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创新:可视化细胞的微小机器

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创新:可视化细胞的微小机器

Feb 28, 2014

What makes an innovator? Dr. Adam Frost, Assistant Professor of Biochemistry, 是美国国立卫生研究院高风险新创新者奖的获得者, high-impact research. 他描述了他使用的尖端技术,以令人难以置信的清晰度可视化大发娱乐身体细胞内工作的微小机器. 他还解释了他的研究如何阐明对抗艾滋病毒/艾滋病的新方法.

Episode Transcript

Announcer: 检查最新的研究,告诉你最新的突破, 《大发体育官网》在The Scope频道播出.

Interviewer: 每年,美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)都会为高风险人群颁发一个新创新者奖, high impact research. Dr. 来自犹他大学生物化学的亚当·弗罗斯特(Adam Frost)获得了该奖项,因为他提出了创新的方法,将在大发娱乐身体细胞中完成基本工作的微型机器可视化. Dr. 弗罗斯特,获得这个奖的感觉如何?

Dr. Adam Frost: 令人兴奋,但更重要的是,令人放松. 我觉得我可以放松警惕,放松一下,这是多年来的第一次.

Interviewer: Why is that? There's a stress for funding?

Dr. Adam Frost: Yeah, 创办我自己的实验室当然有很大的压力, becoming an assistant professor, hiring people, 并且有足够的资源来支付他们的工资和做伟大的科学研究. Now we've got that. 大发娱乐应该可以在大约五年的时间里做大发娱乐想做的研究.

Interviewer: So explain your research.

Dr. Adam Frost: 在一定的尺度上,在一定的维度上研究细胞生物学实际上是非常困难的. 很多漂亮的工作都是在接近原子的尺度上完成的,大发娱乐分离出一个分子,然后在埃的长度尺度上观察它, the average distance between, say, two carbon atoms in a molecule. But then, 如果你想进入下一个规模, say, take one, two, 或者是100种蛋白质,让它们聚集在一起,在细胞里制造一台机器,完成某种任务, that gets tough.
从生物化学角度来看,分离这些精密的机器是很困难的. 从遗传学上来说,很难理解它们所有的活动部分, 这在结构上是非常困难的因为这些东西可以变得非常大,也非常灵活传统的结构方法基本上是不可能的. 然而,它们仍然有点太小,无法用光学显微镜看到. 所以我说的是几十纳米乘几十纳米的东西. 在这种长度范围内进行实验是非常具有挑战性的,但我的实验室正在寻求应用大发娱乐的特殊专业知识.

Interviewer: 有什么应用程序可以确定这些结构的样子和作用吗?

Dr. Adam Frost: 新创新者基金关注的是细胞如何分裂. 我对此特别感兴趣,因为这是一个基本的过程,在这个过程中,一个母细胞变成两个子细胞,每个子细胞所需的一切都被遗传了,细胞分离时没有任何泄漏或完整性的丧失. 所以我的实验室采用了大发娱乐现在比较熟悉的方法来识别基因, 然后对这些成分进行生化净化.
在这种特殊情况下,我想把很多功劳归功于我的系主任. Wesley Sunquist和他实验室的博士后John McCullough. 大发娱乐一起在试管中,重建了驱动细胞分裂的机制. 这很困难,因为这是一个复杂的机器,有很多部件,它们不仅要相互组装, 它们必须与一层膜结合,并将膜重塑成连接两个子细胞的薄通道,然后最终将通道扭转在一起,这样就可以在不泄漏的情况下破裂.
大发娱乐已经能够成功地重现这种现象在试管中, 用现代电子显微镜拍下它的显微照片,大发娱乐可以看到每一种蛋白质. So for many, many thousands, and in some cases more, 图像大发娱乐使用计算机和计算机算法从大量二维图像中重建三维结构. 这个过程有点类似于CAT扫描,从许多不同的角度对你的大脑进行成像,每个图像都可以在计算机中使用,以建立你大脑的三维结构, your heart, 或者你在CAT扫描中看到的任何东西. 大发娱乐对分子做同样的事情,这样大发娱乐就可以为许多分子建立一个三维结构, many, many two-dimensional pictures.

Interviewer: 这项工作的高风险是什么?

Dr. Adam Frost: 大多数人都远离这些,因为它们很难处理. 与之相反的是,蛋白质非常乐意生活在试管中, 膜蛋白和膜结合蛋白真的只有在快乐或膜. 这为项目的生化方面增加了一个新的维度,这是大多数人宁愿避免的.
这项工作的另一个风险和挑战是, as I alluded to before, it's expensive. While I was a postdoctoral fellow, for example, 大发娱乐了解到所有的分子在大发娱乐拍照的时候都在运动,而大发娱乐的分辨率的真正极限已经过去了, say, 一秒钟的曝光,大发娱乐的分子就在周围跳舞,因此大发娱乐最终的图像非常模糊. 所以最近超快探测器被发明了. 这些超快探测器实际上使大发娱乐能够消除所涉及的运动的模糊,并获得这些分子的清晰图像.
所以这是有风险的,因为实验很有挑战性. 昂贵的原因在于这些试剂并不常见,很多都是大发娱乐必须重新制造的, 但我认为大发娱乐能够说服国家卫生研究院,尽管这是有风险的,而且大多数人都不研究这个问题,但大发娱乐已经取得了很大的进展, 无论是在生物化学,成像和图像分析问题上大发娱乐都在朝着这个方向努力.

Interviewer: What is the significance? What can you do with this information?

Dr. Adam Frost: 对于这个问题,我有几个答案. 我的第一个回答总是说,当有一个谜时,大发娱乐并不总是从一开始就知道结局. 当大发娱乐观察细胞分裂时大发娱乐可以看细胞分裂的电影,或者大发娱乐可以, just with our own eyes, 在显微镜下观察细胞的分裂过程, 我认为大发娱乐的工作之一就是用理解取代那种敬畏和奇迹的感觉. 这种理解将如何把大发娱乐带到技术上的新领域通常很难预测.
一个典型的例子是,发明晶体管的人根本不知道它会导致大发娱乐现在一直依赖的计算机的出现. 所以我有很高的期望,在任何时候,大发娱乐都可以解决一个关于生物学的基本谜团,并用真正的理解来取代这个谜团. 这将对医学产生影响,大发娱乐今天可能无法预测.
但是在细胞分裂机制的情况下,我可以讲得更具体一些. 信不信由你,驱动细胞分裂的机制也存在于其他环境中. Again, my chair, Wes Sunquist, 其他几个实验室也证明了病原体, especially viruses like HIV, highjack these same genes, 在它们的感染过程中有相同的机制. 所以大发娱乐所学到的以及我所描述的关于细胞分裂机制的一切实际上都适用于HIV芽如何从被感染的细胞中脱离并感染其他细胞. So this thin, 细胞分裂时经过的膜颈, 病毒在逃离受感染细胞时必须制造出同样的颈部. So, again, 任何大发娱乐能了解到的化学机制, the atomic details, 这一机制的工作原理将告诉大发娱乐人类病原体是如何感染并逃离人类细胞的.

Interviewer: 我很惊讶你居然有医学背景而且你的工作与诊所相去甚远, 虽然很明显它确实有一些健康方面的应用. 你的医学背景给了你哪些在这个领域的其他基础研究人员所没有的视角?

Dr. Adam Frost: Well, I'm not sure. 我不想说我有什么特别的见解. 我确实觉得我的医学博士塑造了我的思维方式,给了我一定的人类病理学背景,大发娱乐我解决不同的体重问题. While as you say, 我的实验室离诊所很远, 大发娱乐倾向于只研究那些大发娱乐能看到明显联系的问题. 我在医学院接受训练的时候,我真的很喜欢医学院, 但我意识到真正让我感兴趣的不是任何一种疾病,而是疾病的细胞基础. 我真正想知道的是:在这种疾病中,一个细胞出了什么问题?

Interviewer: 你父母对你从医学转向研究有什么看法?

Dr. Adam Frost: Oh, they were fine with it. 我爸爸是物理学家出身的工程师,他会思考, as much as he loved science, 发现竞争资金的过程压力很大. I think we all feel that. 大发娱乐都认为大发娱乐所做的事情的价值是显而易见的,但大发娱乐也明白这要花很多钱. 它花费了纳税人大量的钱. 所以大发娱乐有责任说服大家这是值得投资的. So I'll just say that I'm very grateful, thrilled, 至少在这个时候,NIH已经决定大发娱乐正在做的工作需要这个水平的资金,大发娱乐将尽最大努力取得巨大的进步.

Announcer: 有趣,内容丰富,而且都是为了更好的健康. 大发娱乐是Scope健康科学广播.