عجایب دنیای مولکولی، انیمیشن شده

برخی از ساختارهای بیولوژیکی به اندازه ای کوچک هستند که دانشمندان نمی‌توانند حتی با قدرتمند‌ترین میکروسکوپ‌ها آن‌ها را ببینند.اینجا جایی هست که جَنِت ایواسا انیماتورمولکولی و ازاعضای تِد خلاق می‌شود. دنیاهای مولکولی پهناور ودیده نشده را هنگامی که وی انیمیشن‌های خیره کننده‌ای را که چگونگی عملکرد احتمال آن‌ها به تصویر می‌کشند، کاوش کنید.

من در یوتا زندگی می‌کنم،

مکانی که به خاطر داشتن
تعدادی از رعب‌انگیزترین

مناظر طبیعی روی این سیاره
شناخته‌ شده است.

به راحتی می‌توان در این
مناظر شگفت‌انگیز غرق شد،

و حقیقتا بعضی اوقات توسط این اشکال
گاها شبیه به بیگانه‌ها هیجان‌زده شد.

به عنوان یک دانشمند، من دوست دارم
که دنیای طبیعی را مشاهده کنم.

اما به عنوان یک زیست‌شناس سلولی،

بسیار مشتاق‌تر هستم تا دنیای طبیعی را

در مقیاسی بسیار، بسیار کوچکتر درک کنم.

من یک انیماتور مولکولی هستم،
و با دیگر محققان کار می‌کنم

تا تصاویری از مولکول‌هایی
که بسیار کوچک هستند را خلق کنم،

آن‌ها اساسا نامرئی هستند.

این مولکول‌ها کوچک‌تر
از طول موج نور هستند.

که یعنی هرگز نمی‌توانیم
آن‌ها را مستقیماً ببینیم،

حتی با بهترین میکروسکوپ‌های نوری.

پس چگونه من از چیزهایی به این کوچکی

که نمی‌توان آن‌ها را دید،
تصویرسازی می‌کنم؟

دانشمندان، مثل همکاران من،

می‌توانند تمام طول شغل حرفه‌ای خود را

صرف کارکردن برای فهم
یک فرآیند مولکولی کنند.

برای انجام این، آن‌ها تعدادی
آزمایش انجام می‌دهند

که هر کدام می‌تواند تکه کوچکی
از این پازل را به ما بگوید.

نوعی آزمایش می‌تواند درمورد
شکل پروتئین به ما بگوید،

درحالی که دیگری می‌تواند

درباره امکان تعامل
با سایر پروتئین‌ها بگوید،

و دیگری درباره‌ی اینکه کجای یک سلول
می‌تواند یافت شود بگوید.

و همه‌ی این تکه‌های اطلاعات می‌توانند
مورد استفاده قرار بگیرند تا یک فرضیه،

یک داستان، اساسا، از اینکه چگونه
یک مولکول می‌تواند عمل کند برسند.

شغل من این است که این ایده‌ها را بگیرم
و آن‌ها را به انیمیشن تبدیل کنم.

این می‌تواند مشکل باشد،

چون معلوم شده مولکول‌ها می‌توانند
کارهای خیلی دیوانه‌واری انجام‌ دهند.

اما این انیمیشن‌ها می‌توانند بطور
باورنکردنی برای محققان مفید باشند

تا ایده‌هایشان را ازچگونگی کارکرد
این مولکول‌ها به‌هم مرتبط کنند.

همچنین به ما اجازه می‌دهند
تا دنیای مولکولی را ببینیم

ازطریق چشم‌هایشان.

می‌خواهم تعدادی انیمیشن
به شما نشان دهم،

تور مختصری از چیزهایی که از نظرمن
برخی ازعجایب طبیعی هستند

از دنیای مولکولی.

اول ازهمه، این یک سلول ایمنی است.

این نوع از سلول ها نیاز دارند که
دربدن‌های ما همه جا باشند

تا مهاجمان را پیدا کنند
مثل باکتری‌های آسیب‌زا.

این حرکت بوسیله یکی از پروتئین‌های
مورد علاقه من کار می‌کند

به نام اکتین،

که بخشی ازچیزی است که بعنوان
اسکلت سلولی شناخته می‌شود.

برخلاف اسکلت ما،

رشته‌های اکتین بطور مداوم درحال
ساخته شدن و تخریب شدن هستند.

اسکلت سلولی اکتین نقش‌های باورنکردنی‌ای
را در سلول برعهده دارد.

به آن‌ها اجازه تغییر شکل می‌دهند،

تا به اطراف حرکت کنند، تا به سطوح بچسبند

و همچنین تا باکتری‌ها را بخورند.

همچنین اکتین در انواع
مختلف حرکات نقش دارد.

در سلول‌های عضلانی ما، اکتین
متشکل است از این رشته‌های عادی

که درظاهر شبیه نوعی پارچه‌اند.

هنگام انقباض ماهیچه‌های ما، این
رشته‌ها به سمت هم کشیده می‌شوند

و زمانی که ماهیچه‌های ما شل می‌شوند
به جایگاه اصلی خودشان بازمی‌گردند.

دیگربخش‌های اسکلت سلولی،
دراین مورد میکروتوبول‌ها

مسئول نقل و انتقالات دوربرد هستند.

اساسا می‌توان به آن‌ها به دید
بزرگراه‌های سلولی نگاه کرد

که برای جابجایی چیزها از یک طرف سلول
به طرف دیگر استفاده می‌شوند.

برخلاف جاده‌های ما، میکروتوبول‌ها
رشد کرده و کوچک می‌شوند،

هنگام نیاز ظاهرمی‌شوند

وزمانی که کارشان را
انجام دادند ناپدید می‌شوند.

نسخه‌ی مولکولی تریلی‌ها

پروتئین‌هایی‌اند که پروتئین‌های
محرک نامیده شده‌اند،

که می‌توانند درطول
میکروتوبول‌ها راه بروند،

محموله‌های گاها بزرگ،

مثل اندامک‌ها، پشت سرشان بکشند.

این پروتئین متحرک خاص به نام
داینئین شناخته شده است،

و فهمیده شده که می‌توانند
درگروه‌هایی باهم کارکنند

که تقریبا شبیه به، حداقل برای من،
اسب‌های کالسکه است.

همانطورکه مشاهده می‌کنید، سلول به این شکل
باورنکردنی درحال تغییر است، جایگاه پویا،

مکانی که چیزها بطورمداوم
ساخته و جدا می‌شوند.

اما برخی از این ساختارها

سخت‌تر ازسایرین از هم جدامی‌شوند.

و نیاز هست تا نیروهای ویژه‌ای وارد شوند

تا از جداشدن ساختارها در یک
رفتار زمان‌مند اطمینان حاصل شود.

این کارتاحدودی با پروتئین‌هایی
مانند این انجام می‌شود.

این پروتئین‌های دونات شکل،

که از آن انواع بسیاری در سلول وجود دارد،

به نظر می‌رسد کاملا برای
جداکردن سازه‌ها عمل می‌کند

بوسیله کشاندن پروتئین‌های
منفرد به داخل حفره مرکزی.

وقتی که این نوع از پروتئین‌ها
به‌درستی کار نمی‌کنند،

این نوع از پروتئین‌هایی که
قراربود از هم جدا شوند

گاهی اوقات می‌توانند به‌هم
بچسبند ومتراکم شوند

و آن می‌تواند باعث بروز بیماری‌های
وحشتناک، مثل آلزایمر بشود.

وحالا اجازه بدهید نگاهی به هسته بیاندازیم،

که خانه‌‌ی ژنوم ما در
غالب دی‌اِن‌اِی می‌باشد.

درتمامی سلول‌های ما،

دی‌اِن‌اِی ما توسط انواعی از پروتئین‌ها
مراقبت و نگهداری شده.

دی‌اِن‌اِی به دور پروتئین‌هایی به‌نام
هیستون پیچیده شده است،

که سلول را توانمند می‌سازد تا مقادیرعظیم
دی‌اِن‌اِی را درون هسته ما بسته بندی کند.

این ماشین‌ها، دگرسازکنندگان
کروماتین نام دارند،

ونحوه‌ی عملکردشان این گونه است
که دی‌اِن‌اِی را اسکن می‌کنند

به دور این هیستون‌ها

واجازه می‌دهند تا بخش‌های
جدیدی از دی‌اِن‌اِی بیان بشوند.

این دی‌اِن‌اِی می‌تواند توسط دیگر
ماشین‌ها شناخته شود.

دراین مورد، این ماشین مولکولی عظیم

قطعه‌ای از دی‌اِن‌اِی را جستجو می‌کند

که به آن بگوید که درابتدای
شروع یک ژن قرار دارد.

زمانی که یک قطعه را پیدا کند،

اساسا دچار سلسله‌ای از تغییرات شکل می‌شود

که آن را قادر ساخته تا دیگر
ماشین‌ها را وارد عمل کند

که به نوبه خود به یک ژن اجازه می‌دهد
تا روشن شود یا رونویسی شود.

این باید روندی بسیار بادقت
تنظیم شده‌ باشد.

چراکه روشن شدن یک ژن اشتباه در زمان اشتباه

می‌تواند عواقب فاجعه باری
به دنبال داشته باشد.

هم‌اکنون دانشمندان می‌توانند که
ماشین‌های پروتئینی به کارببرند

تا ژنوم‌ها را ویرایش کنند.

مطمئن هستم که همه‌ی شما
کریسپر را شنیده اید.

کریسپر از پروتئینی به نام
کَس۹ بهره می‌برد،

که می‌تواند مهندسی شود تا
شناسایی کند و ببرد

توالی‌های خیلی خاصی از دی‌اِن‌اِی را.

دراین مثال،

دو پروتئین کَس۹ برای قطع کردن یک قطعه‌ی
مشکل‌دار از دی‌اِن‌اِی استفاده می‌شوند.

برای مثال، بخشی از ژن که ممکن
است مولد یک بیماری شود.

ماشین آلات سلولی استفاده شده

تا دو انتهای دی‌اِن‌اِی را به
هم برگرداننده و بچسبانند.

به عنوان یک انیماتورمولکولی،

یکی ازبزرگترین چالش‌های من
تصویرسازی عدم قطعیت می‌باشد.

تمامی انیمیشن‌هایی که به شما نشان دادم
فرضیه‌ها را بیان می‌کنند،

که همکاران من فکرمی‌کنند
چگونه یک فرآیند عمل می‌کند،

برمبنای بهترین داده‌هایی که آن‌ها دارند.

اما برای بسیاری از فرآیند‌های مولکولی،

حقیقتا ما همچنان در مراحل اولیه‌ی
فهمیدن چیزها هستیم،

و چیزهای زیادی برای یادگیری وجود دارد.
حقیقت این است که

این دنیاهای نامرئی مولکولی
پهناور و تاحد زیادی ناشناخته هستند.

برای من، این چشم‌اندازهای مولکولی

به همان اندازه‌ی کاوش یک دنیای
طبیعی هیجان انگیز هستند

که در دور و بر ما مرئی است.

از شما متشکرم.

(تشویق)