Animations of unseeable biology

Pokazal vam bom

osupljive molekularne naprave,

ki sestavljajo živo tovarno vašega telesa.

Molekule so res izjemno majhne.

Ko rečem majhne,

to dejansko to pomeni.

Manjše so, kot meri valovna dolžina svetlobe,

zato jih ne moremo neposredno opazovati.

A znanost nam omogoča, da si lahko predstavljamo,

kaj se dogaja na molekularni ravni.

Lahko vam torej o molekulah pripovedujemo,

ne moremo pa jih vam neposredno pokazati.

Lahko si jih predstavljamo z risanjem.

Ta ideja pa pravzaprav ni nova.

Za znanstvenike je risanje vedno predstavljalo

del miselnega in raziskovalnega postopka.

Narišejo, kar vidijo z očmi preko tehnoloških

naprav, kot so teleskopi in mikroskopi,

in k temu dodajo svoje misli in ideje.

Izbral sem dva znana primera,

saj predstavljata znanstveno izražanje skozi umetnost.

Začel bom z Galileom,

ki je s prvim teleskopom na svetu

opazoval Luno.

S tem je spremenil naše dojemanje Lune.

V 17. stoletju so verjeli,

da je Luna popolno nebesno telo.

Galileo pa je videl kamnit, nerodoviten svet,

ki ga je izrazil skozi akvarelno slikanje.

Drug znanstvenik z izjemnimi idejami,

superzvezdnik biologije, je Charles Darwin.

Ta znamenit zapis v njegovi beležnici

začne v zgornjem levem kotu z besedo "Mislim,"

zraven pa je skica prvega rodoslovnega drevesa,

njegove predstave,

da so vse vrste, vsa živa bitja na Zemlji,

povezana z evolucijsko zgodovino --

izvorom vrst preko naravnega izbora

in odstopanjem od populacije prednikov.

Čeprav sem sam znanstvenik,

so se mi predavanja molekularnih biologov

zdela popolnoma nerazumljiva

zaradi posebnega tehničnega jezika in žargona,

s katerim so opisovali svoje delo,

dokler nisem odkril umetnin Davida Goodsella,

molekularnega biologa na inštitutu Scripps.

Na njegovih slikah

je vse točno in v pravem merilu.

Njegovo delo mi je osvetlilo razumevanje

molekularnega sveta znotraj nas.

To je prikaz krvi.

V zgornjem levem delu je rumeno-zeleno območje.

Gre za tekočino v krvi, ki je večinoma iz vode,

a tudi iz protiteles, sladkorjev,

hormonov in podobnega.

Rdeče območje predstavlja prerez rdeče krvničke.

Te rdeče molekule so hemoglobin.

V resnici so rdeče in to daje krvi barvo.

Hemoglobin deluje kot molekularna spužva,

ki vsrka kisik iz vaših pljuč

in ga prenaša po drugih delih telesa.

Ta slika me je pred mnogo leti izjemno navdušila,

da sem prišel na idejo uporabe računalniške grafike

za predstavitev molekularnega sveta.

Kako bi izgledal?

Tako sem torej začel. Pa poglejmo.

To je DNK v običajni obliki dvojne vijačnice.

Strukturo smo določili z rentgensko kristalografijo,

zato gre za pravilen model DNK.

Če dvojno vijačnico odvijemo in razpremo niza,

vidite majhne zobce.

To so črke genskega zapisa,

25.000 genov, zapisanih v vašem DNK.

V mislih imamo torej to,

ko govorimo o genskem zapisu.

A želel bi predstaviti drugačen pogled na znanost DNK,

in sicer fizikalno naravo DNK.

Ta dva niza tečeta v nasprotnih smereh,

a o razlogih za to kdaj drugič.

Fizično torej potekata v nasprotnih smereh,

kar ustvari mnogo zapletov za vaše žive celice,

kar boste tudi videli,

še posebej pri kopiranju DNK.

Pokazal vam bom

natačno predstavitev dejanskega mehanizma

podvojevanja DNK, ki se trenutno odvija v vašem telesu,

vsaj pri biologiji, znani leta 2002.

DNK torej z leve strani vstopi na tekoči trak

in trči ob ta skupek, te majcene biokemične naprave,

ki razpirajo verigo DNK in ustvarjajo natančno kopijo.

DNK torej vstopi in trči ob

modro strukturo v obliki krofa,

kjer se razpre na dva niza.

En niz se lahko prepiše neposredno

in vidite, kako se navija navzdol.

A pri drugem nizu je postopek bolj zapleten,

saj mora biti prepisan v nasprotni smeri.

Ta niz se v zankah

prepisuje po delčkih

in ustvarja dve novi molekuli DNK.

Milijarde takih naprav trenutno

neumorno delajo v vaših telesih

in prepisujejo vaš DNK z izjemno natačnostjo.

Ta natančna predstavitev prikazuje tudi

bolj ali manj točno hitrost dejanskega postopka.

Izpustil sem popravo napak in precej drugih podatkov.

To je delo izpred mnogo let.

Hvala.

To je delo izpred mnogo let, sedaj pa vam bom

pokazal posodobljeno znanost in tehnologijo.

Še enkrat, začnemo z DNK.

Tako miga zaradi mešanice molekul okrog nje,

ki pa smo jih odstranili, da lahko vidite bistveno.

DNK v premeru meri okrog dva nanometra,

kar je resnično malo.

A v vsaki vaši celici je vsak niz DNK

dolg od 30 do 40 milijonov nanometrov.

Da je DNK urejena in s tem tudi dostop do genskega zapisa,

je zavita okrog teh vijoličnih beljakovin,

kot so označene tukaj.

Zavita in zamotana je okrog njih.

Pri tem gre le za en sam niz DNK.

Ta celoten velik paket DNK pa se imenuje kromosom.

K njim se bomo vrnili čez minuto.

S pogledom se torej oddaljujemo

skozi jedrno poro, ki predstavlja

pot do tega oddelka, kjer se nahaja DNK,

imenovan jedro.

To celotno področje zahteva kak semester

pri biologiji, jaz pa imam le sedem minut.

Torej tega ne bomo mogli pokazati danes?

Ne, rekli so mi, da ne.

Tako je videti živa celica skozi svetlobni mikroskop.

Posneta je pospešeno, zato jo vidite v gibanju.

Jedrna ovojnica se pretrga, zanimajo pa nas

te podolgovate stvari oz. kromosomi.

Njihovo gibanje je presenetljivo,

označeno pa je z rožnato barvo.

Ko celice čutijo, da so pripravljene,

pretrgajo kromosom.

En niz DNK gre na eno stran,

druga stran pa dobi novega

oz. identično kopijo DNK.

Nato se celice razpolovijo.

Še enkrat, milijarda celic gre prav zdaj

skozi ta postopek v vašem telesu.

Vrnili se bomo nazaj in osredotočili na kromosome

ter opisali njihovo strukturo.

Spet smo pri tem trenutku delitve.

Kromosomi se poravnajo.

Osredotočimo se le na en kromosom,

ga izvzamemo in si ogledamo njegovo strukturo.

To je ena od večjih molekularnih struktur v vašem telesu,

vsaj kar smo jih odkrili doslej.

To je en kromosom.

V vsakem imate dva niza DNK.

En je zavit v en sveženj,

drug pa v drugega.

To, kar izgleda kot mačje brčice na vsaki strani,

je dinamični gradbeni oder celice.

Imenujejo se mikrotubuli. Ime ni tako pomembno.

Osredotočili se bomo na to rdeče označeno območje,

ki predstavlja stičišče med

dinamičnim gradbenim odrom in kromosomi.

To je ključno za gibanje kromosomov.

Ne vemo, kako pride do tega gibanja.

Ta kinetični lok je predmet

intenzivnega preučevanja že več kot sto let

in šele začenjamo odkrivati, za kaj gre.

Sestavlja ga okrog 200 različnih vrst beljakovin,

skupaj na tisoče beljakovin.

Je sistem širjenja signala.

Preko kemičnih signalov

sporoča preostali celici, kdaj je pravi čas,

kdaj čuti, da je vse na pravem mestu in

pripravljeno za delitev kromosomov.

Lahko se pripne na mikrotubule, ki rastejo in se krčijo.

Sodeluje pri rasti mikrotubulov

in nanje se lahko začasno pripne.

Je tudi sistem zaznavanja pripravljenosti.

Zaznava, kdaj je celica pripravljena,

kdaj je kromosom pravilno postavljen.

Tu se obarva zeleno,

saj zazna, da je vse na pravem mestu.

Kot vidite, je tu še majhen del,

ki je še vedno rdeč.

Pomika se vzdolž mikrotubulov.

Ta sistem sporoča signal zaustavitve.

Odhaja stran. Dobesedno tako mehansko je.

To je urni mehanizem molekule.

Tako deluje vaše telo na molekularni ravni.

Da bi bila molekula še bolj privlačna,

so tu še kinezini v oranžni barvi,

majhne molekularne kurirske celice, ki se pomikajo v eni smeri.

Imamo tudi dineine, ki nosijo ta informacijski sistem.

S svojimi dolgimi nogami se lahko izognejo oviram.

Vse to je točen prikaz

znanstvenih odkritij.

Težava je, da tega ne moremo prikazati drugače.

Raziskovanje novega področja znanosti,

novega področja človeškega razumevanja,

je noro.

Odkrivanje teh stvari

je gotovo prijetna spodbuda za delo v znanosti.

A večina raziskovalcev v medicini --

Odkrivanje teh stvari

so le koraki na poti do velikih ciljev,

kot je izkoreninjanje bolezni,

trpljenja in nesreče, ki jih povzročajo,

ter popeljati ljudi iz revščine.

Hvala vam.

(Aplavz)