Ich wohne in Utah,
ein Ort bekannt für die beeindruckendsten
Landschaften auf der Welt.
Man wird leicht überwältigt von diesen Landschaften
und man ist fasziniert von diesen Alien-Formationen.
Als Wissenschaftlerin liebe ich es, die Natur zu beobachten.
Doch als Zellenbiologin
bin ich mehr daran interessiert,
die Natur in einem viel kleinerem Maßstab zu verstehen.
Als molekularer Animatorin arbeite ich mit anderen Forschern,
um Moleküle zu visualisieren, die so klein sind,
dass sie fast unsichtbar sind.
Diese Moleküle sind kleiner als die Wellenlänge des Lichts
und deswegen können wir sie nie direkt sehen,
selbst mit den besten Lichtmikroskopen.
Wie visualisiere ich also Dinge,
die wir nicht einmal sehen können?
Wissenschaftler, so wie meine Mitarbeiter,
können ihre gesamte Karriere daran arbeiten,
einen einzigen molekularen Prozess zu verstehen.
Dazu führen sie eine Reihe von Experimenten durch,
wo jedes zu einem kleinen Teil des Puzzles beiträgt.
Ein Experiment kann über die Form des Proteins informieren,
während ein anderes zeigt,
wie es mit anderen Proteinen wechselwirkt,
und ein weiteres zeigt uns wo man es in einer Zelle findet.
All diese Ergebnisse kann man benutzen, um eine Hypothese zu formulieren,
wie ein Molekül agieren könnte.
Meine Aufgabe besteht darin, diese Ideen in Animationen umzusetzen.
Dies kann schwierig sein,
weil Moleküle, einige verrückte Dinge machen können.
Aber diese Animationen können für Forscher sehr nützlich sein,
um Ihre Ideen zu kommunizieren wie diese Moleküle funktionieren.
Sie erlauben uns auch die molekulare Welt,
durch ihre Augen zu sehen.
Ich möchte einige Animationen zeigen,
eine kurze Tour darüber
was ich als Naturwunder der molekularen Welt betrachte.
Hier eine Immunzelle.
Diese Art von Zellen müssen durch unsere Körper kriechen,
um Eindringlinge wie pathogene Bakterien zu finden.
Diese Bewegung wird durch eins meiner Lieblingsproteine erzeugt,
das Aktin,
welches ein Teil des Zytoskeletts ist.
Im Gegensatz zu unserem Skelett,
werden Aktinfilamente ständig gebildet und zerlegt.
Das Aktin-Zytoskelett spielt eine sehr wichtige Rolle in unseren Zellen.
Sie ermöglichen Zellformänderungen,
Zellbewegungen, Anhaftung auf Oberflächen,
und können auch Bakterien verschlingen.
Aktin ist auch an einer anderen Art Bewegung beteiligt.
In unseren Muskelzellen bilden Aktinstrukturen reguläre Filamente,
die wie Stoff ausschauen.
Bei Anspannung der Muskeln ziehen sich die Filamente zusammen
und gehen auf ihren Originalzustand zurück,
wenn die Muskeln entspannen.
Andere Teile des Zytoskeletts, in diesem Fall Mikrotubuli,
sind verantwortlich für den Langstreckentransport.
Man kann sie sich als zellulare Autobahnen vorstellen,
die Dinge von einer Seite der Zelle auf die andere bewegt.
Anders als bei Straßen, wachsen und schrumpfen Mikrotubuli,
sie erscheinen bei Bedarf
und verschwinden, wenn ihre Aufgabe erfüllt ist.
Die molekulare Variante des LKWs
sind sogenannte Motorproteine,
die sich am Mikrotubuli entlang bewegen können,
und manchmal riesige Frachten
wie Organellen hinterher schleppen.
Diese Motorproteine werden als Dynein bezeichnet
und können in Gruppen zusammenarbeiten,
die, zumindest für mich, fast wie ein Pferdegespann ausschauen.
Wie sie sehen können, ist die Zelle ein äußerst wechselhafter, dynamischer Ort,
wo Dinge ständig gebildet und zerlegt werden.
Aber manche Strukturen
sind schwerer auseinanderzunehmen
und Spezialkräfte müssen geholt werden,
so dass die Strukturen rechtzeitig auseinandergenommen werden.
Diese Arbeit wird teils mit Proteine wie diesen gemacht.
Diese Donut-förmigen Proteine,
von denen es viele Arten in der Zelle gibt,
scheinen alle Strukturen zu zerlegen,
indem sie praktisch Proteine durch ein zentrales Loch ziehen.
Wenn diese Proteinart nicht richtig funktioniert,
können Proteine, die auseinander gerissen werden sollen,
manchmal zusammenkleben und sich anhäufen.
Das kann zu schlimmen Krankheiten wie Alzheimer führen.
Jetzt schauen wir uns den Kern an,
der unsere Genome also DNA beherbergt.
In allen unseren Zellen
wird unsere DNA von mehreren Proteinen gepflegt und erhalten.
Die DNA wird um Proteine namens Histon gewickelt,
die es Zellen ermöglichen, eine große Menge an DNA in unseren Kern zu packen.
Diese Maschinen sind sogenannte Chromatin-Remodeler
und sie arbeiten so, dass sie die DNA um die Histone schieben,
was dazu führt, dass neue DNA-Stücke exponiert werden.
Diese DNA kann dann von anderen Maschinen erkannt werden.
In diesem Fall, sucht diese große molekulare Maschine
ein Segment der DNA,
das den Anfang eines Gens zeigt.
Sobald es ein Segment findet,
erfährt es eine Reihe von Formänderungen,
die es erlauben mehr Maschinen einzubeziehen,
die es wiederum einem Gen erlauben eingeschaltet oder übertragen zu werden.
Dies muss ein streng regulierter Prozess sein,
weil ein zur falschen Zeit eingeschaltetes falsches Gen
katastrophale Folgen haben kann.
Wissenschaftler können jetzt Proteinmaschinen benutzen,
um Genome zu bearbeiten.
Sie haben sicherlich schon mal von CRISPR gehört.
CRISPR nutzt ein Protein bekannt als Cas9,
das entwickeln werden kann,
um eine bestimmte Sequenz von DNA zu erkennen und zu schneiden.
In diesem Beispiel,
werden zwei Cas9 Proteine benutzt, um ein problematisches Stück DNA zu entfernen.
Zum Beispiel, ein Teil eines Gens, das zu einer Krankheit führen kann.
Zellulare Maschinen werden dann dazu verwendet,
um die zwei Enden der DNA wieder zusammenzukleben.
Als molekulare Animatorin
ist eine der größten Herausforderungen die Unsicherheitsdarstellung.
Alle Animationen repräsentieren Hypothesen,
wie sich meine Mitarbeiter Prozesse vorstellen,
basierend auf den besten verfügbaren Daten.
Aber für viele molekulare Prozesse,
sind wir noch in der Anfangsphase, Dinge zu verstehen
und es gibt viel zu lernen.
In Wahrheit sind diese unsichtbaren molekularen Welten
riesig und meist unerforscht.
Für mich sind diese molekularen Landschaften
genauso spannend zu erforschen wie die natürliche Welt,
die überall um uns herum sichtbar ist.
Vielen Dank.
(Applaus)