The wonders of the molecular world, animated | Janet Iwasa

Übersetzung: Claudia Czech Lektorat: Sonja Maria Neef

I live in Utah,

Ich wohne in Utah,

a place known for having some of the most awe-inspiring

ein Ort bekannt für die beeindruckendsten

natural landscapes on this planet.

Landschaften auf der Welt.

It's easy to be overwhelmed by these amazing views,

Man wird leicht überwältigt von diesen Landschaften

and to be really fascinated by these sometimes alien-looking formations.

und man ist fasziniert von diesen Alien-Formationen.

As a scientist, I love observing the natural world.

Als Wissenschaftlerin liebe ich es, die Natur zu beobachten.

But as a cell biologist,

Doch als Zellenbiologin

I'm much more interested in understanding the natural world

bin ich mehr daran interessiert,

at a much, much smaller scale.

die Natur in einem viel kleinerem Maßstab zu verstehen.

I'm a molecular animator, and I work with other researchers

Als molekularer Animatorin arbeite ich mit anderen Forschern,

to create visualizations of molecules that are so small,

um Moleküle zu visualisieren, die so klein sind,

they're essentially invisible.

dass sie fast unsichtbar sind.

These molecules are smaller than the wavelength of light,

Diese Moleküle sind kleiner als die Wellenlänge des Lichts

which means that we can never see them directly,

und deswegen können wir sie nie direkt sehen,

even with the best light microscopes.

selbst mit den besten Lichtmikroskopen.

So how do I create visualizations of things

Wie visualisiere ich also Dinge,

that are so small we can't see them?

die wir nicht einmal sehen können?

Scientists, like my collaborators,

Wissenschaftler, so wie meine Mitarbeiter,

can spend their entire professional careers

können ihre gesamte Karriere daran arbeiten,

working to understand one molecular process.

einen einzigen molekularen Prozess zu verstehen.

To do this, they carry out a series of experiments

Dazu führen sie eine Reihe von Experimenten durch,

that each can tell us a small piece of the puzzle.

wo jedes zu einem kleinen Teil des Puzzles beiträgt.

One kind of experiment can tell us about the protein shape,

Ein Experiment kann über die Form des Proteins informieren,

while another can tell us

während ein anderes zeigt,

about what other proteins it might interact with,

wie es mit anderen Proteinen wechselwirkt,

and another can tell us about where it can be found in a cell.

und ein weiteres zeigt uns wo man es in einer Zelle findet.

And all of these bits of information can be used to come up with a hypothesis,

All diese Ergebnisse kann man benutzen, um eine Hypothese zu formulieren,

a story, essentially, of how a molecule might work.

wie ein Molekül agieren könnte.

My job is to take these ideas and turn them into an animation.

Meine Aufgabe besteht darin, diese Ideen in Animationen umzusetzen.

This can be tricky,

Dies kann schwierig sein,

because it turns out that molecules can do some pretty crazy things.

weil Moleküle, einige verrückte Dinge machen können.

But these animations can be incredibly useful for researchers

Aber diese Animationen können für Forscher sehr nützlich sein,

to communicate their ideas of how these molecules work.

um Ihre Ideen zu kommunizieren wie diese Moleküle funktionieren.

They can also allow us to see the molecular world

Sie erlauben uns auch die molekulare Welt,

through their eyes.

durch ihre Augen zu sehen.

I'd like to show you some animations,

Ich möchte einige Animationen zeigen,

a brief tour of what I consider to be some of the natural wonders

eine kurze Tour darüber

was ich als Naturwunder der molekularen Welt betrachte.

of the molecular world.

First off, this is an immune cell.

Hier eine Immunzelle.

These kinds of cells need to go crawling around in our bodies

Diese Art von Zellen müssen durch unsere Körper kriechen,

in order to find invaders like pathogenic bacteria.

um Eindringlinge wie pathogene Bakterien zu finden.

This movement is powered by one of my favorite proteins

Diese Bewegung wird durch eins meiner Lieblingsproteine erzeugt,

called actin,

das Aktin,

which is part of what's known as the cytoskeleton.

welches ein Teil des Zytoskeletts ist.

Unlike our skeletons,

Im Gegensatz zu unserem Skelett,

actin filaments are constantly being built and taken apart.

werden Aktinfilamente ständig gebildet und zerlegt.

The actin cytoskeleton plays incredibly important roles in our cells.

Das Aktin-Zytoskelett spielt eine sehr wichtige Rolle in unseren Zellen.

They allow them to change shape,

Sie ermöglichen Zellformänderungen,

to move around, to adhere to surfaces

Zellbewegungen, Anhaftung auf Oberflächen,

and also to gobble up bacteria.

und können auch Bakterien verschlingen.

Actin is also involved in a different kind of movement.

Aktin ist auch an einer anderen Art Bewegung beteiligt.

In our muscle cells, actin structures form these regular filaments

In unseren Muskelzellen bilden Aktinstrukturen reguläre Filamente,

that look kind of like fabric.

die wie Stoff ausschauen.

When our muscles contract, these filaments are pulled together

Bei Anspannung der Muskeln ziehen sich die Filamente zusammen

and they go back to their original position

und gehen auf ihren Originalzustand zurück,

when our muscles relax.

wenn die Muskeln entspannen.

Other parts of the cytoskeleton, in this case microtubules,

Andere Teile des Zytoskeletts, in diesem Fall Mikrotubuli,

are responsible for long-range transportation.

sind verantwortlich für den Langstreckentransport.

They can be thought of as basically cellular highways

Man kann sie sich als zellulare Autobahnen vorstellen,

that are used to move things from one side of the cell to the other.

die Dinge von einer Seite der Zelle auf die andere bewegt.

Unlike our roads, microtubules grow and shrink,

Anders als bei Straßen, wachsen und schrumpfen Mikrotubuli,

appearing when they're needed

sie erscheinen bei Bedarf

and disappearing when their job is done.

und verschwinden, wenn ihre Aufgabe erfüllt ist.

The molecular version of semitrucks

Die molekulare Variante des LKWs

are proteins aptly named motor proteins,

sind sogenannte Motorproteine,

that can walk along microtubules,

die sich am Mikrotubuli entlang bewegen können,

dragging sometimes huge cargoes,

und manchmal riesige Frachten

like organelles, behind them.

wie Organellen hinterher schleppen.

This particular motor protein is known as dynein,

Diese Motorproteine werden als Dynein bezeichnet

and its known to be able to work together in groups

und können in Gruppen zusammenarbeiten,

that almost look, at least to me, like a chariot of horses.

die, zumindest für mich, fast wie ein Pferdegespann ausschauen.

As you see, the cell is this incredibly changing, dynamic place,

Wie sie sehen können, ist die Zelle ein äußerst wechselhafter, dynamischer Ort,

where things are constantly being built and disassembled.

wo Dinge ständig gebildet und zerlegt werden.

But some of these structures

Aber manche Strukturen

are harder to take apart than others, though.

sind schwerer auseinanderzunehmen

And special forces need to be brought in

und Spezialkräfte müssen geholt werden,

in order to make sure that structures are taken apart in a timely manner.

so dass die Strukturen rechtzeitig auseinandergenommen werden.

That job is done in part by proteins like these.

Diese Arbeit wird teils mit Proteine wie diesen gemacht.

These donut-shaped proteins,

Diese Donut-förmigen Proteine,

of which there are many types in the cell,

von denen es viele Arten in der Zelle gibt,

all seem to act to rip apart structures

scheinen alle Strukturen zu zerlegen,

by basically pulling individual proteins through a central hole.

indem sie praktisch Proteine durch ein zentrales Loch ziehen.

When these kinds of proteins don't work properly,

Wenn diese Proteinart nicht richtig funktioniert,

the types of proteins that are supposed to get taken apart

können Proteine, die auseinander gerissen werden sollen,

can sometimes stick together and aggregate

manchmal zusammenkleben und sich anhäufen.

and that can give rise to terrible diseases, such as Alzheimer's.

Das kann zu schlimmen Krankheiten wie Alzheimer führen.

And now let's take a look at the nucleus,

Jetzt schauen wir uns den Kern an,

which houses our genome in the form of DNA.

der unsere Genome also DNA beherbergt.

In all of our cells,

In allen unseren Zellen

our DNA is cared for and maintained by a diverse set of proteins.

wird unsere DNA von mehreren Proteinen gepflegt und erhalten.

DNA is wound around proteins called histones,

Die DNA wird um Proteine namens Histon gewickelt,

which enable cells to pack large amounts of DNA into our nucleus.

die es Zellen ermöglichen, eine große Menge an DNA in unseren Kern zu packen.

These machines are called chromatin remodelers,

Diese Maschinen sind sogenannte Chromatin-Remodeler

and the way they work is that they basically scoot the DNA

und sie arbeiten so, dass sie die DNA um die Histone schieben,

around these histones

and they allow new pieces of DNA to become exposed.

was dazu führt, dass neue DNA-Stücke exponiert werden.

This DNA can then be recognized by other machinery.

Diese DNA kann dann von anderen Maschinen erkannt werden.

In this case, this large molecular machine

In diesem Fall, sucht diese große molekulare Maschine

is looking for a segment of DNA

ein Segment der DNA,

that tells it it's at the beginning of a gene.

das den Anfang eines Gens zeigt.

Once it finds a segment,

Sobald es ein Segment findet,

it basically undergoes a series of shape changes

erfährt es eine Reihe von Formänderungen,

which enables it to bring in other machinery

die es erlauben mehr Maschinen einzubeziehen,

that in turn allows a gene to get turned on or transcribed.

die es wiederum einem Gen erlauben eingeschaltet oder übertragen zu werden.

This has to be a very tightly regulated process,

Dies muss ein streng regulierter Prozess sein,

because turning on the wrong gene at the wrong time

weil ein zur falschen Zeit eingeschaltetes falsches Gen

can have disastrous consequences.

katastrophale Folgen haben kann.

Scientists are now able to use protein machines

Wissenschaftler können jetzt Proteinmaschinen benutzen,

to edit genomes.

um Genome zu bearbeiten.

I'm sure all of you have heard of CRISPR.

Sie haben sicherlich schon mal von CRISPR gehört.

CRISPR takes advantage of a protein known as Cas9,

CRISPR nutzt ein Protein bekannt als Cas9,

which can be engineered to recognize and cut

das entwickeln werden kann,

um eine bestimmte Sequenz von DNA zu erkennen und zu schneiden.

a very specific sequence of DNA.

In this example,

In diesem Beispiel,

two Cas9 proteins are being used to excise a problematic piece of DNA.

werden zwei Cas9 Proteine benutzt, um ein problematisches Stück DNA zu entfernen.

For example, a part of a gene that may give rise to a disease.

Zum Beispiel, ein Teil eines Gens, das zu einer Krankheit führen kann.

Cellular machinery is then used

Zellulare Maschinen werden dann dazu verwendet,

to basically glue two ends of the DNA back together.

um die zwei Enden der DNA wieder zusammenzukleben.

As a molecular animator,

Als molekulare Animatorin

one of my biggest challenges is visualizing uncertainty.

ist eine der größten Herausforderungen die Unsicherheitsdarstellung.

All of the animations I've shown to you represent hypotheses,

Alle Animationen repräsentieren Hypothesen,

how my collaborators think a process works,

wie sich meine Mitarbeiter Prozesse vorstellen,

based on the best information that they have.

basierend auf den besten verfügbaren Daten.

But for a lot of molecular processes,

Aber für viele molekulare Prozesse,

we're still really at the early stages of understanding things,

sind wir noch in der Anfangsphase, Dinge zu verstehen

and there's a lot to learn.

und es gibt viel zu lernen.

The truth is

In Wahrheit sind diese unsichtbaren molekularen Welten

that these invisible molecular worlds are vast and largely unexplored.

riesig und meist unerforscht.

To me, these molecular landscapes

Für mich sind diese molekularen Landschaften

are just as exciting to explore as a natural world

genauso spannend zu erforschen wie die natürliche Welt,

that's visible all around us.

die überall um uns herum sichtbar ist.

Thank you.

Vielen Dank.

(Applause)

(Applaus)