The wonders of the molecular world, animated | Janet Iwasa

Translator: Irina Solovjova Reviewer: Kristaps Kadiķis

I live in Utah,

Es dzīvoju Jūtā,

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

vietā, kas pazīstama ar vieniem no skaistākajiem

natural landscapes on this planet.

dabasskatiem uz zemes.

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

Šajos skatos ir viegli aizmirsties,

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

un reizēm to savādie veidojumi patiešām fascinē.

As a scientist, I love observing the natural world.

Kā zinātniecei man ļoti patīk vērot dabu.

But as a cell biologist,

Bet kā šūnu bioloģei

I'm much more interested in understanding the natural world

man vēl vairāk interesē dabu izprast

at a much, much smaller scale.

daudz, daudz mazākā mērogā.

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

Es esmu molekulu animatore

un strādāju ar citiem pētniekiem,

to create visualizations of molecules that are so small,

attēlojot molekulas, kas ir tik mazas,

they're essentially invisible.

ka ir gandrīz neredzamas.

These molecules are smaller than the wavelength of light,

Šīs molekulas ir mazākas par gaismas viļņiem,

which means that we can never see them directly,

tātad mēs tās nekad neredzam tieši,

even with the best light microscopes.

pat ar vislabākajiem gaismas mikroskopiem.

So how do I create visualizations of things

Kā tad es attēloju kaut ko,

that are so small we can't see them?

kas ir tik mazs, ka nav pat saskatāms?

Scientists, like my collaborators,

Zinātnieki, piemēram, tie ar kuriem sadarbojos,

can spend their entire professional careers

var veltīt visu savu karjeru,

working to understand one molecular process.

mēģinot saprast vienu molekulāro norisi.

To do this, they carry out a series of experiments

Viņi veic virkni eksperimentu,

kas var atklāt vienu puzles gabaliņu.

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

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

Viens eksperiments izskaidro olbaltumvielas formu,

while another can tell us

otrs – ar kādām olbaltumvielām tās spēj mijiedarboties,

about what other proteins it might interact with,

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

un vēl cits – kur šūnā šī olbaltumviela atrodama.

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

Visi šie informācijas gabaliņi palīdz veidot hipotēzi,

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

būtībā stāstu par to, kā molekula varētu darboties.

Mans darbs ir šīs idejas pārvērst animācijās.

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

This can be tricky,

Tas var būt grūti, jo, izrādās, molekulas var būt visai savādas.

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

But these animations can be incredibly useful for researchers

Bet šīs animācijas zinātniekiem var būt ļoti noderīgas

to communicate their ideas of how these molecules work.

molekulu darbības skaidrošanā.

They can also allow us to see the molecular world

Tās arī palīdz ar acīm ieraudzīt molekulāro pasauli.

through their eyes.

I'd like to show you some animations,

Gribu jums parādīt dažas animācijas,

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

mazu ceļojumu tajā, ko uzskatu par molekulārās pasaules dabas brīnumiem.

of the molecular world.

First off, this is an immune cell.

Vispirms – imūnšūna.

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

Šīm šūnām jāpārvietojas ķermenī,

in order to find invaders like pathogenic bacteria.

lai atrastu iebrucējus, piemēram, patogēnās baktērijas.

This movement is powered by one of my favorite proteins

Šī kustība ir iespējama,

pateicoties vienai no manām mīļākajām olbaltumvielām – aktīnam,

called actin,

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

kas ir šūnas skeleta daļa.

Unlike our skeletons,

Atšķirībā no mūsu skeleta,

actin filaments are constantly being built and taken apart.

aktīna pavedieni tiek pastāvīgi veidoti un izjaukti.

The actin cytoskeleton plays incredibly important roles in our cells.

Aktīna skelets šūnām ir ļoti svarīgs.

They allow them to change shape,

Tas ļauj šūnām mainīt formu,

to move around, to adhere to surfaces

kustēties, lipt pie virsmām

and also to gobble up bacteria.

un arī aprīt baktērijas.

Actin is also involved in a different kind of movement.

Aktīns tiek izmantots arī cita veida kustībā.

In our muscle cells, actin structures form these regular filaments

Muskuļu šūnās aktīns veido regulāras formas pavedienus,

that look kind of like fabric.

kas ir līdzīgi audumam.

When our muscles contract, these filaments are pulled together

Muskuļiem saraujoties, šie pavedieni tiek savilkti kopā,

and they go back to their original position

un, muskuļiem atslābstot, tie atgriežas sākotnējā stāvoklī.

when our muscles relax.

Other parts of the cytoskeleton, in this case microtubules,

Citas šūnas skeleta daļas, šajā gadījumā mikrocaurulītes,

ir atbildīgas par lielu attālumu veikšanu.

are responsible for long-range transportation.

They can be thought of as basically cellular highways

Tās var iztēloties kā šūnu šosejas,

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

kas pārvieto lietas no vienas šūnas puses uz otru.

Unlike our roads, microtubules grow and shrink,

Atšķirībā no mūsu ceļiem, mikrocaurulītes izplešas un saraujas,

appearing when they're needed

tās parādās, kad ir vajadzīgas,

and disappearing when their job is done.

un pazūd, kad savu darbu ir padarījušas.

The molecular version of semitrucks

Molekulārā kravas mašīnas versija

are proteins aptly named motor proteins,

ir trāpīgi nosauktās kustību olbaltumvielas,

that can walk along microtubules,

kas spēj pārvietoties pa mikrocaurulītēm,

dragging sometimes huge cargoes,

reizēm līdzi stiepjot milzīgas kravas,

like organelles, behind them.

piemēram, organoīdus.

This particular motor protein is known as dynein,

Šī kustību olbaltumviela ir dineīns,

and its known to be able to work together in groups

un tā spēj strādāt grupās,

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

kas vismaz man izskatās kā zirgu pajūgi.

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

Kā redzat, šūnas ir ļoti mainīga un dinamiska vieta,

where things are constantly being built and disassembled.

kur vienmēr kaut kas tiek veidots un izjaukts.

But some of these structures

Bet dažas no šīm struktūrām

ir grūtāk izjaucamas nekā citas.

are harder to take apart than others, though.

Un ir vajadzīgas īpašas spējas,

And special forces need to be brought in

lai šīs struktūras izjauktu laikus.

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

That job is done in part by proteins like these.

Šo darbu daļēji paveic šīs olbaltumvielas.

These donut-shaped proteins,

Šūnā ir vairāki veidi šo virtuļiem līdzīgo olbaltumvielu,

of which there are many types in the cell,

all seem to act to rip apart structures

tās sarauj struktūras,

velkot atsevišķas olbaltumvielas cauri centrālam caurumam.

by basically pulling individual proteins through a central hole.

When these kinds of proteins don't work properly,

Ja šīs olbaltumvielas nedarbojas pareizi,

the types of proteins that are supposed to get taken apart

olbaltumvielas, kurām būtu jābūt sarautām,

can sometimes stick together and aggregate

var salipt kopā un uzkrāties,

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

un tas var izraisīt briesmīgas slimības,

piemēram, Alcheimera slimību.

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

Tagad apskatīsim kodolu,

which houses our genome in the form of DNA.

kurā DNS veidā atrodas mūsu genoms.

In all of our cells,

Visās mūsu šūnās

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

par DNS rūpējas dažnedažādas olbaltumvielas.

DNA is wound around proteins called histones,

DNS ir ieslēgta olbaltumvielu – histonu – apvalkā,

kas ļauj šūnām kodolā ietilpināt daudz DNS.

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

These machines are called chromatin remodelers,

Šīs mašīnas sauc par hromatīna pārveidotājiem,

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

un tie stumj DNS apkārt histoniem

around these histones

and they allow new pieces of DNA to become exposed.

un ļauj jaunām DNS daļām atsegties.

This DNA can then be recognized by other machinery.

Tālāk šo DNS var atpazīt citi šūnas mehānismi.

In this case, this large molecular machine

Šajā piemērā šī lielā molekulārā mašīna

is looking for a segment of DNA

meklē DNS daļiņu, kas norāda gēna sākumu.

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

Once it finds a segment,

Kad daļiņa ir atrasta, tā vairākkārt maina formu,

it basically undergoes a series of shape changes

which enables it to bring in other machinery

kas ļauj tai iesaistīt citus mehānismus,

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

lai ieslēgtu vai pārrakstītu gēnu.

This has to be a very tightly regulated process,

Šai norisei jābūt ļoti stingri regulētai,

because turning on the wrong gene at the wrong time

jo nepareizā gēna ieslēgšanai nepareizajā laikā

can have disastrous consequences.

var būt briesmīgas sekas.

Scientists are now able to use protein machines

Mūsdienās zinātnieki spēj izmantot olbaltumvielu mašīnas,

to edit genomes.

lai rediģētu genomus.

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

Esmu pārliecināta, ka visi esat dzirdējuši par CRISPR.

CRISPR takes advantage of a protein known as Cas9,

CRISPR izmanto Cas9 olbaltumu,

which can be engineered to recognize and cut

ko var pārveidot, lai atrastu un izgrieztu

a very specific sequence of DNA.

noteiktu DNS secību.

In this example,

Šajā piemērā

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

divi Cas9 olbaltumi tiek izmantoti

problemātiska DNS fragmenta izgriešanai.

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

Piemēram, daļu gēna, kas palielina slimības risku.

Cellular machinery is then used

Tad lietā tiek likts šūnas mehānisms, lai DNS galus atkal salipinātu kopā.

to basically glue two ends of the DNA back together.

As a molecular animator,

Visgrūtākais molekulu animatora darbā

one of my biggest challenges is visualizing uncertainty.

ir attēlot nenoteiktību.

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

Visas parādītās animācijas

ir manu līdzstrādnieku hipotēzes par to, kā notiek šie procesi,

how my collaborators think a process works,

based on the best information that they have.

balstoties uz labāko pieejamo informāciju.

But for a lot of molecular processes,

Bet daudzu molekulāro norišu izpratnē mēs esam tikai sākuma posmā,

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

and there's a lot to learn.

un mums vēl daudz kas ir jānoskaidro.

The truth is

Patiesība ir tāda,

that these invisible molecular worlds are vast and largely unexplored.

ka šīs neredzamās molekulārās pasaules ir plašas un lielākoties neizpētītas.

To me, these molecular landscapes

Man šīs molekulārās ainavas

are just as exciting to explore as a natural world

ir tikpat aizraujošas kā daba,

that's visible all around us.

ko redzam visapkārt.

Thank you.

Paldies.

(Applause)

(Aplausi)