Hayatı açıkça eylem hâlinde görmeden anlamaya çalışmak,
uzaylıların sadece birkaç fotoğrafa bakarak
futbolun kurallarını anlamaya çalışmasına benzer.
Bu görüntülerden çok şey öğrenebiliriz.
Örneğin, saha içinde ve dışında da oyuncular vardır.
Müzik grubu,
oyunu izlerken eğlenen ponpon kızlar bile vardır.
Tabii ki fotoğraflardan öğrendiklerimize rağmen,
oyunun kurallarını bir araya getiremeyiz.
Bunu yapabilmek için
oyunu gerçek eylem anında izlemeliyiz.
Hayatın işleyişi hakkında bildiklerimizin çoğu,
bu tür fotoğraflardan elde edilir.
Bilim insanları benzer fotoğraflara bakarak çok şey çözebildiler
ancak hayatın işleyişini kusursuzca anlayabilmek için
onu eylem anında izlemeleri gerekir
ve burası esasen hayatın gerçekleştiği,
temel biriminin işleyişini anlamaya çalıştığımız noktadır.
Bunu izleyebilmek için
yaşamın işleyişini anlayabilmemiz gerek.
Karıncalara kıyasla,
insan hücresi hacimce yaklaşık bir milyon kez küçüktür.
Karıncanın yanındaki hücreyi görebiliyor musunuz?
Tam orada.
Hücreyi görebilmek için
görünmeyeni görünür kılmalıyız
ve bunu mikroskoplarla yaparız.
Bu mikroskopla değil.
Tam da bunun gibi inşa ettiğimiz şeyler.
Bir nevi paparazzi olmamı sağlıyor.
İnsanlardan ziyade,
ünlü hücrelerin fotoğrafını çekmekle ilgileniyorum.
Şimdiye kadar kariyerimde izlediğim yol biraz rüzgârlıydı.
Çocukluğumda başlayan takıntı, bilgisayar bilimlerine tutkuya dönüştü;
ani bir geçişle mühendisliğe
ve son olarak çok keskin bir geçişle hücre biyolojisini anlamaya geçti.
Şimdi ise bu disiplinlerin birleşimi
beni bulunduğum yere getirdi.
Tek bir net hedefle disiplinlerarası araştırma yapabilirim.
Amaç, bireysel olarak çözemediğimiz problemleri
bu farklı disiplinlerden uzmanları bir araya getirerek
yenilikler geliştirmek ve keşfetmek.
Hücreyi anlamakla ilgileniyoruz.
Hücre nedir?
Hayatın temel birimidir.
Kabaca bir poşet gibidir.
İçerisinde trilyonlarca cansız molekül olan bir poşet.
Bu moleküller proteinler, karbohidratlar ya da yağ olabilir.
Yarım asırdan fazladır moleküler biyologlar ve biyokimyacılar,
bu proteinleri karanlıkta görünür kılmanın yollarını buldular.
Tıpkı ateşböceği gibi parlıyorlar.
Bugün mikroskop geliştiricileri,
bu moleküllerden yayılan ışığı yakalayabilmek için
daha iyi ve daha iyi araçlar geliştirebiliyorlar.
Bilgisayar bilimcileri ve matematikçiler,
kayıt altına alınan sinyalleri artık anlayabiliyorlar.
Böylece tüm bu araçları bir araya getirerek
bu moleküller arasındaki organizasyonu gerçekten anlamaya başladık.
Bu hücrelerin içinde,
zamanla nasıl değiştiği
ve temelde asıl ilgilendiğimiz
yaşamın özündekini anlayabilmektir.
Bu nedenle geleneksel olarak iki boyutla sınırlı olan tasavvurumuzu
üçüncü boyuta çıkarabilmeyi istiyoruz.
Peki, iki boyutlu bir görüntüyü üçüncü boyuta nasıl çıkarırsınız?
Gayet basit.
Örneklemeyi aşağı ve yukarı hareket ettirerek
bir dizi iki boyutlu görüntü elde ettik.
Sonra görüntüleri birbiri üzerine istifleyerek
üç boyutlu bir hacim yaratmış olduk.
Bu yaklaşımdaki problem geleneksel mikroskoplarda,
sisteme çok fazla enerji taşırıyorlar.
Bu şu anlama geliyor: Burada gördüğünüz hücre,
çok fazla ışık kirliliğine maruz kalıyor
ve problem de bu.
Biraz daha iyi açıklamama izin verin.
Örneğin,
diyelim ki bu gezgende hayat tek bir güneşle evrimleşti, ki öyle.
Bu sokaktaki insanları alışverişteki tutumlarını anlamak için
gözlemlemek istediğimi varsayalım:
Vitrinlerin önünde ne kadar zaman geçiriyorlar,
kaç tane mağazaya giriyorlar
ve her bir mağazada ne kadar vakit geçiriyorlar.
Bir kahve dükkanında oturup onları izliyor olsaydım
çoğu onları izlediğimi fark etmeyecekti bile.
Peki, birdenbire beş hatta on güneş gücünde
parıldamaya başlasaydım ne olurdu?
Normalde davrandıkları gibi davranırlar mıydı?
Dışarıda uzun süre oyalanırlar mıydı?
Bu kadar güneş ışığının bir sonucu olarak
davranışının değişmeyeceğine inanabilir miyim?
Hayır.
Günümüzde çoğu mikroskop
ve geleneksel mikroskoplar,
gerçekte evrimleştiğimiz gezegendeki ışığın
on ile on bin katına kadar güneş ışığına maruz bırakabilirler.
Bu yüzden hücrenin hayatını gözlemleyen biri olarak
hücreyi ne kadar ışığa maruz bıraktığımıza çok dikkat etmemiz gerek.
Yoksa elimizde kızarmış bir hücre ile kalabiliriz.
Buradan anlıyoruz ki
davranışı değişmiş bir hücreden doğal anlamda öğrenilecek hiçbir şey yoktur.
Örneğin, şu hücreyi ele alalım.
Bir çam parçasınının üzerinde duruyor.
Lekeleri görüyor musunuz?
Bu lekeler, hücre dışından içeriye
besinin ulaştırılabilmesini sağlayan
yüzeye yerleşmiş moleküler makineleri temsil ediyor.
Laboratuvarımız, son derece ince bir ışık tabakası üreten,
hücrelere hasar vermemeyi sağlayan
ya da sistemi çok fazla ışığa maruz bırakmayan
ışık tabakası kafesi isimli bir bir yöntem kullanıyor.
Bu sayede,
hücredeki süreç dinamiklerini
çok fazla strese sokmadan daha uzun süre izleyebiliyoruz.
Virüslerin hücreleri nasıl enfekte ettiğini anlamak için
bu mikroskopi tekniklerini ve araçlarını kullanıyoruz.
Burada hücreyi rotavirüse maruz bıraktık.
Her yıl iki yüz bin insanı öldüren aşırı bulaşıcı bir patojen.
Bu virüslere ait moleküler parçaları izleyerek
hücre yüzeyinden içeriye girebilmek için
oynadıkları oyunların kurallarını gerçekten anlayabiliyoruz.
Bu kuralları anladığımızda onları alt etmeye başlayabiliriz.
İlaç yoluyla olsun ya da olmasın
hastalığı hafifletebilir, yönetebilir,
hatta ilk aşamada hücreye bağlanmasını önleyebiliriz.
İşte böyle görünmeyeni görünür yaptık
ancak soru hâlâ duruyor:
Gördüklerimize ne zaman inanabiliriz?
Bu noktaya kadar gösterdiklerimin hepsi
bir parça cama veya petri kabına hapsedilmiş bir hücre idi.
Hücrelerin bir cam üzerinde evrimleşmediğini biliyoruz değil mi?
İzole şekilde evrilmediler
ve fizyolojik bağlamın dışında da evrimleşmediler.
Hücrelerin davranışını çözmek için
onları eylem anında, evlerindeyken izleyebilmeliyiz.
Peki, şu karmaşık sisteme bir bakalım.
Bu gelişmekte olan bir zebra balığı embriyosu.
Dokuları ve organ sistemlerini
oluşturmak için organize oldukları yer.
Filmi bir kez daha izlersek
yirmi saatte gözün ve kuyruğun oluşmaya başladığını görüyoruz.
Bunu bu kadar düşük çözünürlükte izlemek zorunda değiliz.
Bunu enfes detaylarla
ve üçüncu boyutta saniyeler, dakikalar, saatler,
hatta günler boyunca izleyebiliriz.
Bu kadar karmaşık sistemlerle ilgili sorun
ışığın dağılması
ya da ışığa maruz kalan hücrelerin ışığı dağıtmasıyla
son derece bulanık görüntüler kaydetmemize sebep olması.
Burada astronomların karşılaştığı sorunla karşılaşıyoruz.
Ama onlar için sorun
yeryüzündeki teleskoplarla
uzak yıldızlardan gelen ışığı kaydetmeye çalıştıklarında başlıyor.
Sorun, binlerce ışık yılı uzaktan gelen ışığın
aniden çalkantılı atmosferimize çarparak dağılması.
Neyse ki bunun için yarım yüzyıldan fazladır çözümleri var.
Yaptıkları şey, dünya yüzeyinin yaklaşık doksan kilometre yukarısında
bir yapay yıldız oluşturup
uzaklardan gelen ışıkta olduğu gibi
aynı çalkantılı atmosferden geçen bu ışığın nasıl dağıldığını anlayabilmek
ve bu saçılımı telafi edebilmek için
kendi şeklini değiştirebilen bir ayna kullanmak.
Biz ise bu fikirleri aldık,
kendi mikroskop sistemimize uyguladık.
Bunu yaparken
saçılma düzeyine göre az ya da çok telafi elde edebilirsiniz.
Sistemlerin karmaşıklığı sonucu bu belirsizlik doğar.
Bu zebra balığında bunu yaptık.
Zebra balığını severiz, çünkü bizim gibi omurgalılar.
Bizim aksimize genelde saydamlar.
Bunun anlamı ışığı onlara doğrulttuğumuzda,
hücresel ve hücre altı dinamikleri inanılmaz detaylarda izleyebiliyoruz.
Bir örnek göstereyim.
Bu videoda zebra balığının omuriliğini ve kaslarını izliyorsunuz.
Uyarlanabilir optiğin varlığında ve yokluğunda
belirli bir hacimdeki yüzlerce hücrenin farkını görebiliyoruz.
Bugün bu araçlarla daha önce olduğundan daha net bir şekilde gözlemleyebiliyoruz.
Daha spesifik bir örnekte,
zebra balığının gözlerinin gelişimini görüyorsunuz.
Gelişmekte olan zebra balığı embriyosu içindeki karmaşayı görebiliyorsunuz.
Etrafta dans eden hücreleri görebilirsiniz.
Burada hücrenin nasıl bölündüğünü;
burada ise diğer bir hücreyi sıkıştırarak yer açmasını görüyorsunuz.
Son olarak burada, komşularını yumruklayarak
son derece kaba davranan bir hücre görüyorsunuz, değil mi?
Bu teknoloji, bir cam praçasına hapsettiğimiz tek bir hücreyi
daha derin ve daha net bir şekilde izleyebilmemizi sağlıyor.
Teknolojinin sahip olduğu potansiyeli göstermek için
dünyanın her yerinden en iyi bilimcilerle iş birliği yaptık
ve birlikte çalıştığımız şey üzerinde
bir dizi temel soru sormaya başladık.
Örneğin, kanser vücuda nasıl yayılır?
Bu örnekte, eflatun renkte görünen kan damarlarını kullanarak
temelde bir çeşit göç yapan
meme kanseri hücrelerini görüyorsunuz.
Kan damarlarını içerisinde hareket etmek için otoyol olarak kullanıyorlar.
Kan damarları içerisinde sıkıştıklarını görebilirsiniz.
Yer olmadığı için yuvarlanırken görebilirsiniz.
Burada, Ridley Scott'ın gelecek
Yaratık filminin tanıtımını görebilirsiniz.
Bu kanser hücresi vücudun başka bir bölgesini işgal etmek üzere,
tam anlamıyla damardan dışarıya çıkmaya çalışıyor.
Göstereceğim son örnekte,
kulağın nasıl geliştiğini anlamaya çalışıyoruz.
Burada nötrofilin çabalarını takdir ettik.
Bu bağışıklı hücreleri sürekli devriye geziyorlar.
Duraksayacak zamanları yok.
Herhangi bir yabancı tehlikesine karşı daima çalışıyor,
enfeksiyon olup olmadığını kontrol ediyorlar.
Etrafta sürekli gezerek çevreyi hissediyorlar.
Bugün şimdiye kadarki en yüksek detaylarda
hiç olmadığı kadar iyi görebiliyoruz.
Tüm yeni teknolojilerde olduğu gibi
yeni kabiliyetler yeni zorluklarla gelir.
Bizim için bu, verileri nasıl işleyeceğimizdir.
Bu mikroskoplar tonlarca veri üretirler.
Her hâlükârda, saatte bir ile üç terabayt veri üretiyoruz.
Hayal edebilmeniz için şöyle açıklayayım:
Daha deneyimli izleyicilerimiz için saat başı iki milyon disket dolduruyoruz.
(Gülüşmeler)
Kabaca yaklaşık 500 DVD'ye eşit
ya da Z kuşağının anlayabileceği şekilde,
saatte yaklaşık 12 iPhone11s dolduruyorum.
Çok fazla verimiz var.
Bunu göreselleştirmek için yeni yollar bulmalıyız.
Bu veri setlerinden anlamlı biyolojik bilgiyi elde etmek için
bu yeni yolları bulmalıyız
ve daha da önemlisi
bu gelişmiş mikroskopları dünyanın her yerindeki bilimcilerin
kullanımına sunabileceğimizden emin olmak istiyoruz.
Bu mikroskopların tasarımlarını ücretsiz olarak sunuyoruz.
Fakat anahtar nokta,
bir etki yaratmak için daha fazla işbirliği gerekiyor.
Biyoloji ve kimya alanlarında
araçlar geliştirmek isteyen bilimcileri bir araya getiriyoruz.
Verileri oluşturmak ve yönetebilmek için
veri mühendisleri ve enstürmantasyon mühendisleriyle birlikte çalışıyoruz.
Bu yüzden akademilere ve kâr amacı gütmeyen kuruluşlara
bu araçları ücretsiz sunuyoruz.
Ayrıca, biyolog ve hesaplama uzmanlarından oluşan
bir grup mikroskopisti bir araya getirmek için
gelişmiş görüntüleme merkezleri inşa ediyoruz.
Bireysel olarak çözemediğimiz problemleri çözmek için bir takım kuruyoruz.
Bu mikroskoplar sayesinde,
bilimin sınırları yeniden açık.
Tekrar birlikte bakalım.
Teşekkürler.
(Alkışlar)