The wonders of the molecular world, animated | Janet Iwasa

Переводчик: Alexey S. Редактор: Yulia Kallistratova

I live in Utah,

Я живу в штате Юта,

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

который известен своими природными ландшафтами,

natural landscapes on this planet.

одними из наиболее впечатляющих на нашей планете.

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

Легко быть потрясённым этими удивительными пейзажами

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

и быть очарованным этими чуть ли не инопланетными образованиями.

As a scientist, I love observing the natural world.

Как учёный я люблю наблюдать природу.

But as a cell biologist,

Но как клеточный биолог,

I'm much more interested in understanding the natural world

я больше заинтересована в понимании мира природы

at a much, much smaller scale.

в гораздо меньшем масштабе.

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

Я молекулярный аниматор и работаю с другими исследователями

to create visualizations of molecules that are so small,

над созданием визуализации молекул, которые так малы,

they're essentially invisible.

что фактически невидимы.

These molecules are smaller than the wavelength of light,

Эти молекулы меньше чем длина волны света, а это значит,

which means that we can never see them directly,

что их нельзя увидеть непосредственно,

even with the best light microscopes.

даже в лучших оптических микроскопах.

So how do I create visualizations of things

Так как же я делаю визуализацию того,

that are so small we can't see them?

что практически невидимо?

Scientists, like my collaborators,

Учёные, такие как мои коллеги,

can spend their entire professional careers

могут потратить всю профессиональную жизнь

working to understand one molecular process.

на то, чтобы понять всего один молекулярный процесс.

To do this, they carry out a series of experiments

Для этого они проводят серии экспериментов,

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

каждый из которых — маленький кусочек головоломки.

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

Один эксперимент может рассказать о форме белка,

while another can tell us

другой эксперимент расскажет

about what other proteins it might interact with,

о взаимодействии с иными белками,

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

а третий эксперимент расскажет, где это найти в клетке.

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

И вся эта информация используется для выдвижения гипотезы,

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

то есть истории о том, как молекула может работать.

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

Моя работа — взять эти идеи и превратить их в анимацию.

This can be tricky,

Это бывает сложно,

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

потому что оказывается, молекулы делают совершенно безумные вещи.

But these animations can be incredibly useful for researchers

Но эти анимации могут быть очень полезны для исследователей,

to communicate their ideas of how these molecules work.

для того, чтобы донести идеи, как работают эти молекулы.

They can also allow us to see the molecular world

Они также позволяют нам увидеть молекулярный мир

through their eyes.

глазами самих молекул.

I'd like to show you some animations,

Я хотела бы показать некоторые анимации,

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

краткий обзор того, что я считаю чудесами природы

of the molecular world.

молекулярного мира.

First off, this is an immune cell.

Во-первых — иммунная клетка.

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

Эти виды клеток должны ползать в наших телах,

in order to find invaders like pathogenic bacteria.

чтобы найти захватчиков, таких как патогенные бактерии.

This movement is powered by one of my favorite proteins

Управляет движением один из моих любимых белков,

called actin,

он называется актин

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

и является частью того, что известно как цитоскелет.

Unlike our skeletons,

В отличие от наших скелетов,

actin filaments are constantly being built and taken apart.

актиновые филаменты, или нити, постоянно строятся и разбираются.

The actin cytoskeleton plays incredibly important roles in our cells.

Актиновый цитоскелет играет невероятно важную роль в наших клетках.

They allow them to change shape,

Он позволяет им менять форму,

to move around, to adhere to surfaces

двигаться, прилипать к поверхностям,

and also to gobble up bacteria.

а также поглощать бактерии.

Actin is also involved in a different kind of movement.

Актин также участвует в различных видах движения.

In our muscle cells, actin structures form these regular filaments

В клетках мышц актиновые структуры образуют правильные филаменты,

that look kind of like fabric.

которые выглядят как ткань.

When our muscles contract, these filaments are pulled together

Когда наши мышцы сокращаются, эти филаменты стянуты,

and they go back to their original position

и они возвращаются в исходное положение,

when our muscles relax.

когда мышцы расслабляются.

Other parts of the cytoskeleton, in this case microtubules,

Другие части цитоскелета, в этом случае микротрубочки,

are responsible for long-range transportation.

ответственны за дальние перемещения.

They can be thought of as basically cellular highways

Они могут рассматриваться как главные магистрали

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

для перемещений через всю клетку.

Unlike our roads, microtubules grow and shrink,

В отличие от наших дорог, микротрубочки растут и сжимаются,

appearing when they're needed

появляясь, когда они нужны,

and disappearing when their job is done.

и исчезая, когда их работа сделана.

The molecular version of semitrucks

Молекулярная версия полуприцепов —

are proteins aptly named motor proteins,

это белки, так и названные моторными белками,

that can walk along microtubules,

которые могут ходить по микротрубочкам,

dragging sometimes huge cargoes,

перетаскивая иногда огромные грузы,

like organelles, behind them.

такие как органеллы, позади себя.

This particular motor protein is known as dynein,

Этот конкретный моторный белок известен как динеин,

and its known to be able to work together in groups

он может работать вместе в группах,

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

что выглядит, по крайней мере для меня, как колесница с лошадьми.

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

Как видите, клетка — это крайне изменчивое, динамичное образование,

where things are constantly being built and disassembled.

где всё постоянно строится и разбирается.

But some of these structures

Но некоторые из этих структур

are harder to take apart than others, though.

труднее разобрать на части, чем другие.

And special forces need to be brought in

Чтобы обеспечить своевременный демонтаж структур,

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

привлекаются специальные силы.

That job is done in part by proteins like these.

Эта работа отчасти делается белками, вроде этих.

These donut-shaped proteins,

Эти белки в форме пончиков —

of which there are many types in the cell,

в клетке их много разных типов —

all seem to act to rip apart structures

все, кажется, действуют одинаково,

by basically pulling individual proteins through a central hole.

тянут отдельные белки через своё центральное отверстие.

When these kinds of proteins don't work properly,

Когда эти белки не работают должным образом,

the types of proteins that are supposed to get taken apart

те белки, которые должны быть разобраны,

can sometimes stick together and aggregate

могут иногда слипаться и агрегировать,

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

что может привести к таким страшным заболеваниям, как болезнь Альцгеймера.

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

А теперь давайте посмотрим на ядро,

which houses our genome in the form of DNA.

где находится наш геном в форме ДНК.

In all of our cells,

Во всех наших клетках

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

ДНК поддерживается набором белков, о котором, в свою очередь, и заботится.

DNA is wound around proteins called histones,

ДНК наматывается на белки, которые называются гистоны

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

и которые позволяют клеткам упаковывать большое количество ДНК в наше ядро.

These machines are called chromatin remodelers,

Эти машины называются ремоделеры хроматина.

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

Они передвигают структурные части ДНК

around these histones

вокруг и вдоль гистонов

and they allow new pieces of DNA to become exposed.

и позволяют получить доступ к новым участкам ДНК.

This DNA can then be recognized by other machinery.

Эту ДНК затем могут распознать другие машины.

In this case, this large molecular machine

В данном случае эта большая молекулярная машина

is looking for a segment of DNA

ищет сегмент ДНК,

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

который говорит ей, что находится в начале гена.

Once it finds a segment,

Как только она находит сегмент,

it basically undergoes a series of shape changes

она производит последовательные изменения формы,

which enables it to bring in other machinery

которые открывают доступ другим машинам,

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

что, в свою очередь, позволяет этот ген включить или расшифровать.

This has to be a very tightly regulated process,

Это должен быть очень жёстко регулируемый процесс,

because turning on the wrong gene at the wrong time

потому что включение неверного гена в неверное время

can have disastrous consequences.

может иметь катастрофические последствия.

Scientists are now able to use protein machines

Учёные теперь могут использовать белковые машины

to edit genomes.

для редактирования геномов.

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

Я уверена, что все вы слышали о CRISPR.

CRISPR takes advantage of a protein known as Cas9,

CRISPR использует белок, известный как Cas9,

which can be engineered to recognize and cut

который проектируется так, чтобы распознавать и разрезать

a very specific sequence of DNA.

очень специфическую последовательность ДНК.

In this example,

В этом примере

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

два белка Cas9 используются, чтобы вырезать проблемный кусок ДНК.

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

Например, часть гена, которая может вызвать болезнь.

Cellular machinery is then used

Клеточная техника затем используется,

to basically glue two ends of the DNA back together.

чтобы заново склеить два конца ДНК.

As a molecular animator,

Одна из моих трудностей

one of my biggest challenges is visualizing uncertainty.

как молекулярного аниматора — визуализация неопределённости.

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

Все анимации, которые я вам показала, — гипотезы моих коллег о том,

how my collaborators think a process works,

как работает процесс

based on the best information that they have.

на основании лучшей информации, что у них есть.

But for a lot of molecular processes,

Но для многих молекулярных процессов

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

мы всё ещё находимся на ранних стадиях понимания вещей,

and there's a lot to learn.

и многое ещё надо изучать.

The truth is

Правда в том,

that these invisible molecular worlds are vast and largely unexplored.

что эти невидимые молекулярные миры обширны и не исследованы.

To me, these molecular landscapes

Для меня эти молекулярные пейзажи

are just as exciting to explore as a natural world

так же интересно исследовать, как и мир природы,

that's visible all around us.

который мы все видим.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)