Những kì quan của thế giới phân tử đã được minh hoạ

Một số cấu trúc sinh học nhỏ đến mức các nhà khoa học không thể nhìn thấy chúng bằng kính hiển vi tốt nhất. Đó là lúc mà nhà làm phim hoạt hình phân tử Janet Iwasa, và đồng nghiệp bắt đầu sáng tạo. Cùng khám phá những thế giới phân tử rộng lớn, vô hình khi cô chia sẻ những hình ảnh động đầy mê hoặc minh hoạc cho cách chúng có thể hoạt động.

Tôi sống ở Utah,

nơi được biết tới bởi
một số cảnh quan thiên nhiên

hùng vĩ bật nhất nhất thế giới.

Ta dễ bị choáng ngợp bởi
những khung cảnh tuyệt vời này,

và thật sự bị mê ngoặc bởi những hình thể
trông giống như người ngoài hành tinh.

Là một nhà khoa học, tôi thích
ngắm nhìn thế giới tự nhiên.

Nhưng là một nhà sinh học tế bào,

tôi thích thú hơn với việc
tìm hiểu thế giới tự nhiên

trên một phạm vi nhỏ hơn rất nhiều.

Tôi là nhà làm phim phân tử,
làm việc với các nhà nghiên cứu khác

để làm mô phỏng cho
các phân tử rất nhỏ,

chúng dường như vô hình.

Các phân tử nhỏ hơn
bước sóng của ánh sáng,

có nghĩa là ta không bao giờ
thấy chúng trực tiếp,

ngay cả với kính hiển vi ánh sáng.

Vậy làm sao tôi làm
mô phỏng cho những thứ

nhỏ bé đến mức ta không thể thấy chúng?

Các nhà khoa học,
là các cộng sự của tôi,

có thể dành cả sự nghiệp của họ

để hiểu một quy trình phân tử.

Để làm điều này, họ thực hiện
một chuỗi thí nghiệm

mà có thể cho ta biết
một mảnh nhỏ trong bức ghép hình.

Một kiểu thí nghiệm có thể cho ta
biết hình dạng của protein,

kiểu khác cho ta biết

về các protein khác
chúng có thể tương tác với,

và loại khác cho ta biết về
cách tìm protein trong tế bào.

Tất cả thông tin đó có thể được
dùng để đưa ra một giả thuyết,

một câu chuyện, một cách cần thiết
về cách phân tử hoạt động.

Công việc của tôi là biến các ý tưởng đó
thành một phim hoạt hình.

Nó có thể khó khăn,

vì nó chỉ ra rằng các phân tử
có thể làm một số điều khá điên rồ.

Nhưng những hình ảnh động này
có thể hữu ích cho các nhà nghiên cứu

trao đổi các ý tưởng của họ
về cách các phân tử này hoạt động.

Chúng cũng cho phép chúng ta
nhìn thấy thế giới phân tử

bằng chính mắt của mình.

Tôi muốn cho bạn xem một đoạn minh hoạ,

một chuyến tham quan ngắn về
những gì tôi coi là kì quan thiên nhiên

của thế giới phân tử.

Đầu tiên, đây là tế bào miễn dịch.

Loại tế bào này cần đi khắp nơi
trong cơ thể chúng ta

để tìm những thứ xâm nhập từ ngoài
như các vi khuẩn gây bệnh.

Chuyển động này được hỗ trợ từ
một trong số các protein yêu thích của tôi

được gọi là actin,

một phần của khung xương của tế bào.

Không như khung xương của chúng ta,

các sợi actin thường xuyên được
tạo ra và tháo gỡ.

Bộ khung actin có vai trò
vô cùng quan trọng trong các tế bào.

Chúng giúp tế bào thay đổi hình dạng,

di chuyển, bám vào các bề mặt

và cũng để "ăn" các vi khuẩn.

Actin cũng tham gia vào
một hoạt động khác.

Trong các tế bào cơ, cấu trúc của actin
tạo nên các sợi tơ thế này

trong giống như vải.

Khi cơ của ta co lại,
các sợi tơ này được kéo lại gần nhau

và chúng trở về
trạng thái bình thường

khi cơ của chúng ta dãn ra.

Các bộ phận khác của tế bào,
trong trường hợp này là vi ống,

đảm nhận vai trò
vận chuyển đường dài.

Chúng có thể được ví như
các đường cao tốc cơ bản

được dùng để vận chuyển nhiều thứ
từ tế bào này sang tế bào khác.

Không như những con đường,
vi ống phát triển và co lại,

xuất hiện khi được cần đến

và biến mất khi
chúng hoàn thành công việc.

Phiên bản phân tử của xe bán tải

là các protein gọi là protein vận chuyển,

có thể đi dọc theo các vi ống

kéo theo thùng hàng lớn,

như các bào quan, phía sau chúng.

Những protein vận chuyển này
được gọi là dynein,

và chúng được biết đến vì có thể
hoạt động theo nhóm

mà theo tôi, trông giống một cỗ xe ngựa.

Bạn có thể thấy, tế bào này là một nơi
luôn thay đổi và năng động đáng kinh ngạc,

khi nhiều thứ khác
luôn được tạo mới và tháo gỡ.

Nhưng một vài cấu trúc này

khó bị gỡ ra hơn loại khác.

Và một lực đặc biệt tham gia vào

để đảm bảo các cấu trúc này
được tháo gỡ vào thời điểm thích hợp.

Việc này được thực hiện theo phần
bởi các protein thế này.

Các protein có dạng như donut,

mà có rất nhiều loại trong một tế bào,

dường như cùng thực hiện
tháo các cấu trúc

bằng cách kéo từng protein
ra khỏi lỗ trung tâm.

Khi những protein này
không làm đúng công việc,

các loại protein
đáng lẽ bị tháo rời

có thể bám vào nhau và tổng hợp

và có thể dẫn đến
các bệnh kinh khủng như Alzheimer's.

Và bây giờ hãy nhìn vào nhân tế bào,

nơi chứa bộ gene của ta
dưới dạng DNA.

Trong tất cả các tế bào của ta,

DNA được quan tâm và duy trì
bởi một nhóm nhiều loại proteín.

DNA được cuốn vào
các proteins gọi là histones,

thứ cho phép tế bào chứa
số lượng lớn DNA trong nhân tế bào của ta.

Những bộ máy này được gọi là
"chromatin sửa chữa",

và cách chúng hoạt động
cơ bản là điều khiển DNA

xung quanh histones

và chúng cho phép
những đoạn DNA mới lộ ra.

Đoạn DNA này có thể
được phát hiện bởi một bộ máy khác.

Trường hợp này, bộ máy phân tử lớn

đang tìm một đoạn DNA

mà báo rằng nó là
đoạn bắt đầu của một gene.

Một khi nó tìm được đoạn đó,

cơ bản là nó trải qua
một loạt các thay đổi về hình dáng,

cho phép nó đưa thêm một bộ máy mới vào,

giúp cho gene được khởi động
hoặc phiên mã.

Đây phải là một quá trình
được kiểm soát chặt chẽ,

bởi vì khởi động sai một gene
vào sai thời điểm

có thể dẫn đến hậu quả khôn lường.

Các nhà khoa học nay có thể
sử dụng các bộ máy protein

để chỉnh sửa bộ gene.

Tôi chắc rằng các bạn đã nghe tới CRISPR.

CRISPR tận dụng một protein
gọi là Cas 9,

thứ có thể được thiết kế
để nhận biết và cắt

một đoạn DNA rất cụ thể.

Trong ví dụ này,

hai protein Cas9 đang được sử dụng để
cắt một đoạn DNA có vấn đề.

Ví dụ, một phần của gene
có thể gây bệnh.

Cơ chế tế bào được sử dụng

để dán hai đoạn cuối
của DNA lại với nhau.

Là một người làm minh hoạ,

một trong những thử thách lớn nhất
của tôi là làm rõ điều mơ hồ.

Tất cả đoạn phim tôi cho bạn xem
đại diện cho các giả thuyết,

mà các cộng sự của tôi
nghĩ về một quy trình

dựa trên thông tin tốt nhất họ có.

Nhưng với nhiều quá trình phân tử khác,

chúng ta còn ở giai đoạn đầu
của việc tìm hiểu,

và còn rất nhiều để học.

Sự thật là

những thế giới phân tử vô hình này rất
rộng lớn và phần lớn chưa được khám phá.

Với tôi, các bức tranh phân tử này

cũng thú vị để khám phá
như thế giới tự nhiên

hiện diện xung quanh chúng ta.

Xin cảm ơn.

(Vỗ tay)