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 des machines moléculaires étonnantes qui créent le tissu vivant de nos corps. Les molécules sont vraiment, vraiment minuscules. Et par là, j'entends vraiment minuscules. Elles sont plus petites qu'une longueur d'onde de lumiè-re, nous n'avons donc pas de moyen direct de les observer. Mais grâce à la science, nous avons une assez bonne idée de ce qui se passe à l'échelle moléculaire. Alors ce que nous pouvons faire est en fait vous parler des molécules, mais nous n'avons pas de moyen direct de vous les montrer.
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.
Pour contourner le problème, on peut dessiner des images. Et cette idée n'a en fait rien de nouveau. Les chercheurs ont toujours créé des images comme partie intégrante de leur processus de réflexion et de découverte. Il dessinent des images de ce qu'ils observent avec leurs yeux, à travers des technologies comme les microscopes et les téléescopes, et aussi ce à quoi ils réfléchissent. J'ai sélectionné deux exemples célèbres parce qu'ils sont bien connus pour exprimer la science au travers de 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 par Galilée qui a utilisé le premier téléscope au monde pour regarder la lune. Et il a transformé notre compréhension de la lune. La perception au 17e siècle était que la lune était une sphère parfaitement céleste. Mais ce que Galilée a vu était un monde rocailleux et désolé, ce 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 chercheur avec de très grandes idées, la superstar de la biologie, c'est Charles Darwin. Et avec ce célèbre passage de son carnet,, il commence en haut à gauche par, "Je pense," et ensuite fait un croquis du premier arbre de vie, qui est la perception de comment toutes les espèces, tout ce qui vit sur terre, sont connectées à travers l'histoire évolutionnaire, l'origine des espèces à travers la sélection naturelle et la divergence par rapport à 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 chercheur, J'allais à des conférences données par des biologistes moléculaires et je les trouvais totalement incompréhensibles, avec tout leur jargon et leur vocabulaire technique qu'ils employaient pour décrire leur travail, jusqu'à ce que je tombe sur les oeuvres de David Goodsell, qui est biologiste moléculaire au Scrips Institute. Et ses images, tout est exact et tout est à l'échelle. Et son oeuvre m'a révélé ce à quoi ressemble 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.
Vouci donc une coupe transversale de sang. En haut à gauche, vous avez cette zone jaune-vert. La zone jaune-vert, ce sont les fluides du sang, qui sont essenteillement de l'eau, mais aussi des anticorps, des sucres, des hormones, ce genre de choses. Et la région rouge est une coupe dans un globule rouge. Et ces molécules rouges sont de l'hémoglobine. Elles sont vraiment rouges ; c'est ce qui donne au sang sa couleur. Et l'hémoglobine agit comme une éponge moléculaire qui absorbe l'oxygène dans vos poumons puis la transporte vers les 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.
J'ai été très inspiré par cette image il y a de nombreuses années, et je me demandais si on pouvait employer de l'infographie pour représenter le monde moléculaire. A quoi cela ressemblerait-il ? Et c'est comme ça que j'ai vraiment commencé. Alors allons-y. Voici de l'ADN dans sa forme classique de 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 c'est tiré d'une crystallographie au rayonsX, c'est donc un modèle excat d'ADN. Si nous déroulons la double hélice et séparons ses deux brins, vous voyez ces choses qui ressemblent à des dents. Ce sont les lettres du code génétique, les 25000 gènes incrits dans votre ADN. Voilà de quoi ils parlent typiquement, le code génétique, c'est ce dont ils parlent. mais je veux parler d'un aspect différent de la science de l'ADN, et c'est la nature physique de l'ADN. Ce sont ces deux brins qui partent dans des directions ooposées pour des raisons que je vais laisser de côté pour l'instant. Mais ils partent physiquement dans des directions opposées ce qui crrée un nombre de 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.
Et donc ce que je vais vous montrer est une représentation exacte de la véritable machine de réplication ADN qui se déroule en ce moment-même à l'intérieur de votre corps, au moins selon la biologie en 2002. L'ADN entre donc dans la ligne de production apr la gauche, et il se heurte à cette collection, ces machines biochimiques miniatures, qui défont le brin d'ADN et en font une copie exacte. L'ADN entre alors et se heurte à cette structure bleue en forme d'anneau et il est déchiré en deux brins. Un brin peut être copié directement et vous pouvez voir ces choses débobiner en bas ici. Mais les choses ne sont pas aussi simple pour l'autre brin parce qu'il doit être copié à l'envers. Il est donc projeté de façon répétée dans ces anneaux et copié une section à la fois, ce qui crée deux nouvelles 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.
Maintenant vous avez des milliards de ces machines au travail à l'intérieur de vous, qui copient votre ADN avec une fidélité exquise. C'est une représentation exacte, et c'est en gros à la bonne vitesse pour ce qui se passe en vous. J'ai laissé de côté la correction des erreurs et un tas d'autres choses.
(Laughter)
C'étaient des travaux d'il y a quelques années.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Merci. Ce sont des travaux 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 mise à jour, de la technologie mise à jour. DOnc encore, nous commençons par l'ADN. Et il gigotte et se tortille làà cause de la soupe de molécules environnante. que j'ai enlevée pour que vous puissiez voir quelque chose. L'ADN fait environ deux nanomètres de large, ce qui est vraiment minuscule. Mais dans chacune de vos cellules, chaque brin d'ADN mesure environ 30 à 40 millions de nanomètres de long. Pour que l'ADN reste organisé et pour réguler l'accès au code génétique, il est entortillé autour de ces protéines violettes, ou je les ai colorées en violet ici. C'est tout en un seul paquet. Tout ce champ de vision est un seul brin d'ADN. Cet énorme paquet d'ADN s'appelle un chromosome. Et nous reviendrons aux chromosomes dans une minute.
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 sortons, nous dézoomons, passons par un pore nucléaire, qui est la porte vers ce compartiment qui contient tout l'ADN appelé le noyau. Tout ce champ de vision représente un semestre de biologie, et j'ai 7 minutes. nous n'allons donc pas pouvoir faire ça aujourd'hui ? Non, on me dit que 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.
Voilà à quoi ressemble une cellule viante à la lumière d'un microscope. Et elle est filmée en time-lapse, c'est pourquoi vous pouvez la voir bouger. L'enveloppe nucléaire se romp. Ces choses en forme de saucisses sont les chromosomes et nous allons nous concventrer sur eux. Ils passent par ce mouvement très frappant qui est concentré sur ces petits points rouges. Quand la cellule est prête, elle déchire le chromosome. Un jeu d'ADN part d'un côté, l'au(tre côté reçoit l'autre jeu d'ADN, des copies identiques d'ADN. et ensuite la cellule se fend en deux. Et là encore, vous avez des milliards de cellules qui subissent ce processus en ce moemnt en vous.
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 maintenant revenir en arrière et nous concentrer sur les chromosomes et regardes leur structure et la décrire. Là encore, nous sommes à un moment médian. Les chromosomes s'alignent. Et si nous isolons un seul chromosome, nous allons l'extraire et regarder sa structure. Voici une des plus grosses structures moléculaires qui soit en vous, au moins pour ce que nous avons découvert pour l'instant à l'intérieur de nous. Voici un chromosome. Et vous avez deux brins d'ADN dans chaque chromosome. Un est empaqueté en une saucisse. L'autre brin est empaqueté 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 moustaches de chat et qui sortent des deux côtés sont l'échaffaudage dynamique de la cellule. On les appelle des mircrotubules. Ce nom n'est aps improtant. Mais ce sur quoi nous allons nous concentrer c'est la zone rouge, je l'ai colorée en rouge ici, et c'est l'interface entre léchaffaudage dynamique et les chromosomes. Il est évidemment essentiel pour le mouvement des chromosomes. Nous n'avons aucune idée de comment il arrive à 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 avons étudié cette chose qu'on appelle kinetochore intensément depuis cent ans, et nous commençons à peine à découvrir de quoi il s'agit. C'est faitd'environ 200 différents types d eprotéines, des milliers de protéines au total. C'est un système de diffusion de signal. Il envoie des signaux chimiques qui disent au reste de la cellule quand elle est prête, quand elle sent que tout est aligné et prêt à aller séparer les chromosomes. C'est capable de s'associer aux microtubules qui grandissent et rétrécissent.
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.
C'est impliqué dans la croissance des microtubules, et c'est capable de s'y associer temporairement. C'est aussi un système de détection d'attention. C'est capable de sentir quand la cellule est prête, quand le chromosome est en position correcte, ça devient vert ici parce que ça ressent que tout est comme il faut. Et vous allez voir, il y a ce dernier petit bout qui reste encore rouge. Et il s'est éloigné le long des microtubules. C'est le système de diffusion de signaux qui envoie le signal d'arrêt. Et il s'en est allé. Je veux dire, c'est mécanique. C'est un mécaniqme moléculaire.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
C'est comme ça qu'on fonctionne au niveau moléculaire. Avec un peu de douceur visuelle moléculaire,
(Laughter)
nous avons les kinésines, qui sont en orange.
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.
Ce sont des molécules messagères qui vont à sens unique. ET voici les dynéines. Elles transportent ce système de diffusion. Et elles ont de longues jambes, elles peuvent donc enjamber les obstacles etc. Là encore, tout ceci est tiré avec précision de la science. Le problème est que nous ne pouvons pas vous le montrer autrement.
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.
L'exploration à la frontière de la science, à la frontière de la compréhension humaine, est époustoufflante. Découvrir ces trucs est certainement une motivation à travailler dans les scinces qui apporte du plaisir. Mais pour la plupart des chercheurs en médecine, découvrir des trucs c'est de simples étapes sur la route vers les grands objectifs, qui sont d'éliminer les maladies, d'éliminer la souffrance et le malheur que la maladie provoque et de sortir les gens de la pauvreté.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)