos em nosso sistema de microscopia.
Ao fazermos isso, é mais ou menos possível corrigir a complexidade da distorção
e a imprecisão que ocorre como consequência de sistemas complexos.
Fazemos isso com o peixe-zebra.
Gostamos dele porque é um vertebrado, como nós,
mas é basicamente transparente.
Isso significa que quando lançamos luz sobre ele,
podemos observar as dinâmicas celular e subcelular com precisão de detalhes.
Vou mostrar um exemplo.
Neste vídeo, vemos a coluna e os músculos de um peixe-zebra.
Podemos ver a organização das células,
centenas delas neste volume, em particular,
na presença ou não de óptica adaptativa.
Com essas ferramentas,
podemos observar da forma mais clara que já foi possível até hoje.
Em um exemplo muito específico,
observando como o olho do peixe-zebra se desenvolve,
pode-se ver bem a agitação dentro do embrião em desenvolvimento.
Pode-se ver as células se movimentando.
Num exemplo, vemos a célula se dividindo.
Em outro, vemos células saindo do lugar e empurrando outras.
No último, uma célula agindo de forma desordeira e batendo em suas vizinhas.
Essa tecnologia nos permite observar de forma mais clara e profunda,
quase como se víssemos células isoladas em lâminas de vidro,
onde são mantidas prisioneiras.
Para mostrar como essa tecnologia é promissora,
fizemos parceria com alguns dos melhores cientistas do mundo.
E fizemos uma série de perguntas fundamentais,
nas quais começamos a trabalhar juntos.
Por exemplo, como o câncer se espalha pelo corpo?
Neste exemplo, vemos células humanas de câncer de mama migrando,
usando vasos sanguíneos, mostrados em magenta.
Estão usando vasos sanguíneos como rodovias para se movimentarem.
Dá para vê-las se espremendo para passar pelos vasos.
E rolando onde há espaço suficiente.
Em um exemplo, vemos o que parece ser o trailer
do próximo filme de Ridley Scott, "Alien, o Oitavo Passageiro".
Esta célula cancerosa está, literalmente, tentando abrir caminho
através do vaso sanguíneo para invadir outra parte do corpo.
No último exemplo que vou mostrar,
tentamos entender como o ouvido se desenvolve.
Neste caso, somos surpreendidos por neutrófilos rastejantes.
Essas células imunes estão em alerta o tempo todo.
Elas não têm folga.
Trabalham constantemente para detectar algum perigo,
saber se há uma infecção.
Examinam o ambiente, movendo-se incansavelmente.
Podemos observar essas imagens e vídeos
com uma riqueza de detalhes que nunca foi possível antes.
Como acontece com toda tecnologia nova,
novas capacidades vêm com novos desafios,
e, para nós, o maior deles é como lidar com os dados.
Esses microscópios geram muitos dados.
Eles geram entre um e três terabytes de dados por hora.
Para contextualizar isso,
preenchemos cerca de 2 milhões de disquetes a cada hora,
para os membros mais "experientes" da plateia.
(Risos)
O que é aproximadamente o mesmo que 500 DVDs,
ou, para contextualizar melhor para a Geração Z,
são cerca de uma dúzia de iPhones 11 sendo preenchidos por hora.
Temos muitos dados.
Precisamos achar novas formas de visualizar isso,
de extrair informação biológica significativa desses conjuntos de dados,
e o mais importante,
queremos ter certeza de que podemos colocar esses avançados microscópios
nas mãos de cientistas de todo o mundo.
Estamos distribuindo o design dos microscópios gratuitamente.
Mas a parte fundamental é:
precisamos colaborar ainda mais para criarmos um impacto.
Estamos reunindo cientistas que podem desenvolver
novas ferramentas biológicas e químicas.
Estamos trabalhando com cientistas de dados e de instrumentação
para estruturar e gerenciar os dados.
Como doamos os instrumentos gratuitamente para acadêmicos
e organizações sem fins lucrativos,
estamos construindo centros avançados de imagens para abrigá-los,
para poder reunir microscopistas, biólogos, o pessoal da computação
e criar uma equipe capaz de resolver problemas
que não conseguimos resolver individualmente.
Graças a esses microscópios,
a fronteira da ciência está aberta novamente.
Vamos observá-la juntos.
Obrigado.
(Aplausos)