What I'm going to show you are the astonishing molecular machines that create the living fabric of your body. Now molecules are really, really tiny. And by tiny, I mean really. They're smaller than a wavelength of light, so we have no way to directly observe them. But through science, we do have a fairly good idea of what's going on down at the molecular scale. So what we can do is actually tell you about the molecules, but we don't really have a direct way of showing you the molecules.
Ce que je vais vous montrer ce sont les étonnantes machines moléculaires qui créent le tissu vivant de votre corps. Les molécules sont vraiment minuscules. Et par minuscules je veux dire vraiment minuscules. Elles sont plus petites que la longueur d’onde de la lumière, il n’y a donc pas moyen de les observer directement. Mais grâce à la science, nous avons une idée de ce qui se passe au niveau moléculaire. Ce que nous pouvons donc faire c’est vous raconter les molécules, mais il n’y a pas moyen de vous montrer directement les molécules.
One way around this is to draw pictures. And this idea is actually nothing new. Scientists have always created pictures as part of their thinking and discovery process. They draw pictures of what they're observing with their eyes, through technology like telescopes and microscopes, and also what they're thinking about in their minds. I picked two well-known examples, because they're very well-known for expressing science through art.
Une façon de résoudre le problème est de dessiner. Cette idée n’est pas nouvelle. Les scientifiques ont toujours créé des images selon leur pensée et leur parcours de découvertes. Ils dessinent ce qu’ils observent avec les yeux, avec les technologies comme les télescopes et les microscopes, et également ce qu’ils pensent et leur vient à l’esprit. J’ai pris deux exemples célèbres, parce qu’ils expriment la science à travers l’art.
And I start with Galileo, who used the world's first telescope to look at the Moon. And he transformed our understanding of the Moon. The perception in the 17th century was the Moon was a perfect heavenly sphere. But what Galileo saw was a rocky, barren world, which he expressed through his watercolor painting.
Et je commence avec Galileo qui a utilisé le premier télescope au monde pour observer la Lune. Il a transformé notre connaissance de la Lune. Au 17° siècle, on voyait la lune comme une sphère céleste parfaite. Mais ce que Galileo a vu c’est un monde aride et rocheux qu’il a exprimé à travers ses aquarelles.
Another scientist with very big ideas, the superstar of biology is Charles Darwin. And with this famous entry in his notebook, he begins in the top left-hand corner with, "I think," and then sketches out the first tree of life, which is his perception of how all the species, all living things on Earth are connected through evolutionary history -- the origin of species through natural selection and divergence from an ancestral population.
Un autre scientifique avec de grandes idées, la vedette de la biologie, c’est Charles Darwin. Et avec sa célèbre note sur son carnet, il a commencé en haut à gauche avec, « Je pense, » et ensuite il ébauche le premier arbre de la vie, qui est l’idée qu’il se fait de comment les espèces qui vivent su Terre, sont liées à travers l’évolution historique -- l’origine des espèces à travers la sélection naturelle et les différences avec une population ancestrale.
Even as a scientist, I used to go to lectures by molecular biologists and find them completely incomprehensible, with all the fancy technical language and jargon that they would use in describing their work, until I encountered the artworks of David Goodsell, who is a molecular biologist at the Scripps Institute. And his pictures -- everything's accurate and it's all to scale. And his work illuminated for me what the molecular world inside us is like.
Même en tant que scientifique, j’assistais à des conférences de biologistes moléculaires et je les trouvais complètement incompréhensibles avec tout ce langage technique sophistiqué et ce jargon qu’ils utilisaient pour décrire leur travail, jusqu’à ce que je tombe sur les œuvres de David Goodsell, qui est biologiste moléculaire au Scripps Instistute. Et dans ses images, tout est précis et à l’échelle. Et son travail a éclairé pour moi ce qu’est le monde moléculaire en nous.
So this is a transection through blood. In the top left-hand corner, you've got this yellow-green area. The yellow-green area is the fluid of blood, which is mostly water, but it's also antibodies, sugars, hormones, that kind of thing. And the red region is a slice into a red blood cell. And those red molecules are hemoglobin. They are actually red; that's what gives blood its color. And hemoglobin acts as a molecular sponge to soak up the oxygen in your lungs and then carry it to other parts of the body.
Donc voici une section du sang. En haut à gauche, vous avez cette zone jaune-vert. La zone jaune-vert ce sont les liquides du sang, essentiellement de l’eau, mais aussi des anticorps, des sucres, des hormones, ce genre de choses. Et la zone rouge c’est une section de globule rouge. Et ces molécules rouges c’est l’hémoglobine. Elles sont vraiment rouges : c’est ce qui donne la couleur à votre sang. Et l’hémoglobine agit comme une éponge moléculaire, elle absorbe l’oxygène dans vos poumons et le transporte dans d’autres parties du corps.
I was very much inspired by this image many years ago, and I wondered whether we could use computer graphics to represent the molecular world. What would it look like? And that's how I really began. So let's begin.
Je me suis beaucoup inspiré de cette image il y a plusieurs années, et je me suis demandé si l’on pouvait utiliser l’infographie pour représenter le monde moléculaire. A quoi cela ressemblerait-il? Et voila comment j’ai commencé. Voyons voir. Voici l’ADN dans sa forme classique en double hélice.
This is DNA in its classic double helix form. And it's from X-ray crystallography, so it's an accurate model of DNA. If we unwind the double helix and unzip the two strands, you see these things that look like teeth. Those are the letters of genetic code, the 25,000 genes you've got written in your DNA. This is what they typically talk about -- the genetic code -- this is what they're talking about. But I want to talk about a different aspect of DNA science, and that is the physical nature of DNA. It's these two strands that run in opposite directions for reasons I can't go into right now. But they physically run in opposite directions, which creates a number of complications for your living cells, as you're about to see, most particularly when DNA is being copied.
Et ça vient d’une cristallographie aux rayons X, c’est une représentation très précise de l’ADN. En déroulant la double hélice et en ouvrant les deux filaments, vous voyez ces choses qui ressemblent à des dents. Ce sont les lettres du code génétique, les 25 000 gènes qui sont écrits dans votre ADN. Voici ce dont ils parlent -- le code génétique – voilà ce dont ils parlent. Mais je veux vous parler d’un autre aspect de la science de l’ADN, c'est-à-dire la nature physique de l’ADN. Ces deux filaments se dirigent dans deux directions opposées pour des raisons que je ne vais pas expliquer maintenant. Mais, physiquement ils se dirigent dans deux directions opposées, ce qui crée certaines complications pour vos cellules vivantes, comme vous allez le voir, plus particulièrement quand l’ADN est copié.
And so what I'm about to show you is an accurate representation of the actual DNA replication machine that's occurring right now inside your body, at least 2002 biology. So DNA's entering the production line from the left-hand side, and it hits this collection, these miniature biochemical machines, that are pulling apart the DNA strand and making an exact copy. So DNA comes in and hits this blue, doughnut-shaped structure and it's ripped apart into its two strands. One strand can be copied directly, and you can see these things spooling off to the bottom there. But things aren't so simple for the other strand because it must be copied backwards. So it's thrown out repeatedly in these loops and copied one section at a time, creating two new DNA molecules.
Ce que je vais vous montrer c’est une représentation précise de la reproduction de l’ADN qui se passe à l’intérieur de votre corps, du moins selon la biologie de 2002. L’ADN rentre dans la ligne de production par le côté gauche, il rencontre cette collection, ces machines biologiques en miniature, qui démontent les filaments de l’ADN et en font une copie. Donc l’ADN rentre, il touche cette structure bleue en forme de beignet qui le déchire en deux filaments. Un filament peut être copié directement, et vous voyez ces choses qui se rembobine là en bas. Mais tout n’est pas aussi simple pour cet autre filament parce qu’il doit être recopié à l’envers. Il est donc rejeté à plusieurs reprises dans ces boucles et recopié une section à la fois, créant ainsi deux molécules d’ADN.
Now you have billions of this machine right now working away inside you, copying your DNA with exquisite fidelity. It's an accurate representation, and it's pretty much at the correct speed for what is occurring inside you. I've left out error correction and a bunch of other things.
Vous avez des milliards de machines comme celle-ci qui sont à l'oeuvre dans votre corps, qui font des copies de votre ADN dans tous les détails. C’est une représentation exacte et à la bonne vitesse de se qui se passe à l’intérieur de vous. J’ai omis la correction des erreurs et un tas d’autres choses.
(Laughter)
C’était un travail d’il y a quelques années.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Merci. C’est un travail d’il y a quelques années,
(Applause)
This is work from a number of years ago, but what I'll show you next is updated science, it's updated technology. So again, we begin with DNA. And it's jiggling and wiggling there because of the surrounding soup of molecules, which I've stripped away so you can see something. DNA is about two nanometers across, which is really quite tiny. But in each one of your cells, each strand of DNA is about 30 to 40 million nanometers long. So to keep the DNA organized and regulate access to the genetic code, it's wrapped around these purple proteins -- or I've labeled them purple here. It's packaged up and bundled up. All this field of view is a single strand of DNA. This huge package of DNA is called a chromosome. And we'll come back to chromosomes in a minute.
mais ce que je vais vous montrer ensuite c’est de la science moderne, de la technologie moderne. Encore une fois nous commençons avec l’ADN. Et il gigote et se tortille parce qu’il est entouré d’une soupe de molécules, dont je me suis débarrassé pour que vous puissiez voir. L’ADN mesure à peu près deux nanomètres, ce qui est vraiment minuscule. Mais dans chaque cellule, chaque filament d’ADN est long de 30 à 40 millions de nanomètres. Pour tenir en ordre l’ADN et réguler l’accès au code génétique, il est enveloppé de ces protéines violettes -- ou c’est plutôt moi qui les ai étiquetées en violet. C’est emballé et empaqueté. Tout ce champ de vision est un seul filament d’ADN. Cet énorme paquet d’ADN s’appelle un chromosome. Et nous reviendrons dans une minute sur les chromosomes.
We're pulling out, we're zooming out, out through a nuclear pore, which is the gateway to this compartment that holds all the DNA, called the nucleus. All of this field of view is about a semester's worth of biology, and I've got seven minutes, So we're not going to be able to do that today? No, I'm being told, "No."
Nous nous dégageons, nous zoomons en arrière à travers un pore nucléaire, qui est l’entrée vers ce compartiment qui contient tout l’ADN qui s’appelle noyau. Tout ce champ de vision c’est un semestre entier de biologie et je n’ai que 7 minutes. Nous ne pourrons donc pas le faire aujourd’hui ? Non, on me dit « Non ».
This is the way a living cell looks down a light microscope. And it's been filmed under time-lapse, which is why you can see it moving. The nuclear envelope breaks down. These sausage-shaped things are the chromosomes, and we'll focus on them. They go through this very striking motion that is focused on these little red spots. When the cell feels it's ready to go, it rips apart the chromosome. One set of DNA goes to one side, the other side gets the other set of DNA -- identical copies of DNA. And then the cell splits down the middle. And again, you have billions of cells undergoing this process right now inside of you.
Voici ce à quoi ressemble une cellule vivante sous la lumière d’un microscope. Et on a accéléré la vidéo, voilà pourquoi vous la voyez bouger. L’enveloppe nucléaire tombe. Ces choses en forme de saucisses sont les chromosomes, et nous allons les examiner. Ils passent à travers cette ouverture qui se concentre sur ces petits points rouges. Quand la cellule se sent prête, elle déchire le chromosome. Une partie de l’ADN va d’un côté, l’autre côté prend l’autre partie de l’ADN -- des copies identiques de l’ADN. Et ensuite la cellule se divise en deux au milieu. Et encore une fois, vous avez des milliards de cellules soumises à ce processus dans votre corps.
Now we're going to rewind and just focus on the chromosomes, and look at its structure and describe it. So again, here we are at that equator moment. The chromosomes line up. And if we isolate just one chromosome, we're going to pull it out and have a look at its structure. So this is one of the biggest molecular structures that you have, at least as far as we've discovered so far inside of us. So this is a single chromosome. And you have two strands of DNA in each chromosome. One is bundled up into one sausage. The other strand is bundled up into the other sausage.
Nous allons revenir en arrière et nous concentrer sur les chromosomes et regarder sa structure et la décrire. Encore une fois, nous sommes au moment crucial. Les chromosomes s’alignent. Si nous isolons un seul chromosome, nous allons le sortir et regarder sa structure. C’est une des plus grandes structures moléculaires qui existent, du moins d’après ce que nous avons découvert. Voici un seul chromosome. Vous avez deux filaments d’ADN dans chaque chromosome. L’un est enfermé dans une saucisse. L’autre filament est enfermé dans l’autre saucisse.
These things that look like whiskers that are sticking out from either side are the dynamic scaffolding of the cell. They're called microtubules, that name's not important. But we're going to focus on the region labeled red here -- and it's the interface between the dynamic scaffolding and the chromosomes. It is obviously central to the movement of the chromosomes. We have no idea, really, as to how it's achieving that movement.
Ces choses qui ressemblent à des poils qui dépassent sur le coté ce sont les échafaudages dynamiques de la cellule. Ça s’appelle des microtubules. Le nom n’est pas important. Mais nous allons nous concentrer sur cette zone rouge – je l’ai marqué en rouge ici -- c’est l’interface entre l’échafaudage dynamique et les chromosomes. C’est évidement central pour le mouvement des chromosomes. Nous n’avons aucune idée de comment il peut faire ce mouvement.
We've been studying this thing they call the kinetochore for over a hundred years with intense study, and we're still just beginning to discover what it's about. It is made up of about 200 different types of proteins, thousands of proteins in total. It is a signal broadcasting system. It broadcasts through chemical signals, telling the rest of the cell when it's ready, when it feels that everything is aligned and ready to go for the separation of the chromosomes. It is able to couple onto the growing and shrinking microtubules.
Nous étudions cette chose qui s’appelle globe cinétique depuis une centaine d’année, très intensément, et nous commençons tout juste à découvrir ce que c’est. Il est fait de 200 différents types de protéines, des milliers de protéines au total. C’est un système de transmission du signal. Il transmet un signal chimique en disant au reste de la cellule quand il est prêt, quand il sent que tout est aligné et prêt à partir pour la séparation des chromosomes. Il est capable de s’accoupler aux microtubules qui s’agrandissent et se réduisent.
It's involved with the growing of the microtubules, and it's able to transiently couple onto them. It's also an attention-sensing system. It's able to feel when the cell is ready, when the chromosome is correctly positioned. It's turning green here because it feels that everything is just right. And you'll see, there's this one little last bit that's still remaining red. And it's walked away down the microtubules. That is the signal broadcasting system sending out the stop signal. And it's walked away -- I mean, it's that mechanical. It's molecular clockwork.
Il est impliqué dans la croissance des microtubules, et il est capable de s’accoupler avec eux de façon transitoire. C’est également un système sensible à l’attention. Il est capable de sentir quand la cellule est prête, quand le chromosome est positionné correctement. Il devient vert ici parce qu’il sent que tout va bien. Et vous voyez, il y a un tout dernier petit bout qui reste encore rouge. Et il est reparti par les microtubules. C’est le système de transmission du signal qui envoie le signal d’arrêt. Et il est reparti. C’est mécanique. C’est de l’horlogerie moléculaire.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
Voilà comment ça marche à l’échelle moléculaire. Avec une petite merveille moléculaire pour les yeux,
(Laughter)
nous avons la kinésine, ce sont les oranges.
we've got kinesins, the orange ones. They're little molecular courier molecules walking one way. And here are the dynein, they're carrying that broadcasting system. And they've got their long legs so they can step around obstacles and so on. So again, this is all derived accurately from the science. The problem is we can't show it to you any other way.
Il y a un tout petit transporteur de molécules qui part d’un côté. Et voici les dynéines. Elles portent le système de transmission. Elles ont de longues jambes, elles peuvent donc contourner les obstacles et ainsi de suite. Encore une fois, tout nous vient de la science avec précision. Le problème c’est que nous ne pouvons vous le montrer différemment.
Exploring at the frontier of science, at the frontier of human understanding, is mind-blowing. Discovering this stuff is certainly a pleasurable incentive to work in science. But most medical researchers -- discovering the stuff is simply steps along the path to the big goals, which are to eradicate disease, to eliminate the suffering and the misery that disease causes and to lift people out of poverty.
Explorer à la frontière de la science, à la frontière de la compréhension humaine, c’est hallucinant. Découvrir tout ça est certainement une agréable motivation pour faire de la science. Mais pour la plupart des chercheurs médicaux... faire des découvertes c’est simplement une étape le long du parcours vers de grands objectifs : éradiquer les maladies, éliminer la souffrance et la misère causées par les maladies et sortir les gens de la pauvreté.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)