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.
O que vou mostrar a vocês são máquinas moleculares admiráveis que criam o tecido vivo de seu corpo. Moléculas são realmente minúsculas. e por minúsculas, quero dizer muito minúsculas. São menores que o comprimento da onda de luz, assim, não é possível observá-las diretamente. Mas, através da ciência, temos uma ideia razoavelmente boa do que acontece na escala molecular. Nós podemos falar sobre as moléculas, mas não temos um meio direto de lhes mostrar as moléculas.
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.
Um modo de fazer isso é desenhar figuras. E essa ideia não é nada nova. Cientistas sempre criaram figuras como parte de seu processo de raciocínio e descoberta. Eles desenham figuras daquilo que observam com os olhos, através de tecnologias como telescópios e microscópios, e também sobre o que estão refletindo. Escolhi dois exemplos bem conhecidos, pois são famosos por expressar a ciência através da arte.
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.
E começo com Galileu que usou o primeiro telescópio do mundo para observar a Lua. E ele transformou nossa compreensão da Lua. A percepção, no século 17, era de que a Lua era uma esfera celestial perfeita. Mas o que Galileu viu foi um mundo rochoso e árido que ele expressou através de aquarela.
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.
Outro cientista com grandes ideias, estrela da Biologia, é Charles Darwin, com o famoso registro em seu caderno, ele começa no topo do canto esquerdo com "Eu penso", então rascunha a primeira árvore da vida, que é a percepção dele de como todas as espécies, todas as coisas vivas na Terra, estão conectadas pela história da evolução. A origem das espécies através da seleção natural e a divergência de uma população ancestral.
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.
Mesmo sendo cientista, eu costumava ir a palestras de biólogos moleculares e as achava totalmente incompreensíveis, com toda aquela linguagem técnica e jargões extravagantes que usavam na descrição de seus trabalhos, até que conheci a arte de David Goodsell, um biólogo molecular no Instituto Scripps. E seus desenhos são precisos e estão em escala. E seu trabalho iluminou para mim como é o mundo molecular dentro de nós.
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.
Esta é uma transeção do sangue. No canto superior esquerdo, temos essa área verde-amarela, que são os fluidos do sangue, predominantemente água, mas há também anticorpos, açúcares, hormônios, esse tipo de coisas. A região vermelha é o corte de uma célula sanguínea, E essas moléculas vermelhas são hemoglobina. São bem vermelhas, é o que dá ao sangue sua cor. E a hemoglobina atua como uma esponja molecular que absorve o oxigênio em seus pulmões e o carrega para outras partes do corpo.
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.
Fui muito inspirado por esta imagem muitos anos atrás, e imaginava se poderíamos representar o mundo molecular com computação gráfica. Como seria ele? E foi assim que eu comecei, então, vamos começar.
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.
Isto é o DNA em sua forma clássica de dupla espiral. E vem da cristalografia de raio X, portanto é um modelo preciso de DNA. Se desenrolamos a espiral dupla e separamos os dois filamentos, vemos essas coisas que parecem dentes. Elas são as letras do código genético, os 25 mil genes que temos escritos no DNA. Esse é o código genético a que se referem. Mas quero falar sobre um aspecto diferente da ciência do DNA, que é a natureza física do DNA. São esses dois filamentos que correm em direções opostas por razões que não vou comentar agora, Mas, eles correm em direções opostas, o que cria uma série de complicações para suas células vivas, como vão ver, mais especificamente quando o DNA está sendo copiado. O que vou mostrar a vocês é uma representação precisa
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.
da máquina de replicação do DNA que está ocorrendo agora dentro de seu corpo, no mínimo, biologia 2002. Assim, o DNA está entrando na linha de produção do lado esquerdo, e atinge essas máquinas bioquímicas em miniatura, que estão rompendo o filamento de DNA e fazendo uma cópia exata. Assim, o DNA entra e atinge a estrutura azul em forma de rosquinha e é separado em dois filamentos. Um filamento pode ser copiado diretamente, e podemos ver essas coisas se enrolando aqui na base. Mas não é tão simples para o outro filamento porque ele deve ser copiado de trás para frente. Ele é ejetado repetidamente nesses laços e copiado uma parte por vez, criando duas novas moléculas de DNA.
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.
Você tem bilhões dessas máquinas trabalhando agora dentro de você, copiando seu DNA com primorosa fidelidade. É uma representação precisa, e está muito próxima da velocidade correta para o que ocorre dentro de você. Deixei de lado a correção de erros e outras coisas.
(Laughter)
(Risos)
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Obrigado. (Aplausos)
(Applause)
Isto foi trabalho de vários anos atrás,
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.
mas o que vou mostrar a seguir é ciência e tecnologia atualizada. Novamente, começamos com o DNA, e está se movimentando ali por causa da sopa de moléculas ao redor, que retirei para que pudessem ver alguma coisa. O DNA tem aproximadamente dois nanômetros, o que é bem pequeno. Mas em cada uma de suas células, cada filamento do DNA tem a extensão de aproximadamente 30 a 40 milhões de nanômetros. Para manter o DNA organizado e regular o acesso ao código genético, ele é envolvido por essas proteínas roxas Ele é embalado e empacotado. Todo esse campo de visão é um único filamento de DNA. Esse enorme pacote de DNA é chamado de cromossomo. E voltaremos aos cromossomos em um minuto.
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."
Estamos partindo, estamos saindo através de um poro nuclear, que é o acesso a esse compartimento que contém todo o DNA chamado núcleo. Todo esse campo visual vale aproximadamente um semestre de biologia, e eu levei sete minutos. Não vamos conseguir fazer isso hoje? Disseram-me: "Não".
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.
É assim que uma célula viva parece à luz do microscópio. Está sendo filmada em aceleração, por isso podem vê-la se movendo. O envoltório nuclear se rompe. Essas coisas em forma de linguiça são os cromossomos, e vamos focá-los. Eles passam por essa movimentação impressionante que foca esses pequenos pontos vermelhos. Quando a célula sente que está pronta, ela rasga o cromossomo. Um conjunto de DNA vai para um lado, o outo lado fica com o outro conjunto de DNA: cópias idênticas de DNA. Então a célula se divide ao meio. Novamente, você tem bilhões de células sendo submetidas a esse processo agora dentro de você.
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.
Vamos rebobinar e focar apenas os cromossomos e observar sua estrutura e descrevê-la. Aqui estamos no momento da divisão. Os cromossomos se alinham, e isolamos apenas um deles, o extraímos e observamos sua estrutura. Esta é uma das maiores estruturas moleculares que temos dentro de nós, pelo menos é o que descobrimos até agora. Este é um único cromossomo. E temos dois filamentos de DNA em cada cromossomo. Um é empacotado numa linguiça, O outro é empacotado na outra linguiça. Essas coisas que parecem bigodes saindo de cada lado
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.
são as estruturas dinâmicas de sustentação da célula chamadas microtúbulos e esse nome não é importante. Mas vamos focar essa região vermelha, eu a rotulei de vermelha aqui, a interface entre a estrutura dinâmica de sustentação e os cromossomos. Obviamente ela é fundamental para o movimento dos cromossomos. Não temos ideia de como ela realiza esse movimento.
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.
Temos estudado essa orbe cinética por mais de 100 anos com estudos intensos, e ainda estamos começando a descobrir o que significa. Ela é feita de cerca de 200 tipos diferentes de proteínas, milhares de proteínas no total. É um sistema de transmissão de sinais, que transmite através de sinais químicos dizendo ao restante da célula quando está pronta, quando ela sente que tudo está alinhado e pronto para a separação dos cromossomos. Ela consegue se juntar aos microtúbulos que estão crescendo e encolhendo, e está envolvida com o crescimento dos microtúbulos,
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.
podendo transitoriamente se juntar a eles. É também um sistema de sensoriamento de atenção, podendo perceber quando a célula está pronta, quando o cromossomo está posicionado corretamente. Está se tornando verde aqui, porque percebe que tudo está correto. E vão ver, há este último pedacinho que ainda permanece vermelho. E ele se afastou dos microtúbulos. Esse é o sistema de transmissão de sinais enviando o sinal de parada. E ele se afastou; é bem mecânico mesmo. É a máquina molecular.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
É assim que trabalhamos na escala molecular. Então, com um pouquinho de atração molecular,
(Laughter)
temos cinesina, que são aquelas laranja,
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.
pequenos mensageiros que caminham numa direção. E aqui está a dineína, que carrega o sistema de transmissão, com pernas longas para que possam ultrapassar obstáculos. Novamente, isso tudo é precisamente derivado da ciência. O problema é que não podemos mostrar isso de nenhuma outra maneira.
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.
Explorar na fronteira da ciência, na fronteira da compreensão humana, é alucinante. Descobrir esta matéria é, certamente, um incentivo agradável pra trabalhar com ciência. Mas muitos pesquisadores médicos... descobrir essas coisas é simplesmente um passo ao longo do caminho para as grandes metas, que são erradicar doenças, eliminar sofrimento e miséria que a doença causa e tirar as pessoas da pobreza.
Thank you.
Obrigado.
(Applause)
(Aplausos)