Animações da biologia invisível

Não temos meios de observar diretamente moléculas e o que elas fazem. Drew Berry quer mudar isso. No TEDxSydney ele mostra suas animações cientificamente precisas (e divertidas!) que ajudam pesquisadores a ver processos invisíveis dentro de nossas células.

O que vou mostrar a vocês

são máquinas moleculares admiráveis

que criam o tecido vivo de seu corpo.

Moléculas são realmente minúsculas.

e por minúsculas,
quero dizer muito minúsculas.

São menores que o comprimento
da onda de luz,

assim, não é possível
observá-las diretamente.

Mas, através da ciência,
temos uma ideia razoavelmente boa

do que acontece na escala molecular.

Nós podemos falar sobre as moléculas,

mas não temos um meio direto
de lhes mostrar as moléculas.

Um modo de fazer isso
é desenhar figuras.

E essa ideia não é nada nova.

Cientistas sempre criaram figuras

como parte de seu processo
de raciocínio e descoberta.

Eles desenham figuras daquilo
que observam com os olhos,

através de tecnologias
como telescópios e microscópios,

e também sobre o que estão refletindo.

Escolhi dois exemplos bem conhecidos,

pois são famosos por expressar
a ciência através da arte.

E começo com Galileu

que usou o primeiro telescópio
do mundo para observar a Lua.

E ele transformou
nossa compreensão da Lua.

A percepção, no século 17, era de que
a Lua era uma esfera celestial perfeita.

Mas o que Galileu viu foi
um mundo rochoso e árido

que ele expressou através de aquarela.

Outro cientista com grandes ideias,
estrela da Biologia, é Charles Darwin,

com o famoso registro em seu caderno,
ele começa no topo do canto esquerdo

com "Eu penso", então rascunha
a primeira árvore da vida,

que é a percepção dele
de como todas as espécies,

todas as coisas vivas na Terra, estão
conectadas pela história da evolução.

A origem das espécies
através da seleção natural

e a divergência
de uma população ancestral.

Mesmo sendo cientista, eu costumava
ir a palestras de biólogos moleculares

e as achava totalmente incompreensíveis,

com toda aquela linguagem técnica
e jargões extravagantes

que usavam na descrição de seus trabalhos,

até que conheci a arte de David Goodsell,
um biólogo molecular no Instituto Scripps.

E seus desenhos são precisos
e estão em escala.

E seu trabalho iluminou para mim
como é o mundo molecular dentro de nós.

Esta é uma transeção do sangue.

No canto superior esquerdo, você tem essa área verde-amarela.

A área verde-amarela são os fluidos do sangue, que é predominantemente água,

mas há também anticorpos, açúcares,

hormônios, esse tipo de coisas.

E a região vermelha é um corte de uma célula de sangue vermelho.

E essas moléculas vermelhas são hemoglobina.

Elas são realmente vermelhas, é o que dá ao sangue sua cor.

E a hemoglobina atua como uma esponja molecular

que absorve o oxigênio em seus pulmões

e o carrega para outras partes do corpo.

Fui muito inspirado por esta imagem muitos anos atrás,

e imaginava se poderíamos usar computação gráfica

para representar o mundo molecular.

Como seria ele?

E foi assim que eu comecei realmente. Portanto, comecemos.

Isto é o DNA em sua forma clássica de dupla espiral.

E vem da cristalografia de raio X,

portanto é um modelo preciso de DNA.

Se desenrolamos a espiral dupla e separamos os dois filamentos,

você vê essas coisas que parecem dentes.

Essas são as letras do código genético,

os 25.000 genes que você tem escritos em seu DNA.

Tipicamente, é disto que falam --

o código genético -- é sobre isto que estão falando.

Mas quero falar sobre um aspecto diferente da ciência do DNA,

que é a natureza física do DNA.

São esses dois filamentos que correm em direções opostas

por razões que não vou comentar agora.

Mas, fisicamente eles correm em direções opostas,

o que cria uma série de complicações para suas células vivas,

como vão ver,

mais especificamente quando o DNA está sendo copiado.

O que vou mostrar a vocês

é uma representação precisa

da verdadeira máquina de replicação do DNA que está ocorrendo agora dentro de seu corpo,

no mínimo, biologia 2002.

Assim, o DNA está entrando na linha de produção do lado esquerdo,

e ele atinge este conjunto, essas máquinas bioquímicas em miniatura,

que estão rompendo o filamento de DNA e fazendo uma cópia exata.

Dessa forma o DNA entra

e atinge esta estrutura azul em forma de rosquinha

e é separado em dois filamentos.

Um filamento pode ser copiado diretamente,

e você pode ver essas coisas se enrolando aqui na base.

Mas as coisas não são tão simples para o outro filamento

porque ele deve ser copiado de trás para frente.

Assim ele é lançado fora repetidamente nesses laços

e copiado uma parte por vez,

criando duas novas moléculas de DNA.

Você tem bilhões dessas máquinas

trabalhando exatamente agora dentro de você,

copiando seu DNA com primorosa fidelidade.

É uma representação precisa,

e está muito próxima da velocidade correta para aquilo que está ocorrendo dentro de você.

Deixei de lado a correção de erros e um punhado de outras coisas.

Isto foi trabalho de vários anos atrás.

Obrigado.

Isto foi trabalho de vários anos atrás,

mas o que vou mostrar a seguir é ciência atualizada, é tecnologia atualizada.

Então, novamente, começamos com o DNA.

E está se balançando e movimentando ali por causa da sopa de moléculas ao redor,

que tirei fora a fim de que vocês pudessem ver alguma coisa.

O DNA tem aproximadamente dois nanômetros,

o que é realmente muito pequeno.

Mas em cada uma de suas células,

cada filamento do DNA tem a extensão de aproximadamente 30 a 40 milhões de nanômetros.

Assim, para manter o DNA organizado e regular o acesso ao código genético,

ele é envolvido por essas proteínas roxas --

ou eu as rotulei de roxas aqui.

Ele é embalado e empacotado.

Todo esse campo de visão é um único filamento de DNA.

Esse enorme pacote de DNA é chamado de cromossomo.

E voltaremos aos cromossomos em um minuto.

Estamos partindo, estamos saindo

através de um poro nuclear,

que é o acesso a esse compartimento que contém todo o DNA,

chamado núcleo.

Todo esse campo visual

vale aproximadamente um semestre de biologia, e eu levei sete minutos.

Então não vamos conseguir fazer isso hoje?

Não, disseram-me: "Não".

Esta é a forma como uma célula viva parece à luz do microscópio.

E está sendo filmada em aceleração, por isso é que você pode vê-la mover-se.

O envoltório nuclear se rompe.

Essas coisas em forma de salsicha são os cromossomos, e vamos focar neles.

Eles passam por essa movimentação impressionante

que está focada nesses pequenos pontos vermelhos.

Quando a célula sente que está pronta,

ela rasga o cromossomo.

Um conjunto de DNA vai para um lado,

o outo lado fica com o outro conjunto de DNA --

cópias idênticas de DNA.

Então a célula se separa no meio.

Novamente, você tem bilhões de células

sendo submetidas a esse processo agora dentro de você.

Agora vamos rebobinar e focar apenas nos cromossomos

e olhar para sua estrutura e descrevê-la.

Novamente, aqui estamos no momento da divisão.

Os cromossomos se alinham.

E isolamos apenas um cromossomo,

vamos extraí-lo e dar uma olhada em sua estrutura.

Esta é uma das maiores estruturas moleculares que você tem,

pelo menos até onde descobrimos até agora dentro de nós.

Este é um único cromossomo.

E você tem dois filamenteos de DNA em cada cromossomo.

Um é empacotado em uma salsicha.

O outro filamento é empacotado na outra salsicha.

Essas coisas que parecem bigodes esticados para fora de cada lado

são as estrururas dinâmicas de sustentação da célula.

Elas são chamadas microtúbulos. Esse nome não é importante.

Mas o que vamos focar é essa região vermelha -- eu a rotulei de vermelha aqui --

e ela é a interface

entre a estrutura dinâmica de sustentação e os cromossomos.

Obviamente ela é fundamental para o movimento dos cromossomos.

Não temos ideia realmente de como ela está realizando esse movimento.

Temos estudado essa coisa que eles chamam de orbe cinética

por mais de cem anos com estudos intensos,

e ainda estamos só começando a descobrir o que é isso.

Ela é feita de cerca de 200 tipos diferentes de proteínas,

milhares de proteínas no total.

É um sistema de transmissão de sinais.

Ela transmite através de sinais químicos

dizendo para o restante da célula quando está pronta,

quando ela sente que tudo está alinhado e pronto

para a separação dos cromossomos.

Ela é capaz de unir-se aos microtúbulos que estão crescendo e encolhendo.

Ela está envolvida com o crescimento dos microtúbulos,

e é capaz de transitoriamente juntar-se a eles.

É também um sistema de sensoriamento de atenção.

É capaz de perceber quando a célula está pronta,

quando o cromossomo está posicionado corretamente.

Está se tornando verde aqui

porque percebe que tudo está correto.

E vão ver, há este último pedacinho

que ainda permanece vermelho.

E ele é encaminhado para fora dos microtúbulos.

Esse é o sistema de transmissão de sinais enviando o sinal de parada.

E ele é encaminhado para fora. Quero dizer, mecânico assim mesmo.

É a máquina molecular.

Isso é como você trabalha na escala molecular.

Então com um pouquinho de atração molecular,

temos cinesina, que são aquelas laranja.

Saõ pequenos mensageiros que caminham em uma direção.

E aqui está a dineína. Carregam o sistema de transmissão.

E têm essas pernas longas para que possam ultrapassar obstáculos e coisas assim.

Novamente, isso tudo é precisamente derivado

da ciência.

O problema é que não podemos mostrar isso a vocês de nenhuma outra maneira.

Explorar na fronteira da ciência,

na fronteira da compreensão humana,

é alucinante.

Descobrir esta matéria

é certamente um incentivo agradável para trabalhar em ciência.

Mas muitos pesquisadores médicos --

descobrir a matéria

é simplesmente um passo ao longo do caminho para as grandes metas,

que são erradicar doenças,

eliminar sofrimento e miséria que a doença causa

e tirar as pessoas da pobreza.

Obrigado.

(Aplausos)