Animacije nevidljive biologije | Dru Beri | TEDxSydney

Nemamo načina da direktno posmatramo molekule i ono što oni rade - Dru Beri želi da to promeni. On pokazuje svoje naučno precizne (i zabavne!) animacije koje pomažu istraživačima da vide nevidljive procese unutar naših ćelija.

Ovaj govor je održan na TEDx događaju koji koristi format TED konferencije, ali ga nezavisno organizuje lokalna zajednica. Saznajte više na http://ted.com/tedx.

Pokazaću vam
zadivljujuće molekularne mašine

koje stvaraju živu materiju vašeg tela.

Molekuli su stvarno, stvarno malecki.

A kada kažem mali,

stvarno to mislim.

Manji su od talasne dužine svetlosti,

pa zato ne postoji način
da ih direktno posmatramo.

Ali zahvaljujući nauci,
imamo prilično dobru predstavu

šta se događa na nivou molekula.

Zato zapravo možemo
da vam pričamo o molekulima,

ali nemamo neposredan način
da vam pokažemo molekule.

Jedan način da to prevaziđemo
jeste slikanje.

Ova ideja nije stvarno nova.

Naučnici su oduvek slikali,

to je deo razmišljanja
i procesa pronalaženja.

Slikaju ono što posmatraju očima,

koristeći tehnologije
kao što su teleskopi i mikroskopi,

i takođe ono o čemu razmišljaju.

Izabrao sam dva poznata primera,

jer su poznata po prikazivanju
nauke putem umetnosti.

Počeću sa Galilejem,

on je koristio prvi teleskop na svetu

da posmatra Mesec.

Transformisao je način
na koji razmišljamo o Mesecu.

U 17. veku se smatralo

da je Mesec savršena nebeska sfera.

Ali je Galilej video da je to
stenovit, pust svet,

koji je prikazao na svojim akvarelima.

Još jedan naučnik sa velikim idejama,

velika zvezda biologije, je Čarls Darvin.

Čuveni prikaz u njegovoj svesci

on započinje komentarom
u gornjem levom uglu: ''Ja mislim,''

a onda skicira prvo drvo života,

što je njegovo viđenje

opšte povezanosti svih vrsta,
svih živih stvari na Zemlji,

evolucionom istorijom,

to je nastanak vrsta
putem prirodne selekcije

i odvajanje od populacije predaka.

Čak i kao naučnik,

išao sam na predavanja
molekularnih biologa

i bila su mi potpuno nerazumljiva,

zbog svih složenih
tehničkih izraza i žargona

koji koriste za opis svog rada,

dok nisam naišao na umetničke
radove Dejvida Gudsela,

koji je molekularni biolog
na Skrips institutu.

Na njegovim slikama

je sve tačno i proporcionalno.

Njegov rad mi je pojasnio

kako izgleda molekularni svet u nama.

U gornjem levom uglu
imate ovu žuto-zelenu površinu.

Ovo je presek kroz krv.

Žuto-zeleni deo su krvne tečnosti,

većinom voda, ali i antitela, šećeri,

hormoni i ostalo.

A crveni region je presek
kroz crvena krvna zrnca.

A ovi crveni molekuli su hemoglobini.

Oni su stvarno crveni; to daje boju krvi.

Hemoglobin deluje kao molekularni sunđer

koji upija kiseonik u plućima

i prenosi ga u druge delove tela.

Inspirisala me je ova slika
pre mnogo godina,

pa sam se pitao da li bismo mogli
da koristimo kompjutersku grafiku

da predstavimo svet molekula.

Kako bi to izgledao?

Tako sam zapravo započeo.

Hajde da počnemo.

Ovo je DNK u klasičnoj formi
duplog heliksa.

Ovo je snimak dobijen
rendgenskom kristalografijom,

to je precizan model DNK.

Ako odmotamo dupli heliks
i odvežemo dva lanca,

vidite ove stvari što liče na zupce.

To su slova genetskog koda,

25.000 gena koji su upisani u vašu DNK.

O tome obično govore -

o genetskom kodu - upravo na ovo misle.

Ali želim da vam pričam
o drugom aspektu nauke o DNK,

a to je fizička priroda DNK.

Ova dva lanca se pružaju
u suprotnim smerovima

iz razloga u koje sada neću ulaziti.

Ali se fizički pružaju
u suprotnim smerovima,

što stvara brojne komplikacije
za vaše žive ćelije,

kao što ćete videti,

a najviše kada se prepisuje DNK.

Sada ću vam pokazati tačan prikaz

stvarne mašine za replikaciju DNK
koja se sada odvija u vašem telu,

barem prema biologiji iz 2002.

Znači DNK ulazi u mašineriju
za proizvodnju sa leve strane,

i sudara se sa ovim skupom,
ovim minijaturnim biohemijskim mašinama,

koje rastavljaju DNK lance
i prave tačnu kopiju.

Dolazi DNK

i udara u ovu plavu, okruglu
strukturu sa rupom u sredini

i razdvaja se na dva dela.

Jedan lanac je moguće direktno prepisati,

možete videti ove stvari
koje se odmotavaju tamo na dnu.

Ali stvari nisu toliko jednostavne
za drugi lanac

jer se mora prepisivati unazad.

Pa se okreće nanovo u ovim petljama

i prepisuje deo po deo,

stvarajući dva nova DNK molekula.

Imate milijarde ovih mašina

koje u ovom trenutku rade u vama,

koje prepisuju vašu DNK
sa izuzetnom preciznošću.

To je tačan prikaz,

i prilično tačna brzina za ono
što se događa u vama.

Izostavio sam ispravljanje grešaka
i mnogo drugih stvari.

Ovo je urađeno pre nekoliko godina.

Hvala.

(Aplauz)

Ovo je urađeno pre nekoliko godina,

ali ono što ću vam pokazati sledeće
je nova nauka, usavršena tehnologija.

Ponovo, počinjemo sa DNK.

Ona se tu mrda i drma zbog
okolne supe od molekula,

koju sam sklonio kako biste mogli
nešto da vidite.

DNK ima oko dva nanometra u prečniku,

što je stvarno veoma malo.

Ali u svakoj vašoj ćeliji,

svaki lanac DNK je dug oko
30 do 40 miliona nanometara.

Da bi DNK bila organizovana i da bi
pristup genetskom kodu bio regulisan,

obmotana je oko ovih
ljubičastih proteina -

ili sam ih ovde obeležio
ljubičastom bojom.

Zapakovana je i sva je na gomili.

Sve ovo što se vidi je jedan
jedini lanac DNK.

Ovo ogromno pakovanje DNK
se zove hromozom.

Vratićemo se ubrzo na hromozome.

Približavamo se, udaljavamo se,

kroz nuklearnu poru,

koja čini prolaz u deo koji sadrži svu DNK

koji se naziva jedro.

Sve što se vidi ovde

se predaje ceo jedan semestar
na biologiji, a ja imam sedam minuta.

Znači to nećemo moći danas da stignemo?

Kažu mi: ''Ne.''

Ovako izgleda živa ćelija posmatrana
kroz svetlosni mikroskop.

Snimana je u toku dugog perioda vremena,
zato možete da vidite da se kreće.

Omotač jezgra se razgrađuje.

Ove stvari u obliku kobasica su
hromozomi i fokusiraćemo se na njih.

Oni se kreću na ovaj zanimljiv način,

a fokusirani su na ove male crvene tačke.

Kada ćelija oseti da je spremna,

dolazi do razdvajanja hromozoma.

Jedan komplet DNK odlazi na jednu stranu,

a druga strana dobija drugi komplet DNK -

identične kopije DNK.

A onda se ćelija deli po sredini

I opet, imate milijarde ćelija

koje prolaze kroz ovaj proces
upravo sada u vama.

Sada ćemo se vratiti nazad
i fokusirati se na hromozome

i pogledati i opisati njihovu strukturu.

Opet smo ovde na tom
ekvatorskom polu ćelije.

Hromozomi se poređaju.

Izolovaćemo samo jedan hromozom,

izvućićemo ga i pogledati
njegovu strukturu.

Ovo je jedna od najvećih
molekulskih struktura koje imate,

barem na osnovu onoga
što do sada znamo o nama.

Znači ovo je jedan hromozom.

Imate dva lanca DNK u svakom hromozomu.

Jedan je skupljen u jednu kobasicu.

Drugi lanac je skupljen u drugu kobasicu.

Ove stvari koje izgledaju kao brkovi
koji štrče sa obe strane

su dinamične skele ćelije.

Zovu se mikrotubule. To ime nije važno.

Ali ćemo se fokusirati na ovaj crveni
region, obeležio sam ga crvenom bojom,

i to je dodirna površina

između dinamičnih skela i hromozoma.

Očigledno je ključno
za kretanje hromozoma.

Nemamo predstavu kako
se zapravo postiže to kretanje.

Proučavali smo ovo
što se naziva kinetohor,

preko sto godina intenzivnog proučavanja,

i tek sada počinjemo
da otkrivamo o čemu se radi.

Sastoji se od oko 200
različitih vrsta proteina,

hiljada proteina ukupno.

To je sistem za emitovanje signala.

Emituje hemijske signale,

govori ostatku ćelije kada je spreman,

kada smatra da je sve poređano i spremno

za razdvajanje hromozoma.

U stanju je da se spoji sa mikrotubulama
koje rastu i smanjuju se.

Uključen je u rast mikrotubula,

i u stanju je privremeno
da se spoji sa njima.

Takođe je to sistem za skretanje pažnje.

U stanju je da oseti
kada je ćelija spremna,

kada je hromozom na pravom položaju.

Ovde postaje zelen

jer smatra da je sve baš kako treba.

Videćete, ima jedan poslednji mali deo

koji je još crven.

I prelazi nadole niz mikrotubule.

To je stop signal koji šalje
sistem za emitovanje.

I otišao je. To je mehanički proces.

To je molekularni časovnik.

Tako funkionišete na molekularnom nivou.

Sa malo molekularnog šareniša,

imamo kinezine, ove narandžaste.

To su mali molekularni kuriri
koji idu u jednom pravcu.

Ovo su dineini.
Oni prenose taj sistem za emitovanje.

Imaju duge noge pa mogu da pređu
preko bilo koje prepreke i tako dalje.

Opet ponavljam, sve ovo
je precizan prikaz nauke.

Problem je u tome što to ne možemo
da vam pokažemo na bilo koji drugi način.

Istraživanje na granicama nauke,

na granici ljudskog shvatanja,

je zapanjujuće.

Pronalaženje ovih stvari

je svakako prijatan podsticaj
za rad u nauci.

Ali većini medicinskih istraživača

je otkrivanje fenomena

samo korak na putu ka velikim ciljevima,

kao što su iskorenjivanje bolesti,

sprečavanje patnje i nesreće
koju bolest izaziva

i oslobađanje ljudi od siromaštva.

U preostalom vremenu, naredna 4 minuta,

pokazaću vam, upoznaću vas

sa jednom od najstrašnijih
i ekonomski najvažnijih, bolesti,

koja svake godine pogađa
stotine miliona ljudi.

Ponovo - yvuk, hvala.

Ovaj parazit je prastari organizam.

Sa nama je od pre nastanka ljudi.

Čuvene žrtve uključuju Aleksandra Velikog,

Džingis Kana i Džordža Vašingtona.

Ovo je vrat jednog usnulog deteta

tek po zalasku sunca.

I za komarce, to je vreme hranjenja.

Večera.

Ovaj komarac je zaražen
parazitom malarije.

Komarci su obično vegetarijanci,
piju med, voćne sokove i slično.

Samo trudna ženka grize ljude,

tražeći hranljive sastojke iz krvi
da nahrani svoja jaja u razvoju.

Tokom ugriza, ona ubrizgava pljuvačku

kako bi sprečila zgrušavanje krvi.

I da "podmaže" ranu.

Zbog toga što je zaražena malarijom,

njena pljuvačka takođe sadrži
parazite malarije,

koji prolaze tokom ujeda.

Parazit onda izlazi iz rane
i traži krvni sud

i koristi krvotok kao autoput

i ide ka svojoj prvoj meti -

srži filtera za krv u vašem telu - jetri.

U roku od dva minuta od ujeda

paraziti malarije stižu u jetru.

I osećajući dolazak,
traži izlaz iz krvotoka.

I ovde je malarija posebno podmukla

jer koristi upravo onu imunološku ćeliju
koja se uobičajeno nalazi u krvotoku

i koja bi trebalo da odstrani napadače
kao što su bakterije i paraziti.

Ali nekako, nismo sigurni kako, malarija
ulazi u tkivo jetre na mala vrata.

Evo te imunološke ćelije,

malarija izlazi iz krvotoka

i inficira ćeliju jetre, ubijajući
jednu ili više ćelija jetre.

Ponavljam, to se dešava
u par minuta od ujeda komarca.

Kada inficira ćeliju jetre,
treba joj sledećih 5 do 6 dana

za inkubaciju, za ponavljano
kopiranje sopstvene DNK,

čime pravi hiljade novih parazita.

Ovo je odlaganje od oko nedelju dana
od kad vas ujede komarac,

pre nego što simptomi malarije
počnu da se pojavljuju.

Malarija takođe menja
svoju fizičku prirodu,

kreće ka novoj meti.

Sledeća meta su crvena krvna zrnca.

U delu svoje transformacije,
malarija se oblaže

slojem molekularnih dlačica
koje se ponašaju kao lepljiva traka.

Da bi zalepila krvne ćelije
za spoljnu površinu.

I onda se preorijentišu
i ulaze u crvene krvne ćelije.

Ovo se dešava u roku od 30 sekundi
od napuštanja jetre.

Ova oblast se intenzivno proučava -

ako bismo mogli ovo da zaustavimo,

mogli bismo da napravimo
vakcinu za malariju.

Jednom kada uđe u crveno krvno zrnce,
krije se od imunog sistema vašeg tela.

Tokom sledećih nekoliko dana

proždire sadržaj napadnute ćelije

i stvara još parazita.

Takođe menja prirodu crvene krvne ćelije

i čini je lepljivom,

pa se lepi za zidove krvnog suda.

Ovo parazitu daje dovoljno
vremena za inkubaciju i rast.

Kada je spreman,

izlazi iz crvene krvne ćelije

i širi malariju kroz krvotok.

Žrtve malarije pate od temperature,

gubitka krvi, grčeva,
oštećenja mozga i kome.

Nebrojeni milioni su nastradali.

Ove godine, između 200 i 300 miliona
biće pogođeno malarijom.

Većina onih koji umru od ove bolesti

su trudnice i deca
ispod 5 godina starosti.

Hvala.

(Aplauz)