Tentar compreender a vida sem a observar devidamente em ação
é como um extraterrestre tentar compreender as regras do futebol
a partir de alguns instantâneos.
Podemos aprender muita coisa com essas imagens.
Por exemplo, há jogadores em campo e fora do campo.
Há uma banda.
Até há claques que vibram ao assistir ao jogo.
E, claro, apesar de obtermos todas estas informações,
a partir da observação dessas imagens,
não conseguimos perceber as regras do jogo.
Para podermos fazer isso,
precisamos de observar o jogo em ação.
Muito do que sabemos sobre como funciona a vida
provém da observação desses instantâneos.
Os cientistas têm conseguido descobrir muita coisa, observando esses instantâneos
mas, no final de contas, para eles compreenderem como funciona a vida,
precisam de a observar em ação.
Isso é, essencialmente, onde a vida acontece,
é tentar compreender como funciona a unidade fundamental da vida.
Para podermos observar isso,
precisamos de compreender como é a vida.
Em comparação com esta formiga,
o volume de uma célula humana é cerca de cem milhões de vezes menor.
Estão a ver a célula que está ao lado da formiga?
Está ali mesmo.
Para podermos observar esta célula,
precisamos de tornar visível o invisível
e conseguimos isso construindo microscópios.
Não são microscópios destes:
os que construímos são mais parecidos com isto.
Ajuda eu ser como um "paparazzi" — bem, mais ou menos,.
Em vez de tirar fotos a pessoas,
estou mais interessado em tirar fotos a células famosas.
A minha carreira, até este momento,
tem sido bastante tortuosa.
Começou com uma obsessão infantil
e paixão assolapada pela ciência informática
que fez uma viragem total para a engenharia
e, mais recentemente,
outra viragem total para tentar compreender a biologia celular.
É esta combinação de disciplinas
que me levou aonde me encontro hoje.
Consigo realizar investigação interdisciplinar
com um objetivo bem definido.
A ideia é conseguir avançar com inovação e descoberta
reunindo especialistas destas disciplinas diferenciadas
para trabalharem em conjunto
e resolverem problemas que, sozinhos, nenhum de nós pode.
Estamos interessados em compreender a célula.
A célula... o que é isso?
É a unidade fundamental da vida.
Em termos simples, é um simples saco.
É um saco que tem biliões de moléculas inanimadas,
quer sejam proteínas, carboidratos, lípidos ou gordura.
Acontece que, nos últimos 50 anos do século passado,
os biólogos e bioquímicos moleculares arranjaram formas
de pôr estas proteínas a brilhar.
Elas iluminam-se como se fossem pirilampos.
Os fabricantes de microscópios têm conseguido fabricar
instrumentos cada vez melhores
para captarem esta luz emitida por essas moléculas
e os cientistas informáticos e matemáticos conseguiram compreender os sinais
que estão a ser registados por câmaras.
Reunindo todos estes instrumentos,
estamos a conseguir compreender a organização dessas moléculas
no interior das células,
compreender as suas mudanças ao longo do tempo
e é isso, essencialmente, aquilo em que estamos interessados,
é tentar compreender a vida na sua essência.
Queremos passar de obter imagens da vida
que, habitualmente, estavam limitadas a duas dimensões,
para obter imagens da vida a três dimensões.
Como é que transformamos uma imagem 2D numa imagem 3D?
Acontece que é muito simples.
Juntamos uma série de imagens a duas dimensões
à medida que movimentamos a amostra para cima e para baixo,
e empilhamos essas imagens umas em cima das outras
criando um volume 3D.
O problema com esta abordagem é que os microscópios tradicionais
lançam demasiada energia no sistema.
Isso significa que esta célula que estão a ver ali em cima,
está a sofrer muita toxicidade luminosa
e isso é um problema.
Vou explicar-me um pouco melhor.
Por exemplo, digamos que, neste planeta,
a vida evoluiu sob um único sol, certo?
Digamos que eu queria observar os fregueses nesta rua
para perceber quais são os seus hábitos de compra:
quanto tempo se demoram em frente das montras,
em quantas lojas entram
e quanto tempo passam dentro de cada loja.
E, se eu estiver sentado num café a ver as pessoas passar,
muitas delas nem reparam que eu estou a observá-las.
Mas, e se eu, de repente,
iluminar a cena com a luz equivalente
a, digamos, 5 ou 10 sóis diferentes?
Eles continuariam a comportar-se como fazem normalmente?
Demorar-se-iam cá fora o mesmo tempo?
Posso acreditar que o comportamento deles não se alterava
em consequência de estarem expostos a tanta luz do sol?
Não.
A maioria dos microscópios atuais
e dos microscópios convencionais
podem emitir 10 a 10 000 vezes mais luz solar
do que a luz a que estamos expostos neste planeta, onde a vida evoluiu.
Por causa disso,
e porque eu sou uma espécie de "paparazzi" das células,
precisamos de ter muito cuidado quanto à quantidade de luz
que projetamos na célula.
De outra forma, podemos acabar com uma célula frita.
E acontece que não é nada natural
tentar observar uma célula danificada
cujo comportamento foi significativamente alterado.
Vejamos esta célula, por exemplo.
Está assente numa lâmina de vidro.
Estão a ver as manchas por toda a parte?
Estas manchas representam máquinas moleculares
que se estão a montar na superfície da célula,
a fim de poderem transportar o alimento do exterior para dentro da célula.
O nosso laboratório usa uma a chamada microscopia de lâmina de luz reticulada
que gera uma faixa de luz extremamente fina,
que pretende não danificar as células
ou não introduzir demasiada luz no sistema.
Quando fazemos isto,
podemos observar a dinâmica desse processo, durante muito mais tempo
sem exercer pressão nessas células.
Temos usado esta técnica microscópica e estes instrumentos
para compreender como é que os vírus infetam as células.
Neste exemplo, expusemos a célula ao rotavírus.
É um agente patogénico extremamente contagioso
que mata mais de 200 000 pessoas por ano.
Observando estas moléculas, estas partículas de vírus,
como se espalham pela superfície das células,
podemos compreender as regras por que se regem.
Quando compreendermos essas regras, podemos começar a iludi-las,
quer através de terapias com medicamentos inteligentes,
para minimizar, gerir ou mesmo impedir
que o vírus se fixe na célula, primeiro que tudo.
Tornámos visível o invisível,
mas mantém-se a questão:
quando é que podemos acreditar naquilo que vemos?
Tudo aquilo que vos mostrei até agora,
tem sido uma célula prisioneira numa lâmina de vidro
ou numa placa de Petri,
Acontece que as células não evoluem numa lâmina de vidro
Elas não evoluem isoladamente
e não evoluem fora do seu contexto fisiológico.
Para compreender realmente o comportamento natural das células,
precisamos de as observar em ação, no local a que pertencem.
Então, observemos este sistema complexo.
Isto é um embrião de peixe-zebra em desenvolvimento,
onde observamos células que se estão a organizar
a fim de formar tecidos, para formarem sistemas de órgãos.
Observando o filme de novo, vemos que, ao fim de umas 20 horas,
começa a formar-se o olho e o rabo do peixe-zebra.
Podemos observar isto, não nesta resolução baixa,
podemos observar isto com um pormenor sofisticado,
e queremos observar isto a três dimensões
ao longo de minutos, segundos, horas, ou até dias.
O problema com estes sistemas complexos
é que distorcemos a luz,
distorcemos a luz que projetamos sobre eles,
o que faz com que as imagens registadas fiquem esbatidas.
Acontece que os astrónomos tiveram um problema semelhante,
mas, para eles, o problema ocorre
quando eles tentam registar a luz de estrelas distantes
com telescópios que estão situados no planeta.
O problema é que, quando a luz viaja milhares de anos-luz,
e atinge a nossa atmosfera turbulenta, repentinamente,
a luz fica distorcida.
Mas, felizmente, eles também arranjaram uma solução para isto
há mais de 50 anos.
Geram uma estrela artificial
a cerca de 90 quilómetros da superfície da Terra
e usam essa luz,
que passa pela mesma atmosfera turbulenta,
tal como a luz da estrela distante
e conseguem compreender como é que a luz fica distorcida
e arranjam um espelho que pode mudar a forma dela
para compensar ou desfazer essa distorção.
Nós aproveitámos estas ideias
e implementámo-las no nosso sistema de microscópios.
Quando fizemos isso,
pudemos desfazer mais ou menos a complexidade da distorção
e a imprecisão que ocorria
em consequência dos sistemas complexos.
Fizemos isso com o peixe-zebra.
Gostamos do peixe-zebra porque, tal como nós, é um vertebrado,
mas, ao contrário de nós, é quase todo transparente.
Isso significa que, quando projetamos luz neles,
podemos observar as dinâmicas celular e subcelular
com um pormenor sofisticado.
Vou mostrar-vos um exemplo.
Neste vídeo, estamos a ver a espinha e o músculo dum peixe-zebra.
Podemos ver a organização das células
— centenas de células neste volume, em especial —
na presença e na ausência de óticas adaptativas.
Com estes instrumentos,
podemos observar mais nitidamente do que conseguíamos anteriormente.
E, num exemplo muito específico,
ao ver como o olho se desenvolve no peixe-zebra,
podemos ver o movimento
no interior do embrião em desenvolvimento deste peixe-zebra.
Vemos as células que dançam em volta.
Num dos exemplos, vemos como a célula se está a dividir.
Noutro exemplo,
vemos as células a tentarem chegar a sítios
e a apertarem-se contra outra célula.
E no último exemplo, vemos uma célula a empurrar grosseiramente as vizinhas,
dando-lhes encontrões.
Estão a ver?
Esta tecnologia permite-nos observar cada vez melhor
quase como se estivéssemos a ver células isoladas numa lâmina de vidro
onde são mantidas prisioneiras.
Para demonstrar a promessa que esta tecnologia contém,
fizemos parcerias com alguns dos melhores cientistas de todo o mundo.
Começámos a colocar uma série de questões fundamentais
em que já começámos a trabalhar m conjunto.
Por exemplo, como é que o cancro se espalha pelo corpo?
Neste exemplo, estamos a ver células humanas de cancro da mama
que estão em vias de migrar,
utilizando os vasos sanguíneos que estão marcados a magenta.
Estão a usar estes vasos sanguíneos como autoestradas
para se movimentarem.
Vemo-las esgueirando-se pelos vasos sanguíneos.
Vemo-las rolando sempre que há espaço suficiente.
Num dos exemplos, vemos o que parece ser um "trailer"
para um próximo filme "Alien, o Oitavo Passageiro".
Esta célula cancerosa está a tentar abrir caminho pelo vaso sanguíneo
para invadir outra parte do corpo.
No último exemplo que vou mostrar
estamos a tentar compreender como se desenvolve a orelha.
Neste caso, fomos totalmente ofuscados por neutrófilos rastejantes.
Estas células imunitárias estão basicamente sempre a patrulhar,
Nunca descansam.
Estão sempre a trabalhar para perceberem se há qualquer perigo estranho
a tentar perceber se há qualquer infeção.
Eles auscultam o ambiente, estão em constante movimento.
Agora podemos ver estas imagens e estes movimentos
com maior pormenor do que era possível ver até agora.
Como acontece com todas as novas tecnologias,
com as novas capacidades aparecem novos problemas.
Para nós, o maior é como manipulamos os dados.
Estes microscópios geram uma tonelada de dados.
Geramos entre um a três terabytes de dados por hora.
Para colocar em contexto,
estamos a encher dois milhões de disquetes por hora,
para os membros da audiência com mais experiência.
(Risos)
Mais ou menos, cerca de 500 DVD
ou, para colocar num contexto melhor para a geração Z,
enchemos por hora cerca de uma dúzia de iPhones 11.
Temos uma tonelada de dados.
Temos de encontrar novas formas de visualizar isto,
novas formas de extrair informações biologicamente significativas
destes conjuntos de dados.
Mais importante ainda,
queremos garantir que podemos pôr estes microscópios avançados
nas mãos de cientistas de todo o mundo.
Vamos disponibilizar gratuitamente os planos destes microscópios.
Mas a parte fundamental
é que precisamos de colaborar ainda mais para causar impacto.
Estamos a reunir cientistas
que podem desenvolver novos instrumentos biológicos e químicos.
Estamos a trabalhar em conjunto com cientistas de informação
e cientistas instrumentalistas
para conseguirmos obter e gerir os dados.
E, como estamos a disponibilizar estes instrumentos, gratuitamente,
para a academia e instituições sem fins lucrativos,
estamos a criar centros de imagiologia avançada para os guardar,
para conseguirmos reunir o grupo de pessoas que sejam microscopistas,
que sejam biólogos e informáticos,
e criar uma equipa que consiga resolver o tipo de problemas
que cada um de nós, individualmente, não consegue resolver.
Graças a estes microscópios,
a fronteira da ciência está novamente aberta.
Por isso, vamos observar em conjunto.
Obrigado.
(Aplausos)