The wonders of the molecular world, animated | Janet Iwasa

Утверджено: Inna Fedorenko

Я живу в штаті Юта,

місце, відоме нам

найбільш дивовижними пейзажами на цій планеті.

Легко стати приголомшеними цими дивовижними видами

I live in Utah,

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

і по-справжньому зачаруватися цими іноді інопланетними формуваннями.

natural landscapes on this planet.

Як учений, я люблю спостерігати за світом природи.

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

Але як клітинного біолога,

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

мене набагато більше цікавить розуміння природнього світу

As a scientist, I love observing the natural world.

в набагато менших масштабах.

Я молекулярний аніматор і я працюю з іншими дослідниками,

But as a cell biologist,

I'm much more interested in understanding the natural world

щоб створити візуалізацію настільки маленьких молекул,

at a much, much smaller scale.

що вони фактично будуть невидимими.

Ці молекули менші за довжину хвилі світла,

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

а це значить, що ми ніколи безпосередньо не зможемо їх побачити,

to create visualizations of molecules that are so small,

навіть з найкращими світловими мікроскопами.

they're essentially invisible.

Тож як мені зобразити речі

These molecules are smaller than the wavelength of light,

настільки малі, що ми їх і бачити не можемо.

which means that we can never see them directly,

Вчені, як і мої співробітники,

even with the best light microscopes.

можуть провести всю свою професійну кар’єру

So how do I create visualizations of things

працюючи над розумінням одного молекулярного процесу.

that are so small we can't see them?

Для цього вони проводять серію експериментів,

Scientists, like my collaborators,

кожен з яких може розкрити нам невеликий шматочок головоломки.

can spend their entire professional careers

working to understand one molecular process.

Один експеримент може розповісти нам про форму білка,

To do this, they carry out a series of experiments

а інший може розповісти

з якими іншими білками він взаємодіє,

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

а інший розкаже про те, де його можна знайти в клітині.

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

І всі ці шматочки інформації можна використати для створення гіпотези,

while another can tell us

about what other proteins it might interact with,

і навіть історії про те, як молекула може працювати.

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

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

Моя робота - це взяти ці ідеї і перетворити їх на анімацію.

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

Це може бути складно,

бо виявляється, що молекули можуть робити досить неймовірні речі.

Але ці анімації можуть бути неймовірно корисними для дослідників,

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

This can be tricky,

щоб передати свої уявлення про те, як ці молекули працюють.

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

Вони також можуть дозволити нам бачити молекулярний світ

But these animations can be incredibly useful for researchers

їхніми очима.

Я хотіла би показати Вам деякі анімації,

to communicate their ideas of how these molecules work.

короткий огляд того, що я вважаю одним із природніх див

They can also allow us to see the molecular world

молекулярного світу.

through their eyes.

По-перше, це імунна клітина.

I'd like to show you some animations,

Цим клітинам потрібно переміщатися в нашому тілі,

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

щоб знайти таких окупантів, як патогенні бактерії.

of the molecular world.

First off, this is an immune cell.

Цей рух забезпечується одним з моїх улюблених білків,

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

який зветься актин,

він є частиною того, що є відомим як цитоскелет.

in order to find invaders like pathogenic bacteria.

На відміну від наших скелетів

This movement is powered by one of my favorite proteins

актинові нитки постійно будуються та розбираються.

called actin,

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

Актиновий цитосклет відіграє неймовірно важливу роль у наших клітинах.

Unlike our skeletons,

Вони дозволяють їм змінювати форму,

actin filaments are constantly being built and taken apart.

пересуватися, прилипати до поверхонь

а також пожирати бактерії.

The actin cytoskeleton plays incredibly important roles in our cells.

Актин також бере участь в іншому виді руху.

They allow them to change shape,

В наших м’язових клітинах актинові структури

to move around, to adhere to surfaces

формують ці звичайні нитки, які схожі на тканину.

and also to gobble up bacteria.

Коли наші м’язи скорочуються, ці нитки стискаються разом,

Actin is also involved in a different kind of movement.

і вони повертаються у вихідне положення,

In our muscle cells, actin structures form these regular filaments

коли наші м'язи розслабляються.

that look kind of like fabric.

Інші частини цитоскелету, в цьому випадку, мікротрубочки,

When our muscles contract, these filaments are pulled together

відповідають за переміщення на великі відстані.

and they go back to their original position

В основному їх можна розглядати як клітинні магістралі,

when our muscles relax.

Other parts of the cytoskeleton, in this case microtubules,

які використовуються для переміщення речей з однієї сторони клітини на іншу.

are responsible for long-range transportation.

На відміну від наших доріг мікротрубочки ростуть і скорочуються,

They can be thought of as basically cellular highways

з’являються, коли вони потрібні,

і зникають, коли їхня робота виконана.

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

Молекулярна версія напіввантажівки -

Unlike our roads, microtubules grow and shrink,

це білки влучно названі моторними білками,

appearing when they're needed

які можуть ходити по мікротрубочках,

and disappearing when their job is done.

тягнучи іноді величезні вантажі,

The molecular version of semitrucks

are proteins aptly named motor proteins,

такі як органели, за ними.

Цей конкретний моторний білок називається динеїн,

that can walk along microtubules,

він відомий тим, що може працювати разом у групах

dragging sometimes huge cargoes,

які, принаймні мені, схожі на колісницю коней.

like organelles, behind them.

This particular motor protein is known as dynein,

Як бачите, клітина є неймовірно мінливим та динамічним місцем,

and its known to be able to work together in groups

де речі постійно будуються та розбираються.

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

Але деякі з цих структур

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

важче розділити ніж інші.

Тоді потрібно докласти особливих зусиль

where things are constantly being built and disassembled.

для того, щоб структури були вчасно розібрані.

But some of these structures

Цю роботу частково виконують такі білки.

are harder to take apart than others, though.

Ці білки у формі пончика,

And special forces need to be brought in

яких у клітині існує багато типів,

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

всі діють на розрив структур

That job is done in part by proteins like these.

в основному витягуючи окремі білки через центральний отвір.

These donut-shaped proteins,

Коли ці види білків не працюють належним чином,

of which there are many types in the cell,

all seem to act to rip apart structures

тоді ті типи білків, які мали б бути розбиті,

by basically pulling individual proteins through a central hole.

іноді можуть залипати та накопичуватися,

це може спричинити жахливі захворювання, наприклад, хвороба Альцгеймера.

When these kinds of proteins don't work properly,

the types of proteins that are supposed to get taken apart

А тепер подивімся на ядро,

can sometimes stick together and aggregate

в якому знаходиться наш геном у вигляді ДНК.

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

У всіх наших клітинах

різноманітний набір білків доглядає і підтримує наше ДНК.

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

which houses our genome in the form of DNA.

ДНК намотується навколо білків, які називаються гістонами

In all of our cells,

і це дозволяє клітинам запакувати велику кількість ДНК в наше ядро.

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

Ці машини називаються перетворювачі хроматину,

DNA is wound around proteins called histones,

і спосіб їх роботи полягає в тому,

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

що вони в основному збирають ДНК навколо цих гістонів,

These machines are called chromatin remodelers,

і так вони дозволяють відкрити нові шматочки ДНК.

Потім це ДНК може бути розпізнане іншими машинами.

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

В цьому випадку ця велика молекулярна машина

around these histones

and they allow new pieces of DNA to become exposed.

шукає сегмент ДНК,

що вказує на те, що вона є на початку гена.

This DNA can then be recognized by other machinery.

Після того як вона знайде сегмент,

In this case, this large molecular machine

в основному вона проходить серію змін форми,

is looking for a segment of DNA

які дозволяють їй залучати іншу техніку,

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

що в свою чергу дозволяє гену стимулюватися або переписатися.

Once it finds a segment,

it basically undergoes a series of shape changes

Це має бути дуже суворо регульованим процесом,

which enables it to bring in other machinery

тому що включення неправильного гена в неправильний час

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

може мати катастрофічні наслідки.

This has to be a very tightly regulated process,

Вчені тепер можуть використовувати білкові машини

because turning on the wrong gene at the wrong time

для редагування геномів.

Я впевнена, що ви всі чули про Кріспер (CRISPR).

can have disastrous consequences.

Кріспер використовує переваги білка Cas9,

Scientists are now able to use protein machines

який може бути розроблений для розпізнання і вирізання

to edit genomes.

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

дуже специфічної послідовності ДНК.

В цьому прикладі

CRISPR takes advantage of a protein known as Cas9,

два білки Cas9 використовуються щоб прибрати проблемну частину ДНК.

which can be engineered to recognize and cut

a very specific sequence of DNA.

Наприклад, частина гена, яка може спричинити захворювання.

In this example,

Потім клітинна інженерія використовується

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

для склеювання двох кінців ДНК разом.

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

Як молекулярний аніматор,

однією з моїх найбільших проблем є візуалізація невизначеності.

Cellular machinery is then used

to basically glue two ends of the DNA back together.

Усі анімації, які я Вам показала, представляють гіпотези -

те як мої співробітники думають, як працює процес,

As a molecular animator,

one of my biggest challenges is visualizing uncertainty.

спираючись на найкращу інформацію, яку вони мають.

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

Але у випадку багатьох молекулярних процесів,

ми все ще перебуваємо на ранніх етапах розуміння речей,

how my collaborators think a process works,

і ще є чому вчитися.

based on the best information that they have.

Правда полягає в тому,

що ці невидимі молекулярні світи - величезні та багато в чому не вивчені.

But for a lot of molecular processes,

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

Для мене ці молекулярні ландшафти

and there's a lot to learn.

The truth is

так само захоплююче досліджувати, як і природний світ,

that these invisible molecular worlds are vast and largely unexplored.

який видно навколо нас.

Дякую.

To me, these molecular landscapes

(Оплески)

are just as exciting to explore as a natural world

that's visible all around us.

Thank you.

(Applause)