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Player's age:
Game styles:
No games of that kind for that age yet: try another style or an older age.
Molecules and cells
Inside a single cell, where proteins, viruses and organelles go about their work.
Circulation
Travelling round the body: white cells on patrol and red cells delivering oxygen.
The body
Organs and whole systems: from the first race of a new life to the gut, the nerves, the brain and the balance that keeps it all going.
The lab
Where we see molecules like these: a shift on a beamline, solving their structures.
Idade de quem joga:
Tipos de jogo:
Ainda não há jogos desse tipo para essa idade: experimente outro tipo ou uma idade acima.
Moléculas e células
Dentro de uma só célula, onde proteínas, vírus e organelos fazem o seu trabalho.
Circulação
A viagem pelo corpo: glóbulos brancos de patrulha e glóbulos vermelhos a entregar oxigénio.
O corpo
Órgãos e sistemas inteiros: da primeira corrida de uma nova vida ao intestino, aos nervos, ao cérebro e ao equilíbrio que mantém tudo a funcionar.
O laboratório
Onde se vêem moléculas como estas: um turno numa linha de luz para resolver as suas estruturas.
Âge pour jouer:
Types de jeu:
Pas encore de jeu de ce type pour cet âge : essaie un autre type ou un âge au-dessus.
Molécules et cellules
À l'intérieur d'une seule cellule, où protéines, virus et organites font leur travail.
La circulation
Le grand voyage dans le corps : des globules blancs en patrouille et des globules rouges qui livrent l'oxygène.
Le corps
Des organes et des systèmes entiers : de la première course d'une nouvelle vie à l'intestin, aux nerfs, au cerveau et à l'équilibre qui fait tenir le tout.
Le labo
Là où l'on voit des molécules comme celles-ci : une session sur une ligne de lumière, pour résoudre leurs structures.
Edad para jugar:
Tipos de juego:
Todavía no hay juegos de ese tipo para esa edad: prueba otro tipo o una edad mayor.
Moléculas y células
Dentro de una sola célula, donde proteínas, virus y orgánulos hacen su trabajo.
La circulación
De viaje por el cuerpo: glóbulos blancos de patrulla y glóbulos rojos que reparten oxígeno.
El cuerpo
Órganos y sistemas enteros: de la primera carrera de una nueva vida al intestino, los nervios, el cerebro y el equilibrio que lo mantiene todo en marcha.
El laboratorio
Donde se ven moléculas como estas: un turno en una línea de luz para resolver sus estructuras.
Età per giocare:
Tipi di gioco:
Non ci sono ancora giochi di questo tipo per questa età: prova un altro tipo o un'età più alta.
Molecole e cellule
Dentro una sola cellula, dove proteine, virus e organelli fanno il loro lavoro.
La circolazione
In viaggio per il corpo: globuli bianchi di pattuglia e globuli rossi che consegnano l'ossigeno.
Il corpo
Organi e sistemi interi: dalla prima corsa di una nuova vita all'intestino, ai nervi, al cervello e all'equilibrio che tiene in piedi tutto.
Il laboratorio
Dove si vedono molecole come queste: un turno su una linea di luce per risolverne le strutture.
Nuclear Slalom: Importin Run
Be importin β: cross a crowded cytoplasm, pick the right importin α for each cargo, ski down through a nuclear pore to the DNA and ride the cable car back up. Four orders, from ribosome building to a virus fight.
RacingQuizzes and puzzlesFrom age 8
A nod to Horace Goes Skiing (William
Tang, Beam Software, 1983), made in Melbourne, where Horace crossed a busy
road to hire his skis and then took on a slalom course. Here the road is the cytoplasm, two screens wide, and the
traffic is the cell’s own: motor proteins hauling vesicles along their tracks, ribosomes, mitochondria, proteasomes
and, later on, viruses. The ski run goes down through a nuclear pore into the nucleus, and the cable car brings you back
up. There are four orders, each with a different cargo and a different way in, and what each cargo does changes the
rest of the game.
The science
You are importin β, a courier that carries proteins into the
nucleus. It’s a long, curling chain of about 19
HEAT repeats, each a pair of helices, which is how the game draws it.
Importin α is the adaptor. Many cargoes carry a short “postcode”, a
nuclear localisation signal (NLS). The first one
found was PKKKRKV, in the SV40 large T antigen. Importin α
reads it with a crescent of ten armadillo (ARM) repeats, three
helices each; the NLS lies along the groove inside the curve (the gold helices in the game show where each cargo
binds). Its other end, the IBB domain, reaches up into importin β.
Different importin αs for different jobs. Humans have several importin αs, with famously muddled names
(importin α1 is made by the KPNA2 gene, α3 by KPNA4, α5 by KPNA1). Some cargoes prefer one of them, so in the
game you choose:
a ribosomal protein needs no adaptor: importin β grabs it
directly (Jäkel and Görlich, 1998). Ribosomes, with about 80 proteins
each, are put together in the nucleolus. In the game, more ribosomes
mean a new importin β: an extra life;
SOX2, a pioneer factor that
can open up tightly packed chromatin and keeps neural stem cells
going, has two NLSs that together span nine of importin α3’s ten ARM repeats, which explains why it prefers α3
(Jagga et al., 2021). In the game it opens the chromatin, and the ski
run gets clearer;
the Hendra virus W protein binds importin α3 through a larger surface
and over 50 times more tightly than importin α1
(Smith et al., 2018; see also the
structure page). Once in the nucleus, W blocks the signals that switch on
interferon, the cell’s antiviral alarm
(Shaw et al., 2005). In the game the alarm goes off and the
viruses multiply;
STAT1 is switched on when interferon from neighbouring cells reaches the
cell’s receptor and JAK kinases add phosphates. Two phosphorylated
STAT1s pair up and are carried in by importin α5, not by importin α1
(Sekimoto et al., 1997), through an unusual signal near the end of the
ARM repeats. Inside, they switch on interferon-stimulated genes.
Henipavirus W proteins also bind STAT1 and hold on to it in the nucleus
(Shaw et al., 2004): those are the red spiky things on the last
ski run.
The pore. A nuclear pore complex is a ring of about 1,000
protein molecules from about 30 kinds of nucleoporin, weighing about
120 MDa, set in the double membrane of the nuclear envelope. Its channel is filled with floppy FG repeats
(phenylalanine–glycine) that keep big molecules out unless an importin carries them: the importin binds the FG
repeats as it slips through (your FG flags). Each pore can handle up to 1,000 crossings a second.
What makes it one-way: Ran. Inside the nucleus, RCC1, sitting on chromatin,
loads the small protein Ran with GTP. RanGTP grabs importin β just
inside the pore’s basket and makes it let go of the cargo. Importin β rides back out with RanGTP, and importin α
with its own exporter, CAS (exportin-2). On the cytoplasm side,
RanGAP, held on the pore’s filaments by
RanBP2, makes Ran use up its GTP, freeing the importins for another trip, and
NTF2 takes RanGDP back in. That’s the cable car.
More importin stories from our papers with Jade Forwood’s group at Charles Sturt University: MERS coronavirus
ORF4b binds importin α in an unusual way, right where NF-κB, another alarm signal, would bind
(Munasinghe et al., 2022); adding a phosphate next to the NLS of a
cytomegalovirus protein, UL44, makes it bind importin α ten times
less tightly (Cross et al., 2024); and the capsid of beak and feather
disease virus has a nuclear-targeting arm (structure page).
A Nobel Prize.Günter Blobel won the 1999 Nobel Prize in
Physiology or Medicine for discovering that proteins carry signals that send them to the right place in the cell.
Where the game cuts corners
Proteins don’t walk, ski or wear woolly hats. Everything in a cell gets about by diffusion, jostling at random, and
crossing a pore takes a tiny fraction of a second, not a whole ski run.
The cytoplasm really is crowded (macromolecular crowding),
but motor proteins don’t run anyone over. The traffic rules are pure Horace.
A cell doesn’t “choose” an importin α: each cargo simply binds best to the ones that fit its signal, and many cargoes
can use several. The ribosomal proteins can also travel with other importins, such as transportin.
RanGTP lets go of the cargo at the basket, and then the cargo makes its own way to the DNA. The game hands you its
skis for that last bit.
One SOX2 doesn’t open all the chromatin in the nucleus: pioneer factors open particular places. A clearer ski run is
the game’s way of saying thank you.
Hsp70 is a chaperone that helps proteins fold and refold, not an ambulance.
Horace’s ambulance cost him money; here it costs a life.
There’s no cable car. Importins go back out through the pores the same way they came in, and Ran’s gradient, GTP
inside and GDP outside, keeps the traffic flowing in the right direction.
Viral Vector: Biochemistry Arcade
Play the virus for once: infect cells, dodge antibodies and get past the boss cell, with a puzzle on Easy or a biochemistry question on Medium and Hard.
Fly and dodgeQuizzes and puzzlesFrom age 8
Infected cells act as decoys for the antibodies, which gives you a moment to breathe. Infect enough of them and a boss
cell appears. On Easy, every boss cell is a puzzle about viruses and our defences, with nothing to read; on Medium and
Hard, it asks a question, and if you’re stuck you can play a puzzle for a clue. Each level brings the next puzzle. A
wrong answer costs a life; on Medium, an answer without a clue wins one back, and on Hard there are no lives back.
The science
You are a virus. Viruses can’t copy themselves on their own: they enter a host cell and use its
machinery to make new virus particles (viral replication).
The shell. A virus wraps its genome in a protein shell, the capsid, often built from many copies of
one protein. With Jade Forwood’s group we solved the capsid of
beak and feather disease virus, which kills parrots and
cockatoos: 60 copies of one protein, arranged as twelve rings of five.
The antibodies.Antibodies are Y-shaped proteins made by B cells. They bind to a virus
and can stop it entering cells.
The puzzles. A virus gets into a cell through a receptor that fits its spike: the
spike of SARS-CoV-2 binds ACE2. Infected cells spot viral RNA with sensors such as
RIG-I, which pass the message through MAVS and
IRF3 to the nucleus, and the cell sends out interferon to warn its
neighbours; some viruses block that chain, such as Hendra virus with its W protein (see the
Hendra and Nipah W proteins with importin α). Viruses change a little as
they copy themselves (antigenic drift), which is why the
flu vaccine is updated every year, and a vaccine trains the
immune system to make antibodies before the real virus arrives.
Viruses can’t steer or swim: they drift with whatever fluid they’re in until they bump into a cell with the right
receptor on its surface.
Infected cells don’t act as decoys. In life, they’re found and destroyed by cytotoxic T cells and
natural killer cells; in the game, the antibodies chase them instead.
Receptors aren’t shaped like stars and squares, and a virus doesn’t swap its spikes for new ones: changes come from
copying mistakes (mutations), and the viruses that antibodies no longer
recognise are the ones that spread.
Nobody fetches a capsid’s pieces: copies of the protein find each other and click together on their own
(self-assembly).
There are no boss cells, and as far as anyone knows, no virus has ever answered a biochemistry question.
CytoPac: Organelle Assembler
Fly a kinesin-bot around the cytoplasm, build organelles piece by piece and fuel them up.
Shoot 'em upFly and dodgeFrom age 6
A nod to Jetpac (Ultimate Play the Game, 1983) on the ZX Spectrum. Instead of building a rocket and filling it with
fuel, you build an organelle (nucleus, mitochondrion, Golgi apparatus, chloroplast) and feed it the right molecules,
while free radicals, proteases and toxins try to stop you.
The science
You are a kinesin.Kinesins are motor proteins that walk along microtubules, part
of the cell’s cytoskeleton, using energy from ATP to carry cargo such
as vesicles and organelles. The platforms in the game are microtubules.
A new bot. Now and then a ribosome drifts by. Ribosomes read messenger RNA and
build proteins from it (translation): touch it and it makes you a new kinesin.
Where the game cuts corners
Real cells don’t build organelles from parts like a rocket kit. Mitochondria and chloroplasts grow and divide, much
as the bacteria they descend from once did (the endosymbiotic theory).
A kinesin doesn’t fly or jump. It walks along a microtubule on its two motor heads, one step of about 8 nanometres at
a time, and most kinesins only walk one way (towards the microtubule’s “plus” end); dynein carries cargo the
other way. Sadly, nobody has found a kinesin with a jetpack.
LeukoChase: Bloodstream Racer
Race a macrophage down an artery, through the liver and back in the veins, firing proteases at bacteria and viruses.
Shoot 'em upRacingFrom age 6
A nod to Deathchase (Micromega, 1983) on the ZX Spectrum. Instead of chasing riders through a forest on a motorbike,
you chase pathogens through the blood as a white blood cell, in three stretches: an artery, the liver, then the kidneys
and the veins back towards the heart.
The science
You are a macrophage, a white blood cell that eats microbes by
phagocytosis. A swallowed microbe ends up in a phagosome, which fuses with
lysosomes full of digestive enzymes such as proteases: the shots you fire. Strictly, the
white cells patrolling the blood are monocytes, which become macrophages once they leave
the vessel for the tissues.
The viruses are drawn as a many-sided protein shell (a capsid) with spikes. For a real capsid, see
the beak and feather disease virus, which we solved with Jade
Forwood’s group: a ball of 60 copies of one protein.
The boost. Macrophages find trouble by following chemokines, chemical signals released at sites of
infection (chemotaxis).
The torn vessel wall.Platelets rush to plug the gap, the first step of
haemostasis; threads of fibrin then turn the plug into a clot. A clot inside a vein is a
thrombus.
The colours.Red blood cells carry oxygen on haemoglobin. Oxygen-rich
blood in the arteries is bright red; blood in the veins carries less oxygen and is darker red (not blue).
The liver. Blood from the gut reaches the liver through the hepatic portal vein,
bringing nutrients, some gut bacteria and ammonia, which the liver turns into urea in the
urea cycle. The liver has its own resident macrophages, the Kupffer cells.
Plasmodium, the parasite that causes malaria, infects liver cells before it
attacks red blood cells.
Reinforcements. Now and then fresh monocytes arrive from the bone marrow, where
all blood cells are made (haematopoiesis). Catch them to recover.
Where the game cuts corners
White blood cells don’t race along with the blood, steering round obstacles. They roll along the vessel wall, stop
where there’s trouble and squeeze out into the tissue (leukocyte extravasation). The racing is done by
the blood itself, which goes all the way round the body in about a minute.
A macrophage doesn’t shoot its proteases. It swallows the microbe first and digests it inside, in the phagosome, so
the enzymes don’t damage the tissue around it. Far less exciting to watch, much better for the tissue.
HemoClimb: Oxygen Delivery
Be a red blood cell: climb to the lungs, pick up oxygen and ferry it down to a cell that needs it.
PlatformFrom age 6
A nod to Chuckie Egg (A&F Software, 1983). Instead of collecting eggs, you’re a red blood cell collecting oxygen in
the lungs at the top of the screen and carrying it down to a target cell at the bottom. Pathogens patrol the platforms,
hypoxic cells try to steal your oxygen, Pneumococcus and carbon monoxide drift around the lungs, and, just as in the original, the lift will happily carry you up into the roof
if you don’t step off in time.
The science
You are a red blood cell (erythrocyte), a flexible disc with no nucleus, packed with about
270 million molecules of haemoglobin.
Why four oxygen molecules? Each haemoglobin molecule has four haem groups, each holding an iron atom
that binds one O2. The game’s limit of four is one haemoglobin molecule’s worth.
Picking up and dropping off. Oxygen enters the blood in the lungs’ alveoli, where there
is plenty of it, and is released in tissues that need it. Haemoglobin lets go of oxygen more easily where oxygen is
low and carbon dioxide and acid are high (the Bohr effect and the
oxygen–haemoglobin dissociation curve). Cells short of oxygen are
hypoxic.
Dangers in the lungs.Pneumococcus (Streptococcus pneumoniae) is a common cause
of pneumonia. Under the microscope it shows up in pairs (diplococci) inside a capsule, and it stains
purple in the Gram stain. Carbon monoxide, from exhaust fumes and faulty
heaters, binds haemoglobin more than 200 times more tightly than oxygen: each CO molecule takes a haem out of use,
which is why carbon monoxide poisoning is so dangerous.
Where the oxygen ends up. In the target cell’s mitochondria, oxygen is the last stop of the
electron transport chain: complex IV (cytochrome c oxidase)
turns it into water while pumping protons that power ATP synthesis. I worked on the structure of a
caa3-type cytochrome c oxidase, a complex IV with its own cytochrome c built
in: Joseph Lyons solved it as a PhD student, and I harvested the crystals and supervised the crystallographic work.
A crystallography classic. Haemoglobin was one of the first protein structures solved by X-ray
crystallography, by Max Perutz, who shared the 1962 Nobel Prize in Chemistry with John Kendrew.
A new red blood cell. Now and then erythropoietin (EPO) floats by. The kidneys release it
when oxygen runs low, and it tells the bone marrow to make more red blood cells
(erythropoiesis).
Where the game cuts corners
Red blood cells don’t climb, jump or ride lifts. The heart pumps them round the body, and a full lap takes about a
minute. The lift is pure Chuckie Egg.
One red blood cell carries far more than four oxygen molecules: with about 270 million haemoglobins, each holding
four, that’s about a billion. The game’s four is one haemoglobin’s worth, to keep the counting manageable.
Real red blood cells last about 120 days and then are recycled by the spleen and liver, which is a gentler ending than
the roof.
FertiScramble: Fertilisation Race
Guide a sperm cell through the female reproductive tract to the egg, and use acrosomal enzymes to get inside.
Shoot 'em upFly and dodgeFrom age 10
Based on a classic ZX Spectrum cave-flying game, itself a clone of Konami’s 1981 arcade game Scramble.
The science
You guide a sperm cell (spermatozoon) through five zones of the female
reproductive tract, each opening with a short fact about what happens there:
Vagina: acidic, which many sperm cells don’t survive.
Cervix:cervical mucus filters out sperm cells that swim poorly or have an abnormal shape.
At the egg comes the acrosome reaction. The acrosome, a cap on the front of the sperm head, releases enzymes:
hyaluronidase disperses the corona radiata (the layer of follicle cells around the egg), and acrosin digests
a path through the zona pellucida, the glycoprotein coat of the oocyte. Then the membranes of the sperm cell and the
oocyte fuse, and the result is a zygote, the first cell of a new embryo.
In the cervix and the Fallopian tube you may find a sperm reservoir: in life, sperm cells are stored in the folds of
the cervix and in the tube, and released in waves over hours to days, which gives you an extra life.
Where the game cuts corners
Sperm cells don’t fire their enzymes like shots. The acrosome reaction happens once, when the sperm cell meets the
egg’s coat, and releases the enzymes in one go.
Sperm cells don’t make the journey only by swimming: muscle contractions of the uterus and the Fallopian tube help to
carry them, and the egg moves too.
And no sperm cell gets three lives, or five: in life, each has a single try.
Digestive Dive: Gut Expedition
From the mouth to the exit in six stages: brush away sugar, help an endoscope, digest fat, milk and protein, feed your gut bacteria and see a swallowed toy brick safely out.
Fly and dodgeExploringFrom age 8
A nod to Scuba Dive (Durell Software, 1983).
Three of the six stages are caves to explore as in the original: dive from the surface, fetch something from near the
bottom, bring it back up and come up for air. The other three are fast rides down the gut. At each stage you’re
someone new: a nano-diver, a bolus of food, a drop of chyme, a gut bacterium and, at the end, a toy brick that a child
swallowed.
Colon: it takes back water, so things get firmer and the way narrower. Goblet cells make
mucus, the pouches (haustra) squeeze, mass movements push everything along, and some bacteria make
vitamin K. At the rectum, the internal sphincter opens by itself, and the
external one waits until the child has found a toilet.
Most small, smooth objects that children swallow pass through on their own in a few days. A button battery, or more
than one magnet, is the exception: go to hospital straight away.
Where the game cuts corners
There are no nano-divers (yet). Doctors do take swallowed objects out with an endoscope, but they steer it
themselves, from outside, while the child is asleep under anaesthetic.
The trip is squeezed into a few minutes. In life, food spends a few hours in the stomach and one to three days on the
whole journey.
Chyme doesn’t go looking for bicarbonate, bile or enzymes: they pour into the duodenum and the gut’s squeezing mixes
them in. Lactase isn’t used up either; it can only split lactose so fast.
Pepsin doesn’t chase anyone. It just floats about cutting proteins, which is scary enough.
Nerve Runner: Impulse Express
A Saturday morning in Alex's nervous system: 17 screens from the brain to the fingertips, five jobs to do in any order, eight Nobel medals to find and take to the Nobel banquet, and two puzzles to solve.
PlatformExploringQuizzes and puzzlesFrom age 8
A nod to Manic Miner (Bug-Byte, 1983) and Jet Set
Willy (Software Projects, 1984), with their ladders, ropes, conveyor
belts and crumbling floors, and to Skool Daze (Microsphere, 1984), whose
characters wander about and talk in speech bubbles. You’re a nerve
impulse, and the jobs come in any order, as in Skool Daze. Off the
main path, there are eight Nobel medals to find and two puzzles worth extra points. Finish quickly for a speed bonus.
The talking cells, each with a job and a personality, are a nod to Once Upon a Time…
Life (Il était une fois… la vie, 1987). On Hard your ATP
runs down, like the air in Manic Miner. The game is saved in your browser, so you can carry on another day.
The science
Reflex: heat receptors in the fingertip, with TRPV1 channels, fire at painful
heat. In the spinal cord, the dorsal horn passes the signal
through an interneuron to the motor neurons, and the hand moves before the brain has felt anything.
Getting about: a sodium channel in a doorway opens, then shuts
its pore for a moment (inactivation) before it can open
again. That pause, the refractory period, is why an
impulse never turns back. Nodes of Ranvier throw you along, as in saltatory
conduction (from the Latin saltare, to leap). The rose thorns
in the fingertip are what nociceptors are for.
More characters: the cone snail hunts fish with a venomous harpoon, and
its conotoxins block the acetylcholine receptors at the neuromuscular
junction; a toxin from another cone snail became a painkiller,
ziconotide. The control-room operators show the motor
homunculus: the hands and lips get the biggest share of the
motor cortex. Each synaptic vesicle carries a parcel of about
10,000 acetylcholine molecules.
Extra quests: the adrenal medulla is a sympathetic ganglion
that became a gland: a signal down the splanchnic nerves releases
acetylcholine onto its chromaffin cells, and they pour adrenaline
into the blood. The hypothalamus is the body’s thermostat
(thermoregulation): when Alex is too warm, sympathetic nerves,
unusually using acetylcholine, switch on the sweat glands, and the
sweat cools the skin as it evaporates.
Gags with science inside, in the spirit of the series’ episode on neurons: the brainstem’s
cough centre holds a vote, because a neuron really does add up its inputs and
fire when they cross a threshold (summation); impulses
race and bump into each other along the corticospinal tract; and in the dorsal horn,
enkephalins, the body’s own opioids, act as traffic police that slow
pain down.
A nerve impulse doesn’t travel from the brain to the gut and back. Each one runs along a single neuron, in one
direction, and is gone in a few milliseconds; the next neuron starts a new one.
Nobody carries neurotransmitters about. They’re made and stored in the nerve ending that releases them, and choline
reaches it through the blood, not in someone’s arms.
The heart doesn’t go straight from 72 to 130 and back with one delivery. It changes a little with every breath, too.
A real reflex takes about a tenth of a second, not a run through four screens. Alex would be very burnt otherwise.
A sodium channel opens because the voltage across the membrane changes, not on a timer, and it stays open for about
a millisecond, not a second and a half. Its plug is a short loop of the same protein; the “ball on a chain” picture
fits some potassium channels better.
Nodes of Ranvier don’t throw anything. The impulse only seems to leap: the current runs quickly under the myelin and
has to be rebuilt just at each node.
Botanists would say roses have prickles, not thorns.
Your fingertip won’t care.
The thalamus sees almost every guest, but it doesn’t hold banquets.
ATP doesn’t run out in a minute: the body makes about its own weight in ATP every day, by recycling the same
molecules over and over.
Cone snails live in warm seas, not in anyone’s arm. If you ever meet one, look but don’t touch.
There’s no control room in the motor cortex, and nobody there wears a headset. Each part of the body does have its
own patch, though.
Nobody rides a drop of sweat up to the skin, though it would be a short trip: the gland sits only a few millimetres
down.
Neurons don’t vote, and there are no committee meetings in the brainstem. But a neuron does add up the signals
telling it to fire and to keep quiet, and fires only when the total is big enough. Majority rules, more or less.
Cerebral Explorer: Memory Quest
A text adventure without typing, inside the brain: explore 36 places from the brainstem to the cortex, learn how the senses work, and rebuild the memory of the lost house keys.
ExploringStrategyQuizzes and puzzlesTake your timeFrom age 10
A nod to Invincible Island (Richard
Shepherd Software, 1983), Pete Cooke’s text adventure for the ZX Spectrum, where you explore an island, examine
everything, gather seven parchments and try not to fall into a pit. Here the island is a brain, and there’s no typing:
you move with a compass and choose what to examine, take and use. It’s 8:05 on a school morning, Alex can’t find the
house keys, and you have to rebuild the memory of where they went.
Things to fix. A stroke, whose
penumbra can still be saved if the clot is dissolved in time
(think F.A.S.T.); an
epileptic focus, calmed by
GABA; and a viral
infection, cleared by
microglia. You don’t have to fix them to win, but you score more if you
do.
Where the game cuts corners
Brain regions aren’t rooms joined by corridors, and nothing in the brain is tidy enough to map with north, south,
east and west. The map is a schematic.
A memory isn’t three neat pieces sitting in three places waiting to be collected. It’s a pattern of connections
spread across many brain areas, strengthened at synapses, and rebuilt a little each time it’s recalled.
Oxytocin, GABA and tPA can’t be carried about in a bag. In life, they are released where and when they’re needed
(or, for tPA, given by doctors as a medicine).
And no amount of explorers will find your keys for you. A good habit (one hook by the door) works better.
Homeostasis: Central Command
You're the brain of a human who skips sleep, eats fast food and misses lunch. Keep the body in balance for 30 days.
StrategyTake your timeFrom age 10
A nod to Dictator (DK’Tronics, 1983), Don Priestley’s strategy game for the ZX Spectrum. Instead of keeping a
dictatorship together, you keep a body together. You don’t control what your human does: they pull all-nighters, eat
triple burgers, go to the gym and skip lunch. Each day you decide how the body copes, and you have a few hormones to
call on, which don’t come back once used. Survive as long as you can.
The hormones.Adrenaline, from the adrenal glands, drives the
fight-or-flight response. Cortisol raises blood glucose and dampens the
immune system. Insulin, from the pancreas, helps cells take up glucose. Endorphins are
the body’s own painkillers. Melatonin, from the pineal gland, signals night-time and helps set the
circadian rhythm, the body clock that jet lag upsets.
Some of the events. Muscles store glucose as glycogen and run short on a long run.
Shivering and brown fat make heat in the cold. Hay fever is the immune
system overreacting to pollen, with histamine. At altitude, the kidneys release
erythropoietin to make more red blood cells. Sunlight lets the skin make
vitamin D, and caffeine keeps you alert by blocking adenosine receptors.
Where the game cuts corners
The body doesn’t run out of hormones; the limited doses are a game rule, to make you choose.
Real homeostasis works all the time and all at once, mostly without you noticing: the brain doesn’t get a menu of
choices each morning. (If yours does, it may be time for a coffee and a chat with a doctor.)
Beamline Commander: Crystal Hunter
Your group has a shift on the I04 beamline: fish crystals, freeze them, centre them in the X-ray beam, plan the dose and solve four structures, from a cancer drug to a parrot virus, before the beamtime runs out.
StrategyQuizzes and puzzlesTake your timeFrom age 12
A nod to Silent Service (Sid Meier, MicroProse, 1985;
on the ZX Spectrum from U.S. Gold), the submarine game where you ran on batteries under water, surfaced to recharge
with the diesels and gave yourself away, hunted ships through the periscope, and went deep and quiet when the
destroyers came over with their depth charges. Here the submarine is I04, and you’re a structural biologist whose
group has been given a shift on it. An open hutch is “surfaced”: safe, but no X-rays. Beam dumps, heat bumps and orbit
wobbles are the depth charges: close the shutter and wait quietly. The dose is the depth gauge: as it nears 30 MGy the
crystal creaks, and past 30 MGy it gives way. Setting the exposure instead of the dose is navigating blind. When
something breaks, you phone the beamline scientist on call. There’s a library too: the right books help for the rest
of the shift; the novels are lovely, but not on beamtime. And the convoy you hunt is a drop full of crystals, only some
of which will give you the structure.
The science
The X-rays. A synchrotron such as
Diamond keeps electrons circling in a
storage ring at nearly the speed of light. In an
undulator, rows of magnets wiggle them and they give off an intense beam
of X-rays; a double-crystal monochromator, two cooled silicon
crystals, picks one energy from it.
Harvesting.Protein crystals are scooped out of their
drop in a tiny nylon loop and plunged into liquid nitrogen. Freeze fast and the water stays glassy; freeze slowly, or
let the drop dry, and it forms crystalline ice, which puts rings on
the images at about 3.9, 3.7 and 3.4 Å and hides the protein’s spots. Cracks and knocks raise the
mosaicity, and clusters of crystals give two lattices at once.
Dose. The X-rays that diffract come with many more that are absorbed and damage the crystal. The dose is measured
in grays, and for frozen protein crystals about 30 MGy is the
experimental limit, set by Elspeth Garman’s group
(Owen et al., 2006). So you screen with a little dose first (here a 15°
wedge at 1 MGy) and plan the rest. The dose that suits a dataset depends on the resolution the crystal diffracts to:
at I04, about 5.5, 10 and 16 MGy for 1.3, 1.8 and 2.3 Å, and never more than 30 MGy (anomalous data stop at
10 MGy). Misjudge the resolution by 0.25 Å and the right dose shifts by about 30 %. So at I04 you set a target dose
and the exposure is worked out from the beam (RADDOSE-3D does the
sums): at the default beam, 10 MGy takes about 16 s of total exposure at full transmission (13 keV). And you collect
a full 360°: every spot measured several times.
Too bright to count. Photon-counting detectors can miss photons that arrive too close together. Their correction
works up to a limit, the trusted range; past it, the strongest spots are under-counted, and because all their copies
are under-counted alike, the merging statistics still look excellent
(Donath et al., 2023). The fix, which we teach in our training at I04:
check the brightest spots from the screening wedge, lower the transmission and lengthen the exposure by the same
factor. Same dose, every photon counted. You can try the interactive model yourself
(eiger-countrate-dose-demo).
Rods and needles. Damage is local: on a long crystal, a helical scan moves the crystal along the beam as it
turns, so each part gets only its share of the dose. The beam’s width sets how many fresh places fit along the rod.
Symmetry. The space group says how a crystal repeats. A symmetric
crystal gives copies of each spot, so a short rotation is enough; a
triclinic P 1 crystal has none, needs a full turn and,
because one rotation axis always leaves a blind region, a second sweep at another tilt. A huge
unit cell, like a virus capsid’s, packs the spots close together.
Solving. The data are processed automatically;
molecular replacement places a known, similar model into the
new crystal, and the atoms are built into the electron density. At
an absorption edge (7.112 keV for iron), atoms scatter a little
differently (anomalous scattering), which shows where
they are. The differences are small, so at I04 anomalous data are collected gently and from several directions:
10 MGy in all, as three 360° wedges at different χ orientations of the goniometer.
The four structures.
BCL-2 keeps cells alive, and some leukaemia cells make far too much of it.
Venetoclax, a drug that grew out of research at
WEHI in Melbourne, blocks it so the cancer cells die. Peter Czabotar’s group
solved BCL-2 with venetoclax to see why the drug stops working for some patients
(Birkinshaw et al., 2019).
The hybrid cluster protein from Desulfovibrio holds an unusual
cluster of iron, sulfur and oxygen; the reduced protein from D. desulfuricans crystallised in P 1, and it was
part of my PhD (structure page).
Where the game cuts corners
Beamtime moves in jumps: a hutch search, a mount or a dataset each take a fixed number of minutes, and model
building takes 40 of them. Real model building takes days, sometimes months, and a lot more than a spin and a nudge.
Storage rings are very steady: feedback keeps the beam in place to within micrometres, and when something does go
wrong the beamline closes its own shutter. Going quiet is pure submarine.
Robot dewars are usually topped up automatically, and real pucks hold 16 crystals, not 4.
The count-rate check really uses a high percentile of the pixel counts in the strong spots, compared with the trusted
range stored in the data file; the game boils each crystal down to one brightness number.
In the game, the dose rate simply goes up with the square of the beam getting smaller, and spots stop overlapping
once the detector distance in millimetres passes the cell edge in ångströms. Real lenses, beams and spots are more
complicated, which is why there’s RADDOSE-3D and a great deal of geometry.
One sweep of a P 1 crystal often gives better than 90 % completeness; the game makes the blind region bigger, so the
second sweep matters.
Real faults are rarer than in the game, and the beamline scientist on call can’t always fix things in a quarter
of an hour. But they do pick up the phone in the middle of the night.
Reading Crystallography for Dummies in 40 minutes doesn’t make anyone’s hands steadier at the microscope.
Practice does (and the books help too).
Coffee doesn’t speed up anyone’s hands by exactly the same amount with every cup. Probably.
Lab Rat: Protein Factory
From PhD student to PI: turn a gene into crystals for Diamond's I04, with a SAXS sample for B21 and grids for eBIC along the way; take on membrane proteins as a postdoc; then run a lab of your own for five years. Grants, kit, people, and dealers whose bargains are sometimes real.
StrategyQuizzes and puzzlesTake your timeFrom age 12
A nod to four ZX Spectrum games. Millionaire (John Hunt,
Incentive Software, 1984) had you writing and selling games from your bedroom with £500: you shared 20 points between
programming, presentation, original ideas and player interest, watched the sales each month, and Honest Harry offered
deals that were either bargains or trouble. Cookie (Ultimate
Play the Game, 1983) had Charlie the Chef knocking runaway ingredients into a mixing bowl while a dustbin monster threw
rubbish in. Here you’re a new PhD student: the 20 points go to the bench stages you’d like help with, the month ends
with a report, your corner of a shared bench grows into the best bay in the lab, and the dealers (Al Iquot and family)
are Honest Harry’s cousins. The medium is the mixing bowl. And as in
Silent Service (Sid Meier, MicroProse, 1985), the
submarine game behind Beamline Commander, you move between the lab’s rooms (bench,
office, catalogue, library, kitchen) like a captain between the stations of a submarine. The PI run adds
Football Manager (Kevin Toms, Addictive Games,
1982): a squad with ratings and energy, changes at the end of each season, buying players and balancing the books. Here
the squad is your lab, and nobody is sold or fired.
Finish the PhD (crystals delivered, on any level) and the postdoc opens: a better-equipped lab at a better
university (a top institute after a brilliant PhD), a three-year contract and a membrane protein. Its finale is a
lectureship interview: crystals and a paper of your own get you in front of the panel (on Medium, after two postdoc
proteins; on Hard, three), and the right answers make you Professor Rat. Every finished run stays on your record; another PhD, or the postdoc, starts with the
tricks you learnt and the books you read, never the kit. Finish a postdoc and the PI run opens: five years
with your own lab at an institute whose name sounds oddly familiar, a start-up package that depends on how the
postdoc went (perhaps as head of department), and a team to build. Each person has nine strengths (creativity, new
ideas, lab skills, analysis, writing, getting things done, teaching, teamwork, communication), each with a ceiling of
its own (nobody becomes a superhero), plus energy, wellbeing, focus and a bond with the lab; you hire from adverts or
tempt rising stars from rivals’ labs, put people on projects that suit their strengths, hold regular 1:1s (without
them people drift; with them they stay, even when a rival offers more), pair PhD students with mentors whose
personalities suit theirs, make promises you’d better keep, talk pay at renewal, read the lab manager’s monthly
report, send people on courses, and cheer when they leave for bigger jobs. Rick Ombinant sells “guaranteed” grant
writers and cheap maintenance contracts, and Phil D. Post sends students and postdocs at a bargain salary, unseen. Grants pay the salaries, invited talks become keynotes, and better
institutes come bidding for you. Each year the institute’s board sets goals (papers, grants, deliveries to the
beamlines, a happy team), and at the end of the five years a review panel looks at them: a good enough grade (and a paper)
keeps your lab; too few goals met, or three months deep in debt, and it closes. Ideas for new projects come from your team, from people
you meet, from old lab members and from new machines, and some come with a rival racing you to the paper. Projects
need the right kit (without it the team borrows, slowly), and a confocal microscope or a binding measurement can lift
a paper to a top journal. Each week you choose a plan: the bench with the team (a hands-on moment of your own), a week
of writing, meetings, or the week’s card (a seminar, a grant panel, the finance office). Once in five years something
big goes wrong (a funding cut, a flood, a selfish new head of department, a leak), and sometimes something big goes
right. After every talk, as a postdoc or a PI, there’s question time (an easy, a medium and a hard question), then the
conference dinner, where a late night at the bar may teach you a secret, cost you one, or end in romance. You choose
who your lab rat is: she, he or they.
As in a real lab, a PhD student doesn’t hold the big grants: you help your supervisor write theirs (a share comes to
your project) and a postdoc with an equipment bid (the machine it brings is yours to use too), and now and then
another student asks for a hand, which can end in a paper with your name on it. Labs are people too: a low patch, a
lab crush, a row over bench space, a mistake nobody saw. Talking to someone, asking nicely and owning up all help, and
the library has a (silly) book for each.
A PhD student takes posters to meetings (a good one can win the poster prize); a postdoc gives short talks, writes more
papers, joins the postdoc association, and can pay a technician for a couple of months when time is shorter than money.
Small things run out (precast gels, good competent cells, autoinduction supplements), so keep an eye on the shelf. The
harder levels are worth more: reputation comes faster and the final score counts more. A postdoc can also try cryo-EM grids, and learn
why a small membrane protein is a job for crystals. Papers gather citations month by month (Millionaire’s sales), a
press release can land a newspaper or TV interview, and open days and careers events cost only time.
Cloning. A PCR copies the gene,
restriction enzymes cut it and a vector, and the new
plasmid goes into E. coli. Colonies growing on
ampicillin carry it, except the tiny satellite colonies around them,
which live where the big colony has broken the antibiotic down. The plasmid comes back out with a miniprep (once with
phenol and chloroform) and is sequenced.
Growing and expression.LB medium (tryptone, yeast extract,
salt) goes into the autoclave; after that, germs can only come in from
outside. The growth curve has a lag, a log phase and a plateau, and
IPTG switches the gene on through the
lac operon. Made too fast, the protein misfolds into
inclusion bodies.
Purification. Columns sort proteins by charge (ion exchange),
by how greasy they are (hydrophobic interaction, one of the kinds of
chromatography), by size
(size exclusion) or by a
His-tag on nickel. The
Bradford assay shows where protein is, any protein;
SDS-PAGE shows which band is yours.
Crystals.Protein crystallisation by vapour diffusion:
screens of conditions, hits, optimisation, then freezing with a cryoprotectant for the beamline.
Selenomethionine in place of methionine adds a signal that helps
solve the structure, and a careful series of concentrations in a matched buffer makes a sample for
SAXS.
The postdoc’s other protein. DgkA, a diacylglycerol kinase
in the inner membrane of E. coli: 121 amino acids, three chains working together, putting a phosphate from ATP
onto a lipid. Its route in the game is the published one: the gene made to order in the vector pTrcHisB,
stabilising mutations (the thermostable Δ4 and the designed Δ7), the cells’ lysate solubilised in the detergent
Empigen BB and swapped on a nickel column into decyl maltoside, then crystals in the lipidic cubic phase with
7.8 MAG at 4 °C, which took weeks to grow (Li et al., Nature, 2013).
Molecular replacement failed, so the phases came from
selenomethionine. A later soak with a non-hydrolysable ATP
analogue and zinc caught it mid-reaction (Li et al., Nature Communications,
2015). David was part of the team behind both papers, on the crystallography
side: see DgkA.
The postdoc’s receptors. Two G-protein-coupled receptors
(GPCRs), the family behind the 2012 Nobel Prize in Chemistry
for Robert Lefkowitz and
Brian Kobilka: seven helices across the membrane, a drug pocket that
changes shape, and floppy loops that make crystals hard. Both are made in insect cells
(Sf9) infected with a baculovirus
carrying the gene. The β2 adrenergic receptor follows
the 2011 paper: lysozyme from the T4 phage put into its floppy third loop,
the change H93C so a designed agonist holds on for good, an antibody column
and an alprenolol column, then tiny crystals in monoolein with cholesterol
(Rosenbaum et al., Nature, 2011); with the
inverse agonist carazolol instead, you repeat an earlier structure.
David is one of the 2011 paper’s authors: see β2AR. The turkey
β1 adrenergic receptor is made sturdier first: an
alanine scan of 318 mutants in E. coli, each heated and tested
for binding a drug, and the best six combined, 21 °C more stable
(Serrano-Vega et al., PNAS, 2008); then insect cells and crystals in
detergent by vapour diffusion (Warne et al., Nature, 2008), the work of
Chris Tate’s and Gebhard Schertler’s groups at the MRC Laboratory of Molecular Biology.
The big projects, later in a PI’s five years: venoms from Australia’s dangerous animals, among them a
funnel-web spider’s peptide that protects the brain after a stroke in rats
(Chassagnon et al., PNAS, 2017); a faster
PETase, the plastic-eating enzyme studied on Diamond’s MX beamlines: its
structure on I23, I03 and I04 (Austin et al., PNAS, 2018), the
PETase–MHETase “super-enzyme” on I03 (Knott et al., PNAS, 2020) and
HotPETase, evolved to work at 70 °C, on I03, I04 and I04-1
(Bell et al., Nature Catalysis, 2022); enzymes for oil spills; a drug
for the deadly henipaviruses; making antibiotics work again against
β-lactamases and pumps; cancer and flu drugs designed from structures,
like venetoclax and oseltamivir
(Tamiflu); and enzymes that do chemistry in water at room temperature.
The PI’s kit. Like a membrane protein lab’s: an insect cell suite, an LCP robot and
LCP-FRAP (bleach a spot of fluorescent
protein in the cubic phase: if it moves back, the protein can crystallise there), FSEC, a plunge freezer and a grid
robot for cryo-EM, cell-free expression for proteins that
kill their host; and for the paper, a confocal microscope (where
the protein goes in the cell), SPR (how tightly it binds)
and mass photometry (how many copies stick together).
Opening the plates. Crystals in the lipidic cubic phase grow sealed between two sheets of glass. To harvest
them, two circles are scored in the cover glass round the well, the glass between them broken away and the disc
lifted off with tweezers; the crystals are fished out of the sticky mesophase with a small loop and go straight
into liquid nitrogen, with no cryoprotectant
(Li, Boland, Aragão, Walsh and Caffrey, JoVE, 2012, a video protocol).
Where the game cuts corners
The tag. You start with the native protein and three columns, and earn the His-tag later. The real UgpG had a
His-tag from the start: a nickel column and a desalting column, and Bradford to measure it.
Restriction sites. The real UgpG was cloned with BamHI and HindIII; the game’s reasons for not using EcoRI or
NotI are made up for the game.
UgpG’s charge. The game’s hint about which ion-exchange column to use comes from a pI made up for the game, not
a measured one.
Prices and times. Kit prices, grant sums and most times are round game numbers. Real kit is dearer, and real
grants take longer.
Polarised light. In the game salt crystals light up and protein crystals hardly do. Real life is less tidy: many
protein crystals glow under crossed polarisers too, and cubic salt crystals don’t.
Optimising. Matching a method to the kind of crystal works far more neatly here than at a real bench, where
crystallographers mostly try everything and keep the lab notebook close.
Autoinduction. Real autoinduction media (F. William Studier’s recipes) are richer than LB with three sugars on
top; the game keeps LB and adds the sugars as one jar.
Grids. Real grid screening looks at hundreds of squares and then the holes inside them; the game shows one atlas
and four picks. Small proteins have been solved by cryo-EM since, with tricks (fusions, antibody fragments).
Refolding. As in the 2009 paper, AlgE goes into 8 M urea and is added to a detergent buffer drop by drop, but
the paper also ran a nickel column in urea first, then stirred the drops overnight at 37 °C: real refolding takes a
night, not half a minute.
Detergents. The game offers three and one is right. Real labs screen many, and Triton X-100 has its fans.
The cubic phase. Real mixing takes about a hundred pushes; the game counts a couple of dozen. Its syringes
also warm up much faster than real ones, so that the ice gets a turn. The cold side is real: below about 18 °C
monoolein slowly turns waxy, which is one reason DgkA’s cold-room plates used a shorter lipid, 7.8 MAG.
Opening the plates. Real wells take longer to open than half a minute, and a glass cutter goes blunt after
about ten of them.
DgkA’s genes and time. In the game the genes arrive already in the vector; the paper says they were made to
order and cloned into it, without saying by whom. Its crystals took 45 to 60 days in the cold room; the game makes
that about six weeks.
Membranes or inclusion bodies. How much AlgE goes where at each temperature is a game number.
The receptors. The β2AR paper was a collaboration between several labs, Brian Kobilka’s and Martin Caffrey’s
among them; in the game you do every step yourself. The scan has 40 wells rather than 318, and the radioactive drug
shows as a glow. The cell counts, the infection and the harvest days are game numbers: the papers’ methods don’t
give them. Real Sf9 cells take about a day to double, slower than the game’s.
The PI’s lab. The institutes, the rival PIs and the team are made up, and their names are jokes. Projects move
by weeks of work shared between the people on them, which is a long way from how science really goes, and the
grants are far quicker to decide than real ones. The project ideas (a smelly sock’s favourite enzyme, the lab’s immortal
sourdough) are mostly for fun, and a machine doesn’t really make a paper twice as famous. Scoops happen, but
rarely because of one late night at a conference bar.
Nuclear Slalom: A Corrida da Importina
Seja a importina β: atravesse um citoplasma cheio de trânsito, escolha a importina α certa para cada carga, desça a esquiar por um poro nuclear até ao ADN e volte lá acima de teleférico. Quatro encomendas, da montagem de ribossomas à luta contra um vírus.
CorridasPerguntas e enigmasA partir dos 8 anos
Uma homenagem a Horace Goes Skiing
(William Tang, Beam Software, 1983), feito em Melbourne, em que o Horace
atravessava uma estrada movimentada para alugar os esquis e depois se atirava a uma pista de slalom. Aqui a estrada é o
citoplasma, com dois ecrãs de largura, e o trânsito é o da própria célula: proteínas motoras a carregar vesículas pelos
seus carris, ribossomas, mitocôndrias, proteassomas e, mais adiante, vírus. A pista de esqui desce por um poro nuclear
até ao núcleo, e o teleférico leva-o de volta lá acima. Há quatro encomendas, cada uma com uma carga diferente e uma
maneira diferente de entrar, e o que cada carga faz muda o resto do jogo.
A ciência
O jogador é a importina β, um estafeta que leva proteínas para dentro
do núcleo. É uma cadeia comprida e enrolada de cerca de 19
repetições HEAT, cada uma um par de hélices, e é assim que o jogo a
desenha.
A importina α é o adaptador. Muitas cargas trazem um pequeno “código postal”, um
sinal de localização nuclear (NLS). O primeiro a ser
descoberto foi PKKKRKV, no antigénio T grande do SV40. A
importina α lê-o com um crescente de dez repetições armadillo (ARM),
de três hélices cada; o NLS fica deitado ao longo do sulco do lado de dentro da curva (as hélices douradas no jogo
mostram onde se liga cada carga). A outra ponta, o domínio IBB, estende-se até à importina β.
Importinas α diferentes para trabalhos diferentes. Os seres humanos têm várias importinas α, com nomes
famosamente baralhados (a importina α1 é feita pelo gene KPNA2, a α3 pelo KPNA4, a α5 pelo KPNA1). Algumas
cargas preferem uma delas, por isso no jogo é preciso escolher:
uma proteína ribossómica não precisa de adaptador: a importina β
agarra-a directamente (Jäkel e Görlich, 1998). Os ribossomas, com
cerca de 80 proteínas cada, são montados no nucléolo. No jogo, mais
ribossomas querem dizer uma importina β nova: uma vida extra;
a SOX2, um factor pioneiro
capaz de abrir a cromatina bem compactada e que mantém activas as
células estaminais neurais, tem dois NLS que, juntos, ocupam nove
das dez repetições ARM da importina α3, o que explica porque prefere a α3
(Jagga et al., 2021). No jogo abre a cromatina, e a pista fica mais
desimpedida;
a proteína W do vírus Hendra liga-se à importina α3 por uma superfície
maior e mais de 50 vezes mais fortemente do que à importina α1
(Smith et al., 2018; veja também a
página da estrutura). Já no núcleo, a W bloqueia os sinais que ligam o
interferão, o alarme antiviral da célula
(Shaw et al., 2005). No jogo o alarme desliga-se e os vírus
multiplicam-se;
a STAT1 é activada quando o interferão das células vizinhas chega ao
receptor da célula e as cinases JAK lhe juntam fosfatos. Duas STAT1
fosforiladas juntam-se e são levadas para dentro pela importina α5, não pela importina α1
(Sekimoto et al., 1997), através de um sinal invulgar perto do fim das
repetições ARM. Lá dentro, ligam os
genes estimulados pelo interferão. As proteínas W dos
henipavírus também se ligam à STAT1 e prendem-na no núcleo
(Shaw et al., 2004): são as coisas vermelhas e espinhosas da
última descida.
O poro. Um complexo do poro nuclear é um anel de cerca de
1000 moléculas de proteína de cerca de 30 tipos de nucleoporina, com
cerca de 120 MDa, encaixado na membrana dupla do invólucro nuclear. O canal está cheio de repetições FG moles
(fenilalanina–glicina) que não deixam passar moléculas grandes a menos que uma importina as leve: a importina
liga-se às repetições FG enquanto desliza (as bandeiras FG do jogo). Cada poro aguenta até 1000 passagens por
segundo.
O que o torna num sentido único: a Ran. Dentro do núcleo, a RCC1, sentada
na cromatina, carrega a pequena proteína Ran com GTP. A RanGTP agarra
a importina β logo à entrada do cesto do poro e fá-la largar a carga. A importina β volta a sair com a RanGTP, e a
importina α com o seu próprio exportador, a CAS (exportina 2). Do lado do
citoplasma, a RanGAP, presa aos filamentos do poro pela
RanBP2, faz a Ran gastar o seu GTP, o que liberta as importinas para outra
viagem, e a NTF2 leva a RanGDP de volta para dentro. É esse o teleférico.
Mais histórias de importinas, dos nossos artigos com o grupo de Jade Forwood na Charles Sturt University: a
ORF4b do coronavírus MERS liga-se à importina α de uma maneira invulgar, mesmo onde se ligaria o NF-κB, outro sinal
de alarme (Munasinghe et al., 2022); juntar um fosfato ao lado do NLS
de uma proteína do citomegalovírus, a UL44, faz com que se ligue à
importina α dez vezes menos fortemente (Cross et al., 2024); e a cápside
do vírus da doença do bico e das penas tem um braço que a encaminha para o núcleo
(página da estrutura).
Um Prémio Nobel.Günter Blobel recebeu o Prémio Nobel de
Fisiologia ou Medicina de 1999 por descobrir que as proteínas trazem sinais que as mandam para o sítio certo da
célula.
Onde o jogo faz um bocadinho de batota
As proteínas não andam, não esquiam nem usam gorros de lã. Tudo numa célula se desloca por difusão, aos encontrões
ao acaso, e atravessar um poro leva uma pequeníssima fracção de segundo, não uma pista de esqui inteira.
O citoplasma está mesmo apinhado
(aglomeração macromolecular), mas as proteínas motoras não
atropelam ninguém. As regras de trânsito são puro Horace.
A célula não “escolhe” uma importina α: cada carga liga-se simplesmente melhor às que servem ao seu sinal, e muitas
cargas podem usar várias. As proteínas ribossómicas também podem viajar com outras importinas, como a transportina.
A RanGTP faz largar a carga no cesto, e depois a carga segue sozinha até ao ADN. O jogo empresta-lhe os esquis para
esse último bocado.
Uma só SOX2 não abre toda a cromatina do núcleo: os factores pioneiros abrem sítios concretos. Uma pista mais
desimpedida é a maneira de o jogo dizer obrigado.
A Hsp70 é uma chaperona que ajuda as proteínas a dobrar-se e a voltar a
dobrar-se, não uma ambulância. A ambulância do Horace custava-lhe dinheiro; aqui custa uma vida.
Não há teleférico nenhum. As importinas voltam a sair pelos poros por onde entraram, e o gradiente da Ran, GTP lá
dentro e GDP cá fora, mantém o trânsito a correr no sentido certo.
Viral Vector: Arcada de Bioquímica
Desta vez é o vírus: infecte células, fuja dos anticorpos e passe pela célula-chefe, com um puzzle no Fácil ou uma pergunta de bioquímica no Médio e no Difícil.
Voar e desviarPerguntas e enigmasA partir dos 8 anos
As células infectadas servem de isco para os anticorpos, o que dá algum tempo para respirar. Infecte as suficientes e
aparece uma célula-chefe. No Fácil, cada célula-chefe é um puzzle sobre os vírus e as nossas defesas, sem nada para
ler; no Médio e no Difícil, faz uma pergunta e, se não souber, pode jogar um puzzle para ganhar uma pista. Cada nível
traz o puzzle seguinte. Uma resposta errada custa uma vida; no Médio, uma resposta certa sem pista dá uma vida, e no
Difícil não há vidas extra.
A ciência
É um vírus. Os vírus não se copiam sozinhos: entram numa célula hospedeira e usam a maquinaria dela
para fazer novas partículas virais (replicação viral).
A cápside. O vírus envolve o seu genoma numa casca de proteína, a cápside, muitas vezes feita de
muitas cópias de uma só proteína. Com o grupo de Jade Forwood resolvemos a cápside do
vírus da doença do bico e das penas, que mata papagaios e
catatuas: 60 cópias de uma proteína, organizadas em doze anéis de cinco.
Os anticorpos. Os anticorpos são proteínas em forma de Y produzidas pelos
linfócitos B. Ligam-se ao vírus e podem impedi-lo de entrar nas células.
Os puzzles. Um vírus entra numa célula por um receptor onde encaixa a sua espícula: a
espícula do SARS-CoV-2 liga-se à ACE2. As células infectadas detectam o ARN viral
com sensores como o RIG-I, que passam a mensagem pela MAVS e pelo
IRF3 até ao núcleo, e a célula liberta interferão para avisar as vizinhas; alguns vírus
bloqueiam essa cadeia, como o vírus Hendra com a sua proteína W (veja as
proteínas W dos vírus Hendra e Nipah com a importina α). Os vírus mudam um
pouco sempre que se copiam (deriva antigénica), e é por isso que a
vacina da gripe é actualizada todos os anos; uma vacina ensina o sistema
imunitário a fazer anticorpos antes de chegar o vírus a sério.
Os vírus não conseguem nadar nem dar a direcção: andam ao sabor do líquido onde estão até chocarem com uma célula
que tenha à superfície o receptor certo.
As células infectadas não servem de isco. Na vida real, são eliminadas pelos linfócitos T
citotóxicos e pelas células
NK; no jogo, são os anticorpos que as perseguem.
Os receptores não têm forma de estrela nem de quadrado, e um vírus não troca de espículas: as mudanças vêm de erros
de cópia (mutações), e espalham-se os vírus que os anticorpos já não reconhecem.
Ninguém vai buscar as peças de uma cápside: as cópias da proteína encontram-se e encaixam sozinhas
(auto-montagem).
Não há células-chefe e, tanto quanto se sabe, nenhum vírus respondeu alguma vez a uma pergunta de bioquímica.
CytoPac: Montador de Organelos
Pilote um robô de cinesina pelo citoplasma, monte organelos peça a peça e abasteça-os.
TirosVoar e desviarA partir dos 6 anos
Uma homenagem ao Jetpac (Ultimate Play the Game, 1983) do ZX Spectrum. Em vez de montar um foguetão e enchê-lo de
combustível, monta-se um organelo (núcleo, mitocôndria, complexo de Golgi, cloroplasto) e dão-se-lhe as moléculas
certas, enquanto radicais livres, proteases e toxinas tentam impedi-lo.
A ciência
É uma cinesina. As cinesinas são proteínas motoras que andam ao longo dos
microtúbulos, parte do citoesqueleto da célula, com a energia do
ATP para transportar carga como vesículas e organelos. As plataformas do jogo são
microtúbulos.
Um robô novo. De vez em quando passa um ribossoma. Os ribossomas lêem o
RNA mensageiro e constroem proteínas a partir dele (tradução): toque-lhe
e faz-lhe uma cinesina nova.
Onde o jogo faz um bocadinho de batota
As células não montam organelos a partir de peças, como um kit de foguetão. As mitocôndrias e os cloroplastos
crescem e dividem-se, tal como faziam as bactérias de que descendem (a teoria
endossimbiótica).
Uma cinesina não voa nem salta. Anda ao longo de um microtúbulo sobre as suas duas cabeças motoras, um passo de
cerca de 8 nanómetros de cada vez, e a maioria das cinesinas só anda num sentido (para a extremidade «mais» do
microtúbulo); a dineína leva a carga no sentido contrário.
Infelizmente, ainda ninguém encontrou uma cinesina com mochila a jacto.
LeukoChase: Corrida na Circulação Sanguínea
Conduza um macrófago por uma artéria, pelo fígado e de volta pelas veias, a disparar proteases contra bactérias e vírus.
TirosCorridasA partir dos 6 anos
Uma homenagem ao Deathchase (Micromega, 1983) do ZX Spectrum. Em vez de perseguir motociclistas por uma floresta,
persegue agentes patogénicos pelo sangue, na pele de um glóbulo branco, em três troços: uma artéria, o fígado e depois
os rins e as veias, de volta ao coração.
A ciência
É um macrófago, um glóbulo branco que come micróbios por
fagocitose. O micróbio engolido fica num fagossoma, que se funde com
lisossomas cheios de enzimas digestivas como as proteases: os disparos do jogo. Em rigor,
os glóbulos brancos que patrulham o sangue são monócitos, que se tornam
macrófagos quando saem do vaso para os tecidos.
Os vírus aparecem como uma casca de proteína com muitas faces (uma cápside) e espículas. Para ver
uma cápside a sério, veja o vírus da doença do bico e das penas,
que resolvemos com o grupo de Jade Forwood: uma bola de 60 cópias de uma proteína.
O turbo. Os macrófagos encontram os problemas porque seguem as quimiocinas, sinais químicos libertados
nos locais de infecção (quimiotaxia).
A parede do vaso rasgada. As plaquetas correm a tapar o rasgão, o primeiro passo da
hemostase; depois, fios de fibrina transformam o rolhão num coágulo. Um coágulo dentro
de uma veia é um trombo.
As cores. Os glóbulos vermelhos transportam o oxigénio na hemoglobina. O
sangue rico em oxigénio das artérias é vermelho vivo; o das veias tem menos oxigénio e é vermelho mais escuro (não
azul).
O fígado. O sangue do intestino chega ao fígado pela veia porta, com nutrientes,
algumas bactérias intestinais e amoníaco, que o fígado transforma em ureia no
ciclo da ureia. O fígado tem os seus próprios macrófagos, as células de Kupffer.
O Plasmodium, o parasita que causa a malária, infecta as células do fígado antes de
atacar os glóbulos vermelhos.
Reforços. De vez em quando chegam monócitos novos da medula óssea, onde se fazem
todas as células do sangue (hematopoiese). Apanhe-os para recuperar.
Onde o jogo faz um bocadinho de batota
Os glóbulos brancos não correm com o sangue, a desviar-se de obstáculos. Rolam ao longo da parede do vaso, param
onde há problemas e espremem-se para dentro do tecido (diapedese). Quem
corre é o próprio sangue, que dá a volta ao corpo todo em cerca de um minuto.
Um macrófago não dispara as suas proteases. Primeiro engole o micróbio e depois digere-o lá dentro, no fagossoma,
para que as enzimas não estraguem o tecido à volta. É muito menos emocionante de ver, mas muito melhor para o
tecido.
HemoClimb: Entrega de Oxigénio
Seja um glóbulo vermelho: suba aos pulmões, apanhe oxigénio e leve-o até uma célula que precisa dele.
PlataformasA partir dos 6 anos
Uma homenagem ao Chuckie Egg (A&F Software, 1983). Em vez de apanhar ovos, é um glóbulo vermelho que apanha oxigénio
nos pulmões, no topo do ecrã, e o leva até uma célula-alvo lá em baixo. Há agentes patogénicos a patrulhar as
plataformas, células hipóxicas que lhe tentam roubar o oxigénio, pneumococos e monóxido de carbono a flutuar nos pulmões e, tal como no original, o elevador leva-o alegremente
contra o tecto se não sair a tempo.
A ciência
É um glóbulo vermelho (eritrócito), um disco flexível sem núcleo, cheio de cerca de 270
milhões de moléculas de hemoglobina.
Porquê quatro moléculas de oxigénio? Cada molécula de hemoglobina tem quatro grupos hemo, cada um com
um átomo de ferro que liga um O2. O limite de quatro do jogo é o de uma molécula de hemoglobina.
Apanhar e entregar. O oxigénio entra no sangue nos alvéolos dos pulmões, onde abunda, e é
libertado nos tecidos que precisam dele. A hemoglobina larga o oxigénio com mais facilidade onde há pouco oxigénio e
muito dióxido de carbono e ácido (o efeito de Bohr e a
curva de dissociação da hemoglobina). As células com falta de oxigénio
estão em hipóxia.
Perigos nos pulmões. O pneumococo (Streptococcus pneumoniae) é uma causa
frequente de pneumonia. Ao microscópio aparece aos pares (diplococos) dentro de uma cápsula, e fica
roxo na coloração de Gram. O monóxido de carbono, dos gases de escape e de
esquentadores avariados, liga-se à hemoglobina mais de 200 vezes mais fortemente do que o oxigénio: cada molécula de
CO tira um grupo hemo de uso, e é por isso que a intoxicação por monóxido de carbono é tão
perigosa.
Onde acaba o oxigénio. Nas mitocôndrias da célula-alvo, o oxigénio é a última paragem da
cadeia de transporte de electrões: o complexo IV (citocromo c
oxidase) transforma-o em água enquanto bombeia os protões que alimentam a síntese de ATP. Trabalhei na estrutura de uma
citocromo c oxidase do tipo caa3, um complexo IV com o seu
próprio citocromo c incorporado: Joseph Lyons resolveu-a como estudante de doutoramento, e eu recolhi os cristais e
orientei o trabalho cristalográfico.
Um clássico da cristalografia. A hemoglobina foi uma das primeiras estruturas de proteínas resolvidas por
cristalografia de raios X, por Max Perutz, que partilhou o Prémio Nobel da Química de 1962 com John
Kendrew.
Um glóbulo vermelho novo. De vez em quando passa a eritropoietina (EPO). Os rins libertam-na
quando falta oxigénio, e ela diz à medula óssea para fazer mais glóbulos vermelhos
(eritropoiese).
Onde o jogo faz um bocadinho de batota
Os glóbulos vermelhos não trepam, não saltam e não andam de elevador. O coração bombeia-os pelo corpo, e uma volta
completa demora cerca de um minuto. O elevador é puro Chuckie Egg.
Um glóbulo vermelho leva muito mais do que quatro moléculas de oxigénio: com cerca de 270 milhões de hemoglobinas,
cada uma com quatro, são perto de mil milhões. Os quatro do jogo são a carga de uma só hemoglobina, para as contas
serem fáceis.
Os glóbulos vermelhos verdadeiros vivem cerca de 120 dias e depois são reciclados pelo baço e pelo fígado, um fim
mais suave do que o tecto.
FertiScramble: A Vida de um Espermatozóide
Guie um espermatozoide pelo aparelho reprodutor feminino até ao óvulo e use as enzimas do acrossoma para entrar.
TirosVoar e desviarA partir dos 10 anos
Baseado num clássico do ZX Spectrum de voo por cavernas, por sua vez um clone do jogo de arcada Scramble (Konami, 1981).
A ciência
Guia-se um espermatozoide por cinco zonas do aparelho reprodutor
feminino, e cada uma começa com um pequeno facto sobre o que lá acontece:
Vagina: ácida, e muitos espermatozoides não sobrevivem.
No óvulo dá-se a reacção acrossómica. O acrossoma, o capuz acrossómico na parte da frente da cabeça do espermatozoide,
liberta enzimas: a hialuronidase dispersa a coroa radiada (a camada de células foliculares à volta do óvulo) e a
acrosina digere um caminho através da zona pelúcida, o revestimento de glicoproteínas do oócito. Depois, as
membranas do espermatozoide e do oócito fundem-se, e o resultado é um zigoto, a primeira célula de um novo embrião.
No colo do útero e na trompa de Falópio pode aparecer um reservatório de espermatozoides: na vida real, os
espermatozoides ficam guardados nas pregas do colo do útero e na trompa e são libertados em vagas ao longo
de horas ou dias. No jogo, dá uma vida extra.
Onde o jogo faz um bocadinho de batota
Os espermatozoides não disparam as enzimas como tiros. A reacção acrossómica acontece uma só vez, quando o
espermatozoide encontra o revestimento do óvulo, e liberta as enzimas todas de uma vez.
Os espermatozoides não fazem a viagem só a nadar: as contracções do útero e da trompa de Falópio ajudam a levá-los,
e o óvulo também se desloca.
E nenhum espermatozoide tem três vidas, nem cinco: na vida real, cada um só tem uma tentativa.
Digestive Dive: Expedição Intestinal
Da boca até à saída em seis etapas: escove o açúcar, ajude um endoscópio, digira gordura, leite e proteínas, alimente as bactérias do intestino e ponha a salvo uma peça de construção engolida.
Voar e desviarExploraçãoA partir dos 8 anos
Uma homenagem ao Scuba Dive (Durell Software,
1983), que em Portugal também saiu pela TMX. Três das seis etapas são grutas para explorar, como no original:
mergulha-se a partir da superfície, vai-se buscar uma coisa lá ao fundo, traz-se para cima e sobe-se para respirar. As
outras três são descidas rápidas pelo intestino. Em cada etapa é-se outra personagem: um nanomergulhador, um bolo
alimentar, uma gota de quimo, uma bactéria do intestino e, no fim, uma peça de construção que uma criança engoliu.
Cólon: recupera a água, por isso o conteúdo fica mais firme e
o caminho mais estreito. As células caliciformes produzem
muco, as bolsas (haustras)
contraem-se, os movimentos de massa empurram tudo para a frente e algumas bactérias produzem vitamina
K. No recto, o esfíncter
interno abre sozinho, e o
externo espera que a criança
encontre uma casa de banho.
A maioria dos objectos pequenos e lisos que as crianças engolem sai sozinha ao fim de poucos dias. Uma pilha-botão, ou
mais de um íman, é a excepção: vá logo ao hospital.
Onde o jogo faz um bocadinho de batota
Não há nanomergulhadores (por enquanto). Os médicos tiram mesmo objectos engolidos com um endoscópio, mas guiam-no
eles próprios, de fora, enquanto a criança dorme com anestesia.
A viagem fica reduzida a poucos minutos. Na vida real, a comida passa algumas horas no estômago e um a três dias na
viagem toda.
O quimo não anda à procura de bicarbonato, bílis ou enzimas: entram no duodeno e as contracções do intestino
misturam tudo. A lactase também não se gasta; só consegue dividir a lactose a uma certa velocidade.
A pepsina não persegue ninguém. Limita-se a andar por ali a cortar proteínas, o que já assusta que chegue.
Nerve Runner: Impulso Expresso
Um sábado de manhã no sistema nervoso do Alex: 17 ecrãs, do cérebro à ponta dos dedos, cinco tarefas pela ordem que quiser, oito medalhas Nobel para encontrar e levar ao banquete Nobel, e dois enigmas para resolver.
PlataformasExploraçãoPerguntas e enigmasA partir dos 8 anos
Uma homenagem ao Manic Miner (Bug-Byte, 1983) e ao Jet Set
Willy (Software Projects, 1984), com as suas escadas, cordas, tapetes
rolantes e chãos que se desfazem, e ao Skool Daze (Microsphere, 1984),
cujas personagens andam por todo o lado e falam em balões. O jogador é um impulso
nervoso, e as tarefas fazem-se pela ordem que quiser, como
no Skool Daze. Fora do caminho principal há oito medalhas Nobel para encontrar e dois enigmas que valem pontos
extra. Quem acabar depressa ganha um bónus de rapidez. As células que falam, cada uma com o seu trabalho e a sua
personalidade, são uma homenagem ao Era Uma Vez… a Vida
(Il était une fois… la vie, 1987). No Difícil o ATP vai-se gastando, como o ar no Manic Miner. O jogo fica
guardado no browser, para poder continuar noutro dia.
A ciência
Reflexo: os receptores de calor da ponta do dedo, com canais
TRPV1, disparam com calor que dói. Na medula
espinal, o corno
dorsal passa o sinal por um
interneurónio aos neurónios motores, e a mão afasta-se antes de
o cérebro sentir alguma coisa.
Como andar por aí: um canal de sódio numa porta abre e
depois fecha o poro por um momento (inactivação) antes
de poder abrir outra vez. Essa pausa, o período
refractário, é a razão por que um impulso nunca volta
para trás. Os nódulos de Ranvier atiram-no para a frente, como na condução
saltatória (do latim saltare, saltar). Os espinhos de rosa na
ponta do dedo são aquilo para que servem os nociceptores.
Mais personagens: o caracol-cone caça peixes com um arpão venenoso, e as
suas conotoxinas bloqueiam os receptores de acetilcolina da junção
neuromuscular; uma toxina de outro caracol-cone deu origem a um analgésico, a
ziconotida. Os operadores da sala de controlo mostram o homúnculo
motor: as mãos e os lábios ficam com a maior fatia do córtex
motor. Cada vesícula sináptica leva uma encomenda de
cerca de 10 000 moléculas de acetilcolina.
Missões extra: a medula supra-renal é um gânglio simpático que
se tornou glândula: um sinal pelos nervos esplâncnicos liberta
acetilcolina sobre as suas células cromafins, que despejam
adrenalina no sangue. O hipotálamo é o termóstato do corpo
(termorregulação): quando o Alex tem calor a mais, os
nervos simpáticos, que aqui usam acetilcolina, o que é raro, ligam as glândulas
sudoríparas, e o suor arrefece a pele ao evaporar-se.
Piadas com ciência lá dentro, no espírito do episódio da série sobre os neurónios: o centro da
tosse no tronco cerebral faz uma votação, porque um neurónio soma mesmo os
sinais que recebe e dispara quando passam de um limiar
(somação); os impulsos correm e chocam uns com os
outros no feixe corticoespinhal; e no corno dorsal as encefalinas, os
opióides do próprio corpo, fazem de polícia de trânsito e abrandam a dor.
Um impulso nervoso não vai do cérebro ao intestino e volta. Cada um corre ao longo de um só neurónio, num só
sentido, e desaparece em poucos milissegundos; o neurónio seguinte começa um novo.
Ninguém anda a carregar neurotransmissores de um lado para o outro. São feitos e guardados na terminação nervosa que
os liberta, e a colina chega lá pelo sangue, não ao colo de ninguém.
O coração não passa de 72 para 130 e volta com uma só entrega. Também muda um bocadinho a cada respiração.
Um reflexo a sério leva cerca de uma décima de segundo, não uma corrida por quatro ecrãs. Senão, o Alex ficava bem
queimado.
Um canal de sódio abre porque a voltagem através da membrana muda, não por um relógio, e fica aberto cerca de um
milissegundo, não um segundo e meio. A tampa é uma pequena volta da própria proteína; a imagem da «bola presa por
uma corrente» serve melhor para alguns canais de potássio.
Os nódulos de Ranvier não atiram nada. O impulso só parece saltar: a corrente corre depressa por baixo da mielina e só
tem de ser refeita em cada nódulo.
Um botânico diria que as rosas têm acúleos, não espinhos. A
ponta do dedo não quer saber.
O tálamo vê passar quase todos os convidados, mas não dá banquetes.
O ATP não acaba num minuto: o corpo faz por dia cerca do seu próprio peso em ATP, reciclando as mesmas moléculas
vezes sem conta.
Os caracóis-cone vivem em mares quentes, não no braço de ninguém. Se algum dia encontrar um, olhe mas não toque.
Não há sala de controlo no córtex motor, e lá ninguém usa auscultadores. Mas cada parte do corpo tem mesmo o seu
bocadinho.
Ninguém sobe até à pele numa gota de suor, embora a viagem fosse curta: a glândula fica só a poucos milímetros de
profundidade.
Os neurónios não votam, e não há reuniões de comissão no tronco cerebral. Mas um neurónio soma mesmo os sinais que
lhe dizem para disparar e para estar quieto, e só dispara quando o total chega. Ganha a maioria, mais ou menos.
Cerebral Explorer: Recuperar a Memória
Uma aventura de texto sem escrever, dentro do cérebro: explore 36 sítios, do tronco cerebral ao córtex, aprenda como funcionam os sentidos e reconstrua a memória das chaves de casa perdidas.
ExploraçãoEstratégiaPerguntas e enigmasSem pressaA partir dos 10 anos
Uma homenagem a Invincible Island
(Richard Shepherd Software, 1983), a aventura de texto de Pete Cooke para o ZX Spectrum, em que se explora uma ilha,
se examina tudo, se juntam sete pergaminhos e se tenta não cair num poço. Aqui a ilha é um cérebro e não é preciso
escrever: anda-se com uma bússola e escolhe-se o que examinar, levar e usar. São 8:05 de uma manhã de escola, o Alex
não encontra as chaves de casa, e é preciso reconstruir a memória de onde ficaram.
Coisas para reparar. Um AVC, cuja
penumbra ainda pode ser salva se o coágulo for dissolvido a
tempo (lembre-se dos 3 F: Face, Força, Fala); um foco epiléptico,
acalmado com GABA; e uma infecção
viral, resolvida pela
microglia. Não é preciso repará-los para ganhar, mas a pontuação
sobe.
Onde o jogo faz um bocadinho de batota
As regiões do cérebro não são salas ligadas por corredores, e nada no cérebro é arrumado ao ponto de caber num mapa
com norte, sul, este e oeste. O mapa é um esquema.
Uma memória não são três pedaços certinhos guardados em três sítios à espera de serem apanhados. É um padrão de
ligações espalhado por muitas áreas do cérebro, reforçado nas sinapses e reconstruído um pouco de cada vez que é
recordado.
A oxitocina, o GABA e o tPA não se levam num saco. Na vida real, são libertados onde e quando são precisos (ou, no
caso do tPA, dados pelos médicos como medicamento).
E nem um exército de exploradores lhe encontra as chaves. Um bom hábito (um gancho junto à porta) resulta melhor.
Homeostase: Comando Central
É o cérebro de um humano que não dorme, come fast food e salta o almoço. Mantenha o corpo em equilíbrio durante 30 dias.
EstratégiaSem pressaA partir dos 10 anos
Uma homenagem ao Dictator (DK’Tronics, 1983), o jogo de estratégia de Don Priestley para o ZX Spectrum. Em vez de
segurar uma ditadura, segura-se um corpo. Não manda no que o seu humano faz: ele faz directas, come hambúrgueres
triplos, vai ao ginásio e salta o almoço. Todos os dias decide como o corpo reage, e tem algumas hormonas à disposição,
que não voltam depois de usadas. Sobreviva o mais que puder.
As hormonas. A adrenalina, das glândulas supra-renais, desencadeia a
resposta de luta ou fuga. O cortisol aumenta a glicose no sangue e
abranda o sistema imunitário. A insulina, do pâncreas, ajuda as células a absorver glicose. As
endorfinas são os analgésicos do próprio corpo. A melatonina, da glândula pineal,
sinaliza a noite e ajuda a acertar o ritmo circadiano, o relógio biológico que o jet lag
desregula.
Alguns dos eventos. Os músculos guardam glicose como glicogénio e ficam sem ele numa corrida
longa. O tremor e a gordura castanha produzem calor no frio. A febre dos
fenos é o sistema imunitário a reagir em excesso ao pólen, com histamina. Em altitude, os rins
libertam eritropoietina para fazer mais glóbulos vermelhos. A luz do sol deixa a pele produzir
vitamina D, e a cafeína mantém-nos alerta ao bloquear os receptores de adenosina.
Onde o jogo faz um bocadinho de batota
O corpo não fica sem hormonas; as doses limitadas são uma regra do jogo, para obrigar a escolher.
A homeostase verdadeira funciona sempre e em tudo ao mesmo tempo, quase sempre sem darmos por isso: o cérebro não
recebe um menu de escolhas todas as manhãs. (Se o seu recebe, talvez seja altura de um café e de uma conversa com o
médico.)
Beamline Commander: À Caça do Cristal
O seu grupo tem um turno na linha de luz I04: pesque cristais, congele-os, centre-os no feixe de raios X, planeie a dose e resolva quatro estruturas, de um medicamento contra o cancro a um vírus de papagaios, antes que acabe o tempo de feixe.
EstratégiaPerguntas e enigmasSem pressaA partir dos 12 anos
Uma homenagem a Silent Service (Sid Meier, MicroProse,
1985; no ZX Spectrum pela U.S. Gold), o jogo de submarinos em que se navegava a baterias debaixo de água, se vinha à
superfície carregá-las com os motores diesel e se dava a posição ao inimigo, se caçavam navios pelo periscópio e se
descia fundo e em silêncio quando os contratorpedeiros passavam por cima com as cargas de profundidade. Aqui o
submarino é a I04, e o jogador é um biólogo estrutural, ou bióloga, cujo grupo recebeu um turno nela. A cabine aberta é
estar “à superfície”: seguro, mas sem raios X. As perdas de feixe, as subidas de calor e as oscilações da órbita são as
cargas de profundidade: feche o obturador e espere em silêncio. A dose é o profundímetro: perto dos 30 MGy o cristal
range, e acima de 30 MGy cede. Escolher a exposição em vez da dose é navegar às cegas. Quando alguma coisa avaria,
liga-se para o piquete da linha de luz. Há também uma biblioteca: os livros certos ajudam até ao fim do turno; os
romances são uma maravilha, mas não em tempo de feixe. E o comboio que se caça é uma gota cheia de cristais, dos quais
só alguns dão a estrutura.
A ciência
Os raios X. Um síncrotron como o
Diamond mantém electrões a girar num
anel de armazenamento quase à velocidade da luz. Num
ondulador, filas de ímanes fazem-nos abanar e eles emitem um feixe intenso
de raios X; um monocromador de duplo cristal, dois cristais de silício
arrefecidos, escolhe uma só energia.
A pesca. Os cristais de proteínas apanham-se da gota
com um minúsculo loop de nylon e mergulham-se em azoto líquido. Congelando depressa, a água fica vítrea; congelando
devagar, ou deixando a gota secar, forma gelo cristalino, que deixa
anéis nas imagens a cerca de 3,9, 3,7 e 3,4 Å e esconde as manchas da proteína. Fissuras e toques aumentam a
mosaicidade, e os agregados de cristais dão duas redes ao mesmo tempo.
A dose. Os raios X que difractam vêm acompanhados de muitos mais que são absorvidos e danificam o cristal. A dose
mede-se em grays, e para cristais de proteínas congelados cerca de
30 MGy é o limite experimental, estabelecido pelo grupo de
Elspeth Garman
(Owen et al., 2006). Por isso faz-se primeiro um rastreio com pouca dose
(aqui uma cunha de 15° a 1 MGy) e planeia-se o resto. A dose certa para um conjunto de dados depende da resolução a
que o cristal difracta: na I04, cerca de 5,5, 10 e 16 MGy para 1,3, 1,8 e 2,3 Å, e nunca mais de 30 MGy (os dados
anómalos ficam pelos 10 MGy). Avaliar mal a resolução em 0,25 Å muda a dose certa em cerca de 30 %. Por isso, na I04,
escolhe-se uma dose-alvo e a exposição é calculada a partir do feixe (o
RADDOSE-3D faz as contas): com o feixe habitual, 10 MGy levam cerca de
16 s de exposição total com transmissão total (13 keV). E recolhem-se 360° completos: cada mancha medida várias
vezes.
Demasiado brilhante para contar. Os detectores de contagem de fotões podem perder fotões que chegam muito juntos.
A correcção funciona até um limite, a gama fiável; para lá dele, as manchas mais fortes são contadas de menos, e como
todas as suas cópias são contadas de menos da mesma forma, as estatísticas de merging continuam a parecer excelentes
(Donath et al., 2023). A solução, que ensinamos nas nossas formações na
I04: verificar as manchas mais brilhantes da cunha de rastreio, baixar a transmissão e prolongar a exposição pelo
mesmo factor. A mesma dose, todos os fotões contados. Pode experimentar o modelo interactivo
(eiger-countrate-dose-demo).
Agulhas. Os danos são locais: num cristal comprido, um varrimento helicoidal faz deslizar o cristal ao longo do
feixe enquanto roda, para que cada parte receba só a sua parte da dose. A largura do feixe define quantos sítios
frescos cabem ao longo da agulha.
Simetria. O grupo espacial diz como um cristal se repete.
Um cristal simétrico dá cópias de cada mancha, por isso basta uma rotação curta; um cristal
triclínico P 1 não tem nenhuma, precisa de uma
volta completa e, como um só eixo de rotação deixa sempre uma região cega, de uma segunda passagem com outra
inclinação. Uma célula unitária enorme, como a de uma cápside de vírus,
amontoa as manchas.
Resolver. Os dados são processados automaticamente; a
substituição molecular coloca um modelo conhecido e parecido
no novo cristal, e os átomos são construídos na
densidade electrónica. À energia de ionização
de um elemento (7,112 keV para o ferro), os átomos dispersam de forma um pouco diferente (dispersão anómala), o que
mostra onde estão. As diferenças são pequenas, por isso na I04 os dados anómalos recolhem-se com suavidade e de
várias direcções: 10 MGy no total, em três cunhas de 360° com orientações χ diferentes do goniómetro.
As quatro estruturas.
A BCL-2 mantém as células vivas, e algumas células de leucemia fazem
demasiada. O venetoclax, um medicamento que nasceu da investigação no
WEHI, em Melbourne, bloqueia-a e as células do cancro morrem. O grupo de
Peter Czabotar resolveu a BCL-2 com venetoclax para perceber porque é que o medicamento deixa de funcionar em
alguns doentes (Birkinshaw et al., 2019).
A proteína de cluster híbrido de Desulfovibrio tem um cluster
invulgar de ferro, enxofre e oxigénio; a proteína reduzida de D. desulfuricans cristalizou em P 1, e fez parte
do meu doutoramento (página da estrutura).
Onde o jogo faz um bocadinho de batota
O tempo de feixe anda aos saltos: uma revista da cabine, uma montagem ou um conjunto de dados levam um número fixo de
minutos, e a construção do modelo leva 40. A construção de um modelo a sério leva dias, às vezes meses, e muito mais
do que uma rotação e um empurrão.
Os anéis de armazenamento são muito estáveis: a retroacção mantém o feixe no sítio ao micrómetro, e quando alguma
coisa corre mal a linha de luz fecha ela própria o obturador. Ficar em silêncio é puro submarino.
Os dewars dos robôs costumam ser atestados automaticamente, e os pucks verdadeiros levam 16 cristais, não 4.
A verificação da velocidade de contagem usa na verdade um percentil alto das contagens dos píxeis nas manchas fortes,
comparado com a gama fiável guardada no ficheiro de dados; o jogo reduz cada cristal a um só número de brilho.
No jogo, a taxa de dose sobe simplesmente com o quadrado da redução do feixe, e as manchas deixam de se sobrepor
quando a distância do detector em milímetros passa a aresta da célula em ångströms. As lentes, os feixes e as
manchas verdadeiras são mais complicados, e é para isso que existe o RADDOSE-3D e muita geometria.
Uma só passagem de um cristal P 1 dá muitas vezes mais de 90 % de completude; o jogo aumenta a região cega, para que
a segunda passagem conte.
As avarias verdadeiras são mais raras do que no jogo, e o piquete nem sempre resolve tudo num quarto de hora. Mas
atende o telefone a meio da noite.
Ler Cristalografia para Totós em 40 minutos não deixa as mãos de ninguém mais firmes ao microscópio. A prática sim
(e os livros também ajudam).
O café não acelera as mãos de ninguém exactamente o mesmo a cada chávena. Provavelmente.
Rato de Laboratório: Fábrica de Proteínas
Do doutoramento a chefe de grupo: transforme um gene em cristais para a I04 do Diamond, com uma amostra de SAXS para a B21 e grelhas para o eBIC pelo caminho; atire-se às proteínas de membrana no pós-doc; e depois dirija um laboratório seu durante cinco anos. Bolsas, material, pessoas, e vendedores cujas pechinchas às vezes são verdadeiras.
EstratégiaPerguntas e enigmasSem pressaA partir dos 12 anos
Uma homenagem a quatro jogos do ZX Spectrum. Millionaire
(John Hunt, Incentive Software, 1984) punha-nos a escrever e a vender jogos a partir do quarto, com 500 libras:
repartiam-se 20 pontos entre programação, apresentação, ideias originais e interesse para o jogador, viam-se as vendas
todos os meses, e o Honest Harry oferecia negócios que tanto podiam ser pechinchas como sarilhos.
Cookie (Ultimate Play the Game, 1983) tinha o Charlie, o
cozinheiro, a atirar ingredientes fugidos para uma tigela enquanto um monstro do caixote do lixo lá deitava lixo. Aqui
está no primeiro ano de doutoramento: os 20 pontos vão para as etapas de bancada em que gostava de ter ajuda, o mês
acaba com um relatório, o seu canto de uma bancada partilhada cresce até ser o melhor lugar do laboratório, e os
vendedores (o Toni das Pontas e companhia) são primos do Honest Harry. O meio de cultura é a tigela. E, como em
Silent Service (Sid Meier, MicroProse, 1985), o jogo de
submarinos por trás do Beamline Commander, anda entre as salas do laboratório
(bancada, gabinete, catálogo, biblioteca, cozinha) como o comandante entre os postos de um submarino. A etapa de chefe
de grupo junta-lhes Football Manager (Kevin Toms,
Addictive Games, 1982): um plantel com classificações e energia, mudanças no fim de cada época, contratações e contas
por equilibrar. Aqui o plantel é o seu laboratório, e ninguém é vendido nem despedido.
Acabe o doutoramento (cristais entregues, em qualquer nível) e abre-se o pós-doc: um laboratório mais bem equipado
numa universidade melhor (um instituto de topo, depois de um doutoramento brilhante), um contrato de três anos e uma
proteína de membrana. O final é uma entrevista para um lugar de professor: com cristais e um artigo seu, chega a vez do
júri (no nível Médio, depois de duas proteínas de pós-doc; no Difícil, de três), e as respostas certas valem um lugar de docente. Cada etapa acabada fica no seu registo; outro doutoramento, ou o pós-doc,
começa com os truques que aprendeu e os livros que leu, nunca com o material. Acabe um pós-doc e abre-se a etapa de
chefe de grupo: cinco anos com um laboratório seu, num instituto cujo nome soa estranhamente familiar, um pacote de
arranque que depende de como correu o pós-doc (talvez com a direcção do departamento) e uma equipa para construir. Cada
pessoa tem nove pontos fortes (criatividade, ideias novas, mão para a bancada, análise, escrita, despacho, ensino,
trabalho em equipa, comunicação), cada um com o seu tecto (ninguém se torna super-herói), além de energia, bem-estar,
foco e laços com o laboratório. Contrata por anúncio ou vai buscar estrelas em ascensão aos laboratórios rivais, põe as
pessoas nos projectos que lhes servem os pontos fortes, tem conversas a dois regulares (sem elas as pessoas
desligam-se; com elas ficam, mesmo quando um rival oferece mais), junta doutorandos a mentores de feitio compatível,
faz promessas que é melhor cumprir, negoceia o salário nas renovações, lê o relatório mensal da gestão do laboratório,
manda pessoas a cursos e fica contente quando partem para empregos maiores. O Rico Mbinante vende escritores de bolsas
«garantidos» e contratos de manutenção baratos, e o Tó Tapa-Buracos manda estudantes e pós-docs a preço de saldo, sem
os ver primeiro. As bolsas pagam os salários, os convites para palestras passam a palestras principais, e institutos
melhores vêm fazer-lhe propostas. Todos os anos a direcção do instituto marca objectivos (artigos, bolsas, entregas às
linhas de luz, uma equipa contente), e no fim dos cinco anos um painel de avaliação olha para eles: uma nota que chegue
(e um artigo) mantém o laboratório aberto; poucos objectivos cumpridos, ou três meses enterrados em dívidas, e fecha. As
ideias para novos projectos vêm da equipa, das pessoas que conhece, de antigos membros do laboratório e de máquinas
novas, e algumas trazem um rival em corrida pelo mesmo artigo. Os projectos precisam do material certo (sem ele a
equipa pede emprestado, e anda devagar), e um microscópio confocal ou uma medição de ligação pode levar um artigo a uma
revista de topo. Todas as semanas escolhe um plano: a bancada com a equipa (com um momento prático seu), uma semana de
escrita, reuniões, ou a carta da semana (um seminário, um painel de bolsas, os serviços financeiros). Uma vez em cinco
anos alguma coisa grande corre mal (um corte no financiamento, uma inundação, uma nova direcção de departamento
egoísta, uma fuga de informação), e às vezes alguma coisa grande corre bem. Depois de cada palestra, no pós-doc ou como
chefe de grupo, há perguntas da sala (uma fácil, uma média e uma difícil) e depois o jantar do congresso, onde uma
noite longa no bar pode ensinar-lhe um segredo, custar-lhe um, ou acabar em romance. Escolha quem é o seu rato de
laboratório: ela, ele, ou neutro (sem palavras com género).
Como num laboratório a sério, quem está a fazer o doutoramento não tem as bolsas grandes: ajuda a orientadora a
escrever as dela (uma parte vem para o seu projecto) e quem está no pós-doc com um pedido de equipamento (a máquina
que o pedido traz também é sua para usar), e de vez em quando alguém do doutoramento pede uma mão, o que pode acabar num artigo com o seu
nome. Os laboratórios também são pessoas: uma fase em baixo, uma paixoneta no laboratório, uma zanga por espaço na
bancada, um erro que ninguém viu. Falar com alguém, pedir com jeitinho e dar a mão à palmatória ajudam sempre, e a
biblioteca tem um livro (tonto) para cada caso.
No doutoramento leva pósteres aos congressos (um bom pode ganhar o prémio de melhor póster); no pós-doc dá palestras
curtas, escreve mais artigos, entra na associação de pós-docs, e pode pagar a um técnico durante uns meses quando há
menos tempo do que dinheiro. As coisas pequenas acabam-se (géis pré-feitos, células competentes boas, suplementos de
autoindução), por isso fique de olho na prateleira. Os níveis mais difíceis valem mais: a reputação vem mais depressa e
a pontuação final conta mais. No pós-doc também se podem experimentar grelhas de crio-EM, e perceber porque é que uma
proteína de membrana pequena é trabalho para cristais. Os artigos ganham citações mês a mês (as vendas do
Millionaire), um comunicado de imprensa pode dar uma entrevista no jornal ou na televisão, e os dias abertos e as
sessões sobre carreiras só custam tempo.
A clonagem. Uma PCR copia o gene,
enzimas de restrição cortam-no a ele e a um vector, e o novo
plasmídeo entra em E. coli. As colónias que crescem em
ampicilina têm-no, menos as pequeninas colónias satélite à volta delas, que
vivem onde a colónia grande já destruiu o antibiótico. O plasmídeo volta a sair com uma miniprep (antigamente com
fenol e clorofórmio) e é sequenciado.
Crescimento e expressão. O meio LB (triptona, extracto de
levedura, sal) vai à autoclave; depois disso, os germes só podem entrar de
fora. A curva de crescimento tem uma fase de latência, uma fase
exponencial e um patamar, e o IPTG liga o gene
através do operão lac. Feita depressa demais, a proteína não faz bem o
folding e acaba em corpos de inclusão.
Os cristais.Cristalização de proteínas por difusão de
vapor: rastreios de condições, hits, optimização, e depois congelar com um crioprotector para a linha de luz. A
selenometionina no lugar da metionina junta um sinal que ajuda a
resolver a estrutura, e uma série cuidadosa de concentrações num tampão igual faz uma amostra para
SAXS.
A outra proteína do pós-doc. A DgkA, uma
diacilglicerol cinase da membrana interna de E. coli: 121
aminoácidos, três cadeias a trabalhar em conjunto, a passar um fosfato do ATP para um lípido. O caminho no jogo é o
publicado: o gene feito por encomenda no vector pTrcHisB, mutações estabilizadoras (a termoestável Δ4 e a desenhada
Δ7), o lisado das células solubilizado no detergente Empigen BB e trocado numa coluna de níquel para decil maltósido,
e depois cristais na fase cúbica lipídica com 7.8 MAG a 4 °C, que levaram semanas a crescer
(Li et al., Nature, 2013). A substituição molecular falhou, por isso as fases
vieram da selenometionina. Mais tarde, cristais embebidos num
análogo do ATP não hidrolisável e em zinco apanharam-na a meio da reacção (Li et al., Nature Communications,
2015). O David fez parte da equipa dos dois artigos, do lado da cristalografia:
veja DgkA.
Os receptores do pós-doc. Dois
receptores acoplados à proteína G (GPCRs), a família por
trás do Prémio Nobel da Química de 2012 para
Robert Lefkowitz e
Brian Kobilka: sete hélices a atravessar a membrana, uma bolsa para o
fármaco que muda de forma, e ansas desengonçadas que dificultam os cristais. Os dois são feitos em células de insecto
(Sf9) infectadas com um
baculovírus que leva o gene. O
receptor adrenérgico β2 segue o artigo de 2011:
lisozima do fago T4 metida na terceira ansa, a mais desengonçada, a mutação
H93C para que um agonista desenhado fique agarrado de vez, uma coluna de
anticorpo e uma coluna de alprenolol, e depois cristais minúsculos em monoleíno com colesterol
(Rosenbaum et al., Nature, 2011); com o
agonista inverso carazolol, repete-se uma estrutura anterior. O David
é um dos autores do artigo de 2011: veja β2AR. O
receptor adrenérgico β1 do peru é primeiro tornado mais
robusto: um varrimento de alanina de 318 mutantes em E. coli, cada
um aquecido e testado na ligação a um fármaco, e os seis melhores combinados, 21 °C mais estável
(Serrano-Vega et al., PNAS, 2008); depois células de insecto e cristais
em detergente por difusão de vapor (Warne et al., Nature, 2008), trabalho dos
grupos de Chris Tate e Gebhard Schertler no MRC Laboratory of Molecular Biology.
Os grandes projectos, mais para o fim dos cinco anos: venenos dos animais perigosos da Austrália, entre eles um
péptido de uma aranha-de-teia-em-funil que protege o cérebro de ratos depois de um AVC
(Chassagnon et al., PNAS, 2017); uma
PETase mais rápida, a enzima que come plástico, estudada nas linhas de luz de
MX do Diamond: a sua estrutura na I23, na I03 e na I04
(Austin et al., PNAS, 2018), a «super-enzima» PETase–MHETase na I03
(Knott et al., PNAS, 2020) e a HotPETase, evoluída para trabalhar a
70 °C, na I03, na I04 e na I04-1 (Bell et al., Nature Catalysis, 2022);
enzimas para marés negras; um fármaco contra os mortíferos henipavírus;
voltar a pôr os antibióticos a funcionar contra as β-lactamases e as
bombas de efluxo; fármacos contra o cancro e a gripe desenhados a partir de estruturas, como o
venetoclax e o oseltamivir
(Tamiflu); e enzimas que fazem química em água à temperatura ambiente.
O material do chefe de grupo. O de um laboratório de proteínas de membrana: uma sala de células de insecto, um
robô de LCP e o LCP-FRAP (apaga-se com luz
um ponto de proteína fluorescente na fase cúbica: se ele volta a acender, a proteína mexe-se e pode cristalizar ali),
FSEC, um congelador de imersão e um robô de grelhas para crio-EM, e a
expressão sem células para proteínas que matam o
hospedeiro; e para o artigo, um microscópio confocal (para onde
vai a proteína na célula), o SPR (com que força se liga) e
a fotometria de massa (quantas cópias se juntam).
Abrir as placas. Os cristais na fase cúbica lipídica crescem selados entre duas lâminas de vidro. Para os colher,
riscam-se dois círculos no vidro de cima à volta do poço, parte-se o vidro entre eles e levanta-se o disco com uma
pinça; os cristais pescam-se da mesofase pegajosa com um loop pequeno e vão directos para o azoto líquido, sem
crioprotector (Li, Boland, Aragão, Walsh e Caffrey, JoVE, 2012, um protocolo em
vídeo).
Onde o jogo faz um bocadinho de batota
A cauda. Começa com a proteína nativa e três colunas, e só mais tarde ganha a cauda de histidinas. A UgpG
verdadeira teve-a desde o início: uma coluna de níquel, uma coluna de dessalinização, e o Bradford para a medir.
Locais de restrição. A UgpG verdadeira foi clonada com BamHI e HindIII; as razões do jogo para não usar EcoRI ou
NotI são inventadas.
A carga da UgpG. A pista do jogo sobre a coluna de troca iónica a usar vem de um pI inventado para o jogo, não de
um medido.
Preços e tempos. Os preços do material, as quantias das bolsas e a maior parte dos tempos são números redondos de
jogo. O material verdadeiro é mais caro, e as bolsas verdadeiras demoram mais.
Luz polarizada. No jogo os cristais de sal acendem-se e os de proteína quase não. A vida real é menos arrumada:
muitos cristais de proteína também brilham entre polarizadores cruzados, e os cristais de sal cúbicos não.
Optimizar. Escolher o método conforme o tipo de cristal funciona aqui muito mais certinho do que numa bancada a
sério, onde os cristalógrafos experimentam quase tudo e têm o caderno de laboratório sempre à mão.
Autoindução. Os meios de autoindução verdadeiros (as receitas de F. William Studier) são mais ricos do que LB com
três açúcares por cima; o jogo fica com o LB e junta os açúcares num só frasco.
Grelhas. O rastreio de grelhas a sério olha para centenas de quadrados e depois para os buracos dentro deles; o
jogo mostra um atlas e quatro escolhas. Entretanto já se resolveram proteínas pequenas por crio-EM, com truques
(fusões, fragmentos de anticorpos).
Renaturação. Como no artigo de 2009, a AlgE vai para ureia 8 M e entra num tampão com detergente gota a gota,
mas o artigo passou-a primeiro por uma coluna de níquel em ureia, e depois deixou as gotas a agitar durante a noite a
37 °C: a renaturação a sério leva uma noite, não meio minuto.
Detergentes. O jogo oferece três e um está certo. Os laboratórios a sério testam muitos, e o Triton X-100 tem os
seus fãs.
A fase cúbica. A mistura a sério leva umas cem vezes de uma seringa para a outra; o jogo conta umas duas dúzias.
As seringas também aquecem muito mais depressa do que as verdadeiras, para o gelo ter a sua vez. O lado frio é real:
abaixo de uns 18 °C o monoleíno fica lentamente ceroso, o que é uma das razões por que as placas da DgkA na câmara fria
usaram um lípido mais curto, o 7.8 MAG.
Abrir as placas. Os poços a sério levam mais de meio minuto a abrir, e um corta-vidros perde o fio ao fim de uns
dez.
Os genes e o tempo da DgkA. No jogo os genes chegam já no vector; o artigo diz que foram feitos por encomenda e
clonados nele, sem dizer por quem. Os cristais levaram 45 a 60 dias na câmara fria; o jogo arredonda para umas seis
semanas.
Membranas ou corpos de inclusão. Quanta AlgE vai para onde, a cada temperatura, é um número de jogo.
Os receptores. O artigo do β2AR foi uma colaboração entre vários laboratórios, entre eles o de Brian Kobilka e o
de Martin Caffrey; no jogo, cada passo é seu. O varrimento tem 40 poços em vez de 318, e o fármaco radioactivo aparece
como um brilho. As contagens de células, a infecção e os dias de colheita são números de jogo: os métodos dos artigos
não os dão. As células Sf9 verdadeiras levam cerca de um dia a duplicar, mais devagar do que as do jogo.
O laboratório do chefe de grupo. Os institutos, os chefes de grupo rivais e a equipa são inventados, e os nomes
são piadas (na versão portuguesa, com sotaque de cá). Os projectos avançam com semanas de trabalho repartidas pelas
pessoas que estão neles, o que está muito longe de como a ciência anda de verdade, e as bolsas decidem-se muito mais
depressa do que as verdadeiras. As ideias de projecto (a enzima preferida de uma meia malcheirosa, a massa-mãe imortal
do laboratório) são sobretudo para rir, e uma máquina não torna mesmo um artigo duas vezes mais famoso. Há quem seja
ultrapassado por um rival na corrida ao artigo, mas raramente por causa de uma noite longa no bar de um congresso.
Nuclear Slalom : course d'importine
Tu es l'importine β : traverse un cytoplasme plein de circulation, choisis la bonne importine α pour chaque cargaison, descends à skis par un pore nucléaire jusqu'à l'ADN et remonte en téléphérique. Quatre commandes, de la construction des ribosomes à la lutte contre un virus.
CourseQuiz et énigmesDès 8 ans
Un clin d’œil à Horace Goes Skiing
(William Tang, Beam Software, 1983), créé à Melbourne, où Horace
traversait une route pleine de voitures pour louer ses skis avant de s’attaquer à un slalom. Ici, la route, c’est le
cytoplasme, large de deux écrans, et la circulation, c’est celle de la cellule : des protéines motrices qui tirent des
vésicules sur leurs rails, des ribosomes, des mitochondries, des protéasomes et, plus tard, des virus. La piste descend
à travers un pore nucléaire jusque dans le noyau, et le téléphérique te remonte. Il y a quatre commandes, chacune avec
une cargaison différente et une façon différente d’entrer, et ce que fait chaque cargaison change la suite du jeu.
La science
Tu es l’importine β, un coursier qui fait entrer des protéines dans le
noyau. C’est une longue chaîne enroulée d’environ 19
répétitions HEAT, chacune une paire d’hélices, et c’est comme ça que le
jeu la dessine.
L’importine α est l’adaptateur. Beaucoup de cargaisons portent un petit « code postal », un
signal de localisation nucléaire (NLS). Le premier
découvert était PKKKRKV, dans l’antigène T de SV40.
L’importine α le lit avec un croissant de dix répétitions armadillo (ARM),
de trois hélices chacune ; le NLS s’allonge dans le sillon à l’intérieur de la courbe (les hélices dorées du jeu
montrent où se fixe chaque cargaison). Son autre extrémité, le domaine IBB, remonte jusqu’à l’importine β.
Des importines α différentes pour des boulots différents. L’être humain a plusieurs importines α, aux noms
joyeusement embrouillés (l’importine α1 est codée par le gène KPNA2, l’α3 par KPNA4, l’α5 par KPNA1). Certaines
cargaisons en préfèrent une, alors dans le jeu, c’est toi qui choisis :
une protéine ribosomique n’a pas besoin d’adaptateur :
l’importine β l’attrape directement (Jäkel et Görlich, 1998). Les
ribosomes, avec environ 80 protéines chacun, sont assemblés dans le nucléole.
Dans le jeu, plus de ribosomes, c’est une nouvelle importine β : une vie en plus ;
SOX2, un facteur pionnier qui
sait ouvrir la chromatine bien tassée et entretient les
cellules souches neurales, a deux NLS qui, à eux deux, couvrent
neuf des dix répétitions ARM de l’importine α3, ce qui explique sa préférence pour l’α3
(Jagga et al., 2021). Dans le jeu, il ouvre la chromatine, et la piste
se dégage ;
la protéine W du virus Hendra se fixe à l’importine α3 par une surface
plus grande, et plus de 50 fois plus fort qu’à l’importine α1
(Smith et al., 2018 ; voir aussi la
page de la structure). Une fois dans le noyau, W bloque les signaux qui
déclenchent l’interféron, l’alarme antivirale de la cellule
(Shaw et al., 2005). Dans le jeu, l’alarme se coupe et les virus
se multiplient ;
STAT1 s’active quand l’interféron des cellules voisines atteint le récepteur
de la cellule et que les kinases JAK lui ajoutent des phosphates. Deux
STAT1 phosphorylées s’associent et sont transportées par l’importine α5, pas par l’importine α1
(Sekimoto et al., 1997), grâce à un signal inhabituel près de la fin des
répétitions ARM. À l’intérieur, elles allument les
gènes stimulés par l’interféron. Les protéines W des
hénipavirus se fixent aussi à STAT1 et la retiennent dans le noyau
(Shaw et al., 2004) : ce sont les trucs rouges pleins de piquants
de la dernière descente.
Le pore. Un complexe du pore nucléaire est un anneau
d’environ 1 000 molécules de protéines, d’une trentaine de sortes de
nucléoporines, qui pèse environ 120 MDa, serti dans la double membrane de
l’enveloppe nucléaire. Son canal est rempli de répétitions FG souples (phénylalanine–glycine) qui bloquent les grosses
molécules, sauf si une importine les porte : l’importine s’accroche aux répétitions FG en se faufilant (tes drapeaux
FG). Chaque pore gère jusqu’à 1 000 passages par seconde.
Ce qui fait le sens unique : Ran. Dans le noyau, RCC1, posée sur la
chromatine, charge la petite protéine Ran en GTP. RanGTP attrape
l’importine β juste à l’entrée du panier du pore et lui fait lâcher sa cargaison. L’importine β ressort avec RanGTP,
et l’importine α avec son propre exportateur, CAS (exportine 2). Côté
cytoplasme, RanGAP, tenue sur les filaments du pore par
RanBP2, fait consommer son GTP à Ran, ce qui libère les importines pour un
autre voyage, et NTF2 ramène RanGDP à l’intérieur. Voilà le téléphérique.
D’autres histoires d’importines, tirées de nos articles avec l’équipe de Jade Forwood à la Charles Sturt
University : la protéine ORF4b du coronavirus MERS se fixe à l’importine α d’une façon inhabituelle, juste là où se
fixerait NF-κB, un autre signal d’alarme (Munasinghe et al., 2022) ;
ajouter un phosphate à côté du NLS d’une protéine du cytomégalovirus,
UL44, la fait se fixer dix fois moins fort à l’importine α (Cross et al., 2024) ;
et la capside du virus de la maladie du bec et des plumes a un bras qui l’envoie vers le noyau
(page de la structure).
Un prix Nobel.Günter Blobel a reçu le prix Nobel de
physiologie ou médecine 1999 pour avoir découvert que les protéines portent des signaux qui les envoient au bon
endroit dans la cellule.
Là où le jeu triche un peu
Les protéines ne marchent pas, ne skient pas et ne portent pas de bonnet en laine. Dans une cellule, tout se déplace
par diffusion, en se bousculant au hasard, et traverser un pore prend une infime fraction de seconde, pas toute une
descente.
Le cytoplasme est vraiment bondé (encombrement macromoléculaire),
mais les protéines motrices n’écrasent personne. Le code de la route, c’est du pur Horace.
Une cellule ne « choisit » pas une importine α : chaque cargaison se fixe simplement mieux à celles qui vont avec son
signal, et beaucoup de cargaisons peuvent en utiliser plusieurs. Les protéines ribosomiques peuvent aussi voyager
avec d’autres importines, comme la transportine.
RanGTP fait lâcher la cargaison au panier, et ensuite la cargaison se débrouille seule jusqu’à l’ADN. Le jeu lui
prête tes skis pour ce dernier bout.
Une seule SOX2 n’ouvre pas toute la chromatine du noyau : les facteurs pionniers ouvrent des endroits précis. Une
piste plus dégagée, c’est la façon du jeu de dire merci.
Hsp70 est une protéine chaperon qui aide les protéines à se replier et à se
replier de nouveau, pas une ambulance. L’ambulance d’Horace lui coûtait de l’argent ; ici, elle coûte une vie.
Il n’y a pas de téléphérique. Les importines ressortent par les pores, comme elles sont entrées, et le gradient de
Ran, du GTP dedans et du GDP dehors, garde la circulation dans le bon sens.
Viral Vector : arcade de biochimie
Pour une fois, c'est toi le virus : infecte des cellules, esquive les anticorps et passe la cellule boss, avec un casse-tête en Facile ou une question de biochimie en Moyen et en Difficile.
Voler et esquiverQuiz et énigmesDès 8 ans
Les cellules infectées servent de leurres pour les anticorps, ce qui te laisse le temps de souffler. Infectes-en assez
et une cellule boss apparaît. En Facile, chaque cellule boss est un casse-tête sur les virus et nos défenses, sans rien
à lire ; en Moyen et en Difficile, elle pose une question et, si tu sèches, tu peux jouer un casse-tête pour gagner un
indice. Chaque niveau apporte le casse-tête suivant. Une mauvaise réponse coûte une vie ; en Moyen, une bonne réponse
sans indice t’en rend une, et en Difficile, aucune vie n’est rendue.
La science
Tu es un virus. Les virus ne peuvent pas se copier tout seuls : ils entrent dans une cellule hôte et
utilisent sa machinerie pour fabriquer de nouvelles particules virales (la réplication virale).
La coque. Un virus enveloppe son génome dans une coque de protéines, la capside, souvent faite de
nombreuses copies d’une même protéine. Avec le groupe de Jade Forwood, nous avons résolu la capside du
virus de la maladie du bec et des plumes, qui tue les perroquets
et les cacatoès : 60 copies d’une même protéine, disposées en douze anneaux de cinq.
Les anticorps. Les anticorps sont des protéines en forme de Y fabriquées par les
lymphocytes B. Ils se fixent sur un virus et peuvent l’empêcher d’entrer dans les cellules.
Les casse-tête. Un virus entre dans une cellule par un récepteur où s’emboîte sa
spicule : celle du SARS-CoV-2 se lie à l’ACE2. Les cellules infectées repèrent l’ARN viral
avec des capteurs comme RIG-I (en anglais), qui font passer le message par MAVS (en anglais) et
IRF3 jusqu’au noyau, et la cellule libère de l’interféron pour prévenir ses voisines ;
certains virus bloquent cette chaîne, comme le virus Hendra avec sa protéine W (voir
les protéines W des virus Hendra et Nipah avec l’importine α). Les virus
changent un peu chaque fois qu’ils se copient (le glissement antigénique) : c’est pour cela
que le vaccin contre la grippe est mis à jour chaque année, et un
vaccin apprend au système immunitaire à fabriquer des anticorps avant l’arrivée du vrai virus.
Les virus ne savent ni nager ni se diriger : ils dérivent dans le liquide où ils se trouvent jusqu’à tomber sur une
cellule qui porte le bon récepteur.
Les cellules infectées ne servent pas de leurres. Dans la réalité, elles sont éliminées par les
lymphocytes T cytotoxiques et les cellules
NK ; dans le jeu, ce sont les anticorps qui les poursuivent.
Les récepteurs n’ont pas la forme d’étoiles ou de carrés, et un virus ne change pas de spicules à volonté : les
changements viennent d’erreurs de copie (mutations), et ce sont les virus que les
anticorps ne reconnaissent plus qui se répandent.
Personne ne va chercher les morceaux d’une capside : les copies de la protéine se trouvent et s’emboîtent toutes
seules (auto-assemblage).
Il n’y a pas de cellules-boss et, à notre connaissance, aucun virus n’a jamais répondu à une question de biochimie.
CytoPac : assembleur d'organites
Pilote un kinésine-bot dans le cytoplasme, assemble des organites pièce par pièce et fais-leur le plein.
Shoot 'em upVoler et esquiverDès 6 ans
Un clin d’œil à Jetpac (Ultimate Play the Game, 1983) sur ZX Spectrum. Au lieu de construire une fusée et de la
remplir de carburant, tu construis un organite (noyau, mitochondrie, appareil de Golgi, chloroplaste) et tu lui
apportes les bonnes molécules, pendant que des radicaux libres, des protéases et des toxines essaient de t’en empêcher.
La science
Tu es une kinésine. Les kinésines sont des protéines motrices qui marchent le long des
microtubules, une partie du cytosquelette de la cellule, en utilisant
l’énergie de l’ATP pour transporter des cargaisons comme des vésicules et des organites.
Les plateformes du jeu sont des microtubules.
Les organites. Le noyau contient l’ADN de la cellule. La
mitochondrie fabrique l’essentiel de l’ATP de la cellule, à partir du pyruvate,
le produit final de la glycolyse. L’appareil de Golgi modifie, trie et emballe
les protéines dans des vésicules. Le chloroplaste, présent
dans les cellules végétales, capte l’énergie de la lumière (les photons) par la photosynthèse.
Un nouveau bot. De temps en temps, un ribosome passe. Les ribosomes lisent
l’ARN messager et fabriquent des protéines à partir de lui (la
traduction) : touche-le et il te fabrique une nouvelle kinésine.
Là où le jeu triche un peu
Les vraies cellules ne construisent pas leurs organites à partir de pièces, comme un kit de fusée. Les mitochondries
et les chloroplastes grandissent et se divisent, un peu comme le faisaient autrefois les bactéries dont ils
descendent (la théorie endosymbiotique).
Une kinésine ne vole pas et ne saute pas. Elle marche le long d’un microtubule sur ses deux têtes motrices, un pas
d’environ 8 nanomètres à la fois, et la plupart des kinésines ne marchent que dans un sens (vers l’extrémité « plus
» du microtubule) ; la dynéine transporte les cargaisons dans l’autre
sens. Hélas, personne n’a encore trouvé de kinésine avec un jetpack.
LeukoChase : course dans la circulation sanguine
Fonce en macrophage dans une artère, à travers le foie puis dans les veines, en tirant des protéases sur les bactéries et les virus.
Shoot 'em upCourseDès 6 ans
Un clin d’œil à Deathchase (Micromega, 1983) sur ZX Spectrum. Au lieu de poursuivre des motards dans une forêt à
moto, tu poursuis des pathogènes dans le sang en globule blanc, en trois étapes : une artère, le foie, puis les reins et
les veines qui ramènent vers le cœur.
La science
Tu es un macrophage, un globule blanc qui mange les microbes par
phagocytose. Un microbe avalé finit dans un phagosome, qui fusionne avec des
lysosomes remplis d’enzymes digestives comme les protéases : les tirs que tu lances.
À strictement parler, les globules blancs qui patrouillent dans le sang sont des monocytes, qui
deviennent des macrophages une fois sortis du vaisseau vers les tissus.
Les virus sont dessinés comme une coque de protéines à nombreuses faces (une capside) avec des
spicules. Pour une vraie capside, voir le
virus de la maladie du bec et des plumes, que nous avons résolu
avec le groupe de Jade Forwood : une boule faite de 60 copies d’une même protéine.
Le boost. Les macrophages trouvent les problèmes en suivant les chimiokines, des signaux
chimiques libérés aux sites d’infection (la chimiotaxie).
La paroi du vaisseau déchirée. Les plaquettes se précipitent pour boucher la brèche, la première
étape de l’hémostase ; des filaments de fibrine transforment ensuite le bouchon en
caillot. Un caillot à l’intérieur d’une veine, c’est un thrombus.
Les couleurs. Les globules rouges transportent l’oxygène grâce à
l’hémoglobine. Le sang riche en oxygène des artères est rouge vif ; le sang des veines transporte
moins d’oxygène et il est rouge plus foncé (pas bleu).
Le foie. Le sang qui vient de l’intestin arrive au foie par la veine porte hépatique, et
apporte des nutriments, quelques bactéries intestinales et de l’ammoniac, que le foie transforme en
urée dans le cycle de l’urée. Le foie a ses propres macrophages résidents, les
cellules de Kupffer. Plasmodium, le parasite responsable du
paludisme, infecte les cellules du foie avant de s’attaquer aux globules rouges.
Des renforts. De temps en temps, des monocytes tout frais arrivent de la
moelle osseuse, où sont fabriquées toutes les cellules du sang (l’hématopoïèse).
Attrape-les pour récupérer.
Là où le jeu triche un peu
Les globules blancs ne foncent pas avec le sang en esquivant des obstacles. Ils roulent le long de la paroi du
vaisseau, s’arrêtent là où il y a un problème et se faufilent dans le tissu
(diapédèse). Celui qui fonce, c’est le sang lui-même : il fait
le tour du corps en une minute environ.
Un macrophage ne tire pas ses protéases. Il avale d’abord le microbe et le digère à l’intérieur, dans le phagosome,
pour que les enzymes n’abîment pas le tissu autour. Beaucoup moins spectaculaire à regarder, beaucoup mieux pour le
tissu.
HemoClimb : livraison d'oxygène
Deviens un globule rouge : grimpe jusqu'aux poumons, charge de l'oxygène et apporte-le à une cellule qui en a besoin.
PlateformesDès 6 ans
Un clin d’œil à Chuckie Egg (A&F Software, 1983). Au lieu de ramasser des œufs, tu es un globule rouge qui ramasse de
l’oxygène dans les poumons, en haut de l’écran, et qui l’apporte à une cellule cible, en bas. Des pathogènes
patrouillent sur les plateformes, des cellules en hypoxie essaient de te voler ton oxygène, des pneumocoques et du
monoxyde de carbone flottent dans les poumons et, comme dans l’original, l’ascenseur t’emmènera sans hésiter jusqu’au
plafond si tu n’en descends pas à temps.
La science
Tu es un globule rouge (érythrocyte), un disque souple sans noyau, rempli d’environ
270 millions de molécules d’hémoglobine.
Pourquoi quatre molécules d’oxygène ? Chaque molécule d’hémoglobine a quatre groupes hème, chacun
avec un atome de fer qui fixe un O2. La limite de quatre du jeu correspond à une molécule d’hémoglobine.
Charger et décharger. L’oxygène entre dans le sang dans les alvéoles des poumons, où il
y en a beaucoup, et il est libéré dans les tissus qui en ont besoin. L’hémoglobine lâche l’oxygène plus facilement là
où il y a peu d’oxygène et beaucoup de dioxyde de carbone et d’acide (l’effet Bohr et la
courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine, en anglais). Les
cellules qui manquent d’oxygène sont en hypoxie.
Les dangers dans les poumons. Le pneumocoque (Streptococcus pneumoniae) est une
cause fréquente de pneumonie. Au microscope, il apparaît par paires (des diplocoques) dans une
capsule, et il se colore en violet à la coloration de Gram. Le
monoxyde de carbone, qui vient des gaz d’échappement et des chauffages défectueux, se fixe à
l’hémoglobine plus de 200 fois plus fortement que l’oxygène : chaque molécule de CO met un hème hors d’usage, et c’est
pour ça que l’intoxication au monoxyde de carbone est si dangereuse.
Où finit l’oxygène. Dans les mitochondries de la cellule cible, l’oxygène est le dernier arrêt de la
chaîne respiratoire : le complexe IV (cytochrome c oxydase)
le transforme en eau tout en pompant des protons qui alimentent la synthèse d’ATP. J’ai travaillé sur la structure
d’une cytochrome c oxydase de type caa3, un complexe IV avec son propre
cytochrome c intégré : Joseph Lyons l’a résolue comme doctorant, et j’ai récolté les cristaux et encadré le travail
cristallographique.
Un classique de la cristallographie. L’hémoglobine a été l’une des premières structures de protéines résolues par
cristallographie aux rayons X, par Max Perutz, qui a partagé le prix Nobel de chimie 1962 avec John
Kendrew.
Un nouveau globule rouge. De temps en temps, de l’érythropoïétine (EPO) passe. Les reins la
libèrent quand l’oxygène vient à manquer, et elle dit à la moelle osseuse de fabriquer plus de globules rouges
(l’érythropoïèse).
Là où le jeu triche un peu
Les globules rouges ne grimpent pas, ne sautent pas et ne prennent pas l’ascenseur. Le cœur les pompe dans tout le
corps, et un tour complet prend environ une minute. L’ascenseur, c’est du pur Chuckie Egg.
Un globule rouge transporte bien plus que quatre molécules d’oxygène : avec environ 270 millions d’hémoglobines qui
en portent chacune quatre, cela fait environ un milliard. Les quatre du jeu, c’est la part d’une seule hémoglobine,
pour que le compte reste simple.
Les vrais globules rouges vivent environ 120 jours, puis la rate et le foie les recyclent : une fin plus douce que
le plafond.
FertiScramble : vie d'un spermatozoïde
Guide un spermatozoïde à travers l'appareil génital féminin jusqu'à l'ovule, et utilise les enzymes de l'acrosome pour entrer.
Shoot 'em upVoler et esquiverDès 10 ans
D’après un jeu classique du ZX Spectrum où l’on pilote dans des grottes, lui-même un clone du jeu d’arcade Scramble (Konami, 1981).
La science
Tu guides un spermatozoïde à travers cinq zones de l’appareil génital féminin, chacune ouverte par une
petite info sur ce qui s’y passe :
Vagin : un milieu acide, auquel beaucoup de spermatozoïdes ne survivent pas.
Utérus : des leucocytes, surtout des neutrophiles, engloutissent beaucoup
de spermatozoïdes.
Trompe de Fallope : seuls quelques milliers de spermatozoïdes arrivent jusque-là, et ils y
terminent leur capacitation (en anglais), leur dernière maturation.
Ampoule : la partie la plus large de la trompe, où a généralement lieu la fécondation.
À l’ovule arrive la réaction acrosomique (en anglais). L’acrosome, une coiffe
à l’avant de la tête du spermatozoïde, libère des enzymes : la hyaluronidase disperse la
corona radiata (la couche de cellules folliculaires autour de l’ovule), et
l’acrosine creuse un chemin à travers la zone pellucide, l’enveloppe de
glycoprotéines de l’ovocyte. Puis les membranes du spermatozoïde et de l’ovocyte fusionnent, et le résultat est un
zygote, la première cellule d’un nouvel embryon.
Dans le col de l’utérus et dans la trompe, tu peux trouver un réservoir de spermatozoïdes : dans la réalité, les
spermatozoïdes sont stockés dans les replis du col et dans la trompe, puis libérés par vagues pendant des
heures, voire des jours, ce qui te donne une vie de plus.
Là où le jeu triche un peu
Les spermatozoïdes ne tirent pas leurs enzymes comme des projectiles. La réaction acrosomique se produit une seule
fois, quand le spermatozoïde rencontre l’enveloppe de l’ovule, et libère les enzymes d’un coup.
Les spermatozoïdes ne font pas le voyage seulement à la nage : les contractions de l’utérus et de la trompe de
Fallope aident à les transporter, et l’ovule se déplace aussi.
Et aucun spermatozoïde n’a trois vies, ni cinq : dans la réalité, chacun n’a qu’un seul essai.
Digestive Dive : expédition intestinale
De la bouche à la sortie en six étapes : brosse le sucre, aide un endoscope, digère les graisses, le lait et les protéines, nourris tes bactéries intestinales et fais sortir sans encombre une brique de construction avalée.
Voler et esquiverExplorationDès 8 ans
Un clin d’œil à Scuba Dive (Durell Software,
1983). Trois des six étapes sont des grottes à explorer comme dans l’original : tu plonges depuis la surface, tu vas
chercher quelque chose près du fond, tu le remontes et tu remontes respirer. Les trois autres sont des descentes à
toute vitesse dans l’intestin. À chaque étape, tu es quelqu’un d’autre : un nano-plongeur, un bol alimentaire, une
goutte de chyme, une bactérie de l’intestin et, pour finir, une brique de construction qu’un enfant a avalée.
Côlon : il récupère l’eau, donc le contenu devient plus ferme et
le passage plus étroit. Les cellules caliciformes fabriquent du
mucus, les poches (haustrations)
se contractent, les mouvements de masse font tout avancer et certaines bactéries fabriquent de la vitamine
K. Au rectum, le sphincter
interne s’ouvre tout seul, et
l’externe attend que l’enfant ait trouvé des
toilettes.
La plupart des petits objets lisses que les enfants avalent ressortent tout seuls en quelques jours. Une pile bouton,
ou plus d’un aimant, fait exception : va tout de suite à l’hôpital.
Là où le jeu triche un peu
Les nano-plongeurs n’existent pas (pas encore). Les médecins retirent bien des objets avalés avec un endoscope, mais
ils le dirigent eux-mêmes, de l’extérieur, pendant que l’enfant dort sous anesthésie.
Le voyage est compressé en quelques minutes. Dans la réalité, les aliments passent quelques heures dans l’estomac et
un à trois jours sur tout le trajet.
Le chyme ne part pas à la chasse au bicarbonate, à la bile ou aux enzymes : ils se déversent dans le duodénum et les
contractions de l’intestin mélangent le tout. La lactase ne s’use pas non plus ; elle ne peut simplement couper le
lactose qu’à une certaine vitesse.
La pepsine ne poursuit personne. Elle se contente de flotter en découpant des protéines, ce qui fait déjà assez
peur.
Nerve Runner : influx express
Un samedi matin dans le système nerveux d'Alex : 17 écrans du cerveau au bout des doigts, cinq missions dans l'ordre que tu veux, huit médailles Nobel à trouver et à apporter au banquet Nobel, et deux énigmes à résoudre.
PlateformesExplorationQuiz et énigmesDès 8 ans
Un clin d’œil à Manic Miner (Bug-Byte, 1983) et à Jet Set
Willy (Software Projects, 1984), avec leurs échelles, leurs cordes,
leurs tapis roulants et leurs sols qui s’effritent, et à Skool Daze
(Microsphere, 1984), dont les personnages se baladent partout et parlent dans des bulles. Tu es un influx
nerveux, et les missions se font dans l’ordre que tu veux, comme
dans Skool Daze. Hors du chemin principal, il y a huit médailles Nobel à trouver et deux énigmes qui rapportent des
points en plus. Finis vite pour un bonus de vitesse. Les cellules qui parlent, chacune avec son travail et son
caractère, sont un clin d’œil à Il était une fois… la
Vie (1987). En Difficile ton ATP baisse, comme
l’air dans Manic Miner. La partie est sauvegardée dans ton navigateur, pour continuer un autre jour.
La science
Réflexe : les récepteurs de chaleur du bout du doigt,
avec leurs canaux TRPV1, s’activent quand la chaleur fait mal. Dans la
moelle épinière, la corne
dorsale transmet le signal par un
interneurone aux neurones moteurs, et la main se retire avant que le
cerveau ait senti quoi que ce soit.
Pour se déplacer : un canal sodium dans une porte s’ouvre, puis
ferme son pore un instant (l’inactivation) avant de
pouvoir se rouvrir. Cette pause, la période
réfractaire, explique pourquoi un influx
ne revient jamais en arrière. Les nœuds de Ranvier te projettent en avant, comme dans la conduction
saltatoire (du latin saltare, sauter). Les épines de rose du
bout du doigt, c’est à cela que servent les nocicepteurs.
D’autres personnages : le cône chasse les poissons avec un
harpon venimeux, et ses conotoxines bloquent les récepteurs à
l’acétylcholine de la jonction neuromusculaire ; la toxine d’un autre cône est devenue un antidouleur, le
ziconotide. Les opérateurs de la salle de contrôle montrent l’homoncule
moteur : les mains et les lèvres ont la plus grosse part du cortex
moteur. Chaque vésicule synaptique transporte un colis
d’environ 10 000 molécules d’acétylcholine.
Quêtes en plus : la médullosurrénale est un ganglion
sympathique devenu glande : un signal par les nerfs splanchniques
libère de l’acétylcholine sur ses cellules chromaffines, qui
déversent l’adrénaline dans le sang. L’hypothalamus est le thermostat du corps
(thermorégulation) : quand Alex a trop chaud, les nerfs
sympathiques, avec de l’acétylcholine, ce qui est rare, allument les glandes
sudoripares, et la sueur rafraîchit la peau en s’évaporant.
Des gags avec de la science dedans, dans l’esprit de l’épisode de la série sur les neurones : le centre de la
toux du tronc cérébral passe au vote, parce qu’un neurone additionne vraiment
ce qu’il reçoit et se déclenche quand ça dépasse un seuil
(sommation) ; les influx foncent et se rentrent dedans
dans le faisceau corticospinal ; et dans la corne dorsale, les
enképhalines, les opioïdes du corps lui-même, jouent les agents de
la circulation qui ralentissent la douleur.
Les bonus : les médailles sont pour Golgi et
Cajal (1906),
Sherrington et
Adrian (1932),
Loewi et Dale
(1936), Erlanger et
Gasser (1944),
Hodgkin, Huxley
et Eccles (1963),
Katz, von Euler
et Axelrod (1970),
Kandel, Carlsson et
Greengard (2000), et
Julius et
Patapoutian (2021). « Rapide ou lent ? » parle de la vitesse de
conduction nerveuse : les fibres épaisses et myélinisées
sont les plus rapides. « Le rêve de Loewi », c’est son expérience de 1921 sur des cœurs de grenouille, la première
preuve que les nerfs se parlent par des substances chimiques.
Apporte les médailles au thalamus, qui relaie vers le cortex presque tous
les sens (l’odorat prend surtout un raccourci). Ici, il est déguisé en Salle
bleue de l’hôtel de ville de
Stockholm, où se tient le banquet
Nobel chaque 10 décembre ; les prix sont remis plus tôt le même jour à
la Maison des concerts de Stockholm. La Salle
bleue est en brique rouge : l’architecte, Ragnar Östberg, voulait l’enduire de bleu, mais la brique lui plaisait
trop.
Là où le jeu triche un peu
Un influx nerveux ne va pas du cerveau à l’intestin et retour. Chacun parcourt un seul neurone, dans un seul
sens, et disparaît en quelques millisecondes ; le neurone suivant en lance un nouveau.
Personne ne trimballe les neurotransmetteurs d’un endroit à l’autre. Ils sont fabriqués et stockés dans la
terminaison nerveuse qui les libère, et la choline y arrive par le sang, pas dans les bras de quelqu’un.
Le cœur ne passe pas de 72 à 130 et retour en une seule livraison. Il change aussi un peu à chaque respiration.
Un vrai réflexe prend environ un dixième de seconde, pas une course à travers quatre écrans. Sinon, Alex serait bien
brûlé.
Un canal sodium s’ouvre parce que la tension de la membrane change, pas selon une minuterie, et il reste ouvert
environ une milliseconde, pas une seconde et demie. Son bouchon est une petite boucle de la même protéine ; l’image
de la « boule au bout d’une chaîne » convient mieux à certains canaux potassium.
Les nœuds de Ranvier ne projettent rien. L’influx a seulement l’air de sauter : le courant file sous la myéline et
n’a besoin d’être régénéré qu’à chaque nœud.
Un botaniste dirait que les roses ont des aiguillons, pas des épines.
Ton doigt s’en moque bien.
Le thalamus voit passer presque tous les invités, mais il n’organise pas de banquets.
L’ATP ne s’épuise pas en une minute : le corps fabrique chaque jour à peu près son propre poids d’ATP, en recyclant
sans cesse les mêmes molécules.
Les cônes vivent dans les mers chaudes, pas dans le bras de quelqu’un. Si tu en croises un, regarde, mais ne touche
pas.
Il n’y a pas de salle de contrôle dans le cortex moteur, et personne n’y porte de casque. Mais chaque partie du
corps y a bien son petit coin.
Personne ne monte jusqu’à la peau sur une goutte de sueur, même si le trajet serait court : la glande n’est qu’à
quelques millimètres sous la surface.
Les neurones ne votent pas, et il n’y a pas de réunions de commission dans le tronc cérébral. Mais un neurone
additionne bien les signaux qui lui disent de se déclencher et de se taire, et ne se déclenche que si le total
suffit. La majorité l’emporte, à peu près.
Cerebral Explorer : retrouver la mémoire
Une aventure textuelle sans clavier, dans le cerveau : explore 36 lieux, du tronc cérébral au cortex, découvre comment marchent les sens et reconstruis le souvenir des clés de la maison perdues.
ExplorationStratégieQuiz et énigmesSans se presserDès 10 ans
Un clin d’œil à Invincible Island
(Richard Shepherd Software, 1983), l’aventure textuelle de Pete Cooke sur ZX Spectrum, où l’on explore une île,
examine tout, rassemble sept parchemins et essaie de ne pas tomber dans un trou. Ici, l’île est un cerveau, et il n’y
a rien à taper : tu te déplaces avec une boussole et tu choisis quoi examiner, prendre et utiliser. Il est 8 h 05 un
matin d’école, Alex ne trouve plus les clés de la maison, et tu dois reconstruire le souvenir de l’endroit où elles
sont passées.
Des choses à réparer. Un AVC, dont la
pénombre peut encore être sauvée si le caillot est
dissous à temps (pense VITE : Visage, Inertie d’un membre, Trouble de la parole, En urgence le 15) ; un foyer
épileptique, calmé par le
GABA ; et une infection
virale, nettoyée par la
microglie. Pas besoin de les réparer pour gagner, mais ton score grimpe.
Là où le jeu triche un peu
Les régions du cerveau ne sont pas des salles reliées par des couloirs, et rien dans le cerveau n’est assez bien
rangé pour tenir sur une carte avec nord, sud, est et ouest. La carte est un schéma.
Un souvenir, ce n’est pas trois morceaux bien nets qui attendent dans trois endroits qu’on vienne les chercher.
C’est un motif de connexions réparti dans de nombreuses zones du cerveau, renforcé au niveau des synapses, et un peu
reconstruit à chaque fois qu’on s’en souvient.
L’ocytocine, le GABA et le tPA ne se transportent pas dans un sac. Dans la réalité, ils sont libérés là où il faut
et quand il faut (ou, pour le tPA, donnés par les médecins comme médicament).
Et aucune armée d’explorateurs ne retrouvera tes clés à ta place. Une bonne habitude (un crochet près de la porte)
marche mieux.
Homeostasis : poste de commandement
Tu es le cerveau d'un humain qui enchaîne les nuits blanches, mange de la malbouffe et saute le déjeuner. Garde le corps en équilibre pendant 30 jours.
StratégieSans se presserDès 10 ans
Un clin d’œil à Dictator (DK’Tronics, 1983), le jeu de stratégie de Don Priestley pour ZX Spectrum. Au lieu de faire tenir
une dictature, tu fais tenir un corps. Tu ne contrôles pas ce que fait ton humain : il passe des nuits blanches, mange des
triple burgers, va à la salle de sport et saute le déjeuner. Chaque jour, tu décides comment le corps encaisse, et tu
as quelques hormones en réserve, qui ne reviennent pas une fois utilisées. Tiens le plus longtemps possible.
Les hormones. L’adrénaline, produite par les glandes surrénales, déclenche la
réaction de lutte ou de fuite. Le cortisol fait monter la glycémie et
freine le système immunitaire. L’insuline, produite par le pancréas, aide les cellules à absorber le
glucose. Les endorphines sont les antidouleurs du corps lui-même. La mélatonine,
produite par la glande pinéale, signale la nuit et aide à régler le rythme circadien,
l’horloge interne que le décalage horaire dérègle.
Quelques événements. Les muscles stockent le glucose sous forme de glycogène et en manquent
pendant une longue course. Le frisson et la graisse brune produisent de la
chaleur quand il fait froid. Le rhume des foins, c’est le système immunitaire qui réagit trop fort au pollen, avec
l’histamine. En altitude, les reins libèrent de l’érythropoïétine pour fabriquer
plus de globules rouges. Le soleil permet à la peau de fabriquer de la vitamine D, et la
caféine te garde éveillé en bloquant les récepteurs de l’adénosine.
Là où le jeu triche un peu
Le corps ne tombe pas à court d’hormones ; les doses limitées sont une règle du jeu, pour t’obliger à choisir.
La vraie homéostasie travaille tout le temps et sur tous les fronts à la fois, le plus souvent sans qu’on s’en rende
compte : le cerveau ne reçoit pas un menu de choix chaque matin. (Si le tien en reçoit un, c’est peut-être le moment
de prendre un café et d’en parler à un médecin.)
Beamline Commander : La Chasse au cristal
Ton équipe a une session sur la ligne de lumière I04 : pêche des cristaux, congèle-les, centre-les dans le faisceau de rayons X, planifie la dose et résous quatre structures, d'un médicament anticancéreux à un virus de perroquets, avant la fin du temps de faisceau.
StratégieQuiz et énigmesSans se presserDès 12 ans
Un clin d’œil à Silent Service (Sid Meier, MicroProse, 1985 ; sur
ZX Spectrum chez U.S. Gold), le jeu de sous-marin où l’on naviguait sur batteries en plongée, où l’on remontait en
surface les recharger au diesel en se faisant repérer, où l’on chassait les navires au périscope, et où l’on plongeait
profond et en silence quand les destroyers passaient au-dessus avec leurs grenades sous-marines. Ici, le sous-marin,
c’est I04, et tu fais de la biologie structurale dans une équipe qui a obtenu une session dessus. La cabane ouverte,
c’est être « en surface » : à l’abri, mais sans rayons X. Les pertes de faisceau, les coups de chaleur et les
oscillations de l’orbite sont les grenades sous-marines : ferme l’obturateur et attends en silence. La dose, c’est le
profondimètre : près de 30 MGy le cristal grince, et au-delà de 30 MGy il lâche. Régler l’exposition au lieu de la
dose, c’est naviguer à l’aveugle. Quand quelque chose tombe en panne, on appelle l’astreinte de la ligne. Il y a aussi
une bibliothèque : les bons livres aident jusqu’à la fin de la session ; les romans sont merveilleux, mais pas pendant
le temps de faisceau. Et le convoi que tu chasses, c’est une goutte pleine de cristaux, dont seuls quelques-uns te
donneront la structure.
La science
Les rayons X. Une source de lumière synchrotron
comme Diamond fait tourner des électrons dans un
anneau de stockage à presque la vitesse de la lumière. Dans un
onduleur, des rangées d’aimants les font
onduler et ils émettent un faisceau intense de rayons X ; un
monochromateur à double cristal, deux cristaux de silicium refroidis,
en choisit une seule énergie.
La récolte. Les cristaux de protéines sont cueillis
dans leur goutte avec une minuscule boucle de nylon et plongés dans l’azote liquide. Congelée vite, l’eau reste
vitreuse ; congelée lentement, ou si la goutte sèche, elle forme de la
glace cristalline, qui met des anneaux sur les images vers 3,9, 3,7 et
3,4 Å et cache les taches de la protéine. Les fissures et les coups augmentent la
mosaïcité, et les agrégats de cristaux donnent deux réseaux à la fois.
La dose. Les rayons X qui diffractent s’accompagnent de bien d’autres qui sont absorbés et abîment le cristal. La
dose se mesure en grays, et pour les cristaux de protéines
congelés, environ 30 MGy est la limite expérimentale, établie par l’équipe
d’Elspeth Garman
(Owen et al., 2006). On teste donc d’abord avec une petite dose (ici un
coin de 15° à 1 MGy) avant de planifier le reste. La bonne dose pour un jeu de données dépend de la résolution à
laquelle le cristal diffracte : sur I04, environ 5,5, 10 et 16 MGy pour 1,3, 1,8 et 2,3 Å, et jamais plus de 30 MGy
(les données anomales s’arrêtent à 10 MGy). Se tromper de 0,25 Å sur la résolution change la bonne dose d’environ
30 %. Sur I04, on fixe donc une dose cible et l’exposition est calculée à partir du faisceau
(RADDOSE-3D fait les calculs) : avec le faisceau par défaut, 10 MGy
demandent environ 16 s d’exposition totale à pleine transmission (13 keV). Et on collecte 360° complets : chaque tache
mesurée plusieurs fois.
Trop brillant pour compter. Les détecteurs à comptage de photons peuvent rater des photons qui arrivent trop
rapprochés. Leur correction marche jusqu’à une limite, la plage fiable ; au-delà, les taches les plus fortes sont
sous-comptées, et comme toutes leurs copies le sont de la même façon, les statistiques de fusion ont toujours l’air
excellentes (Donath et al., 2023). Le remède, que nous enseignons dans
nos formations sur I04 : vérifier les taches les plus brillantes du coin de test, baisser la transmission et allonger
l’exposition du même facteur. Même dose, chaque photon compté. Tu peux essayer le modèle interactif toi-même
(eiger-countrate-dose-demo).
Aiguilles. Les dommages sont locaux : sur un long cristal, un balayage hélicoïdal fait glisser le cristal le long
du faisceau pendant qu’il tourne, pour que chaque partie ne reçoive que sa part de la dose. La largeur du faisceau
fixe combien de zones fraîches tiennent le long de l’aiguille.
La symétrie. Le groupe d’espace dit comment un cristal se
répète. Un cristal symétrique donne des copies de chaque tache, donc une courte rotation suffit ; un cristal
triclinique P 1 n’en a aucune, il lui faut un
tour complet et, comme un seul axe de rotation laisse toujours une zone aveugle, un second balayage avec une autre
inclinaison. Une maille énorme, comme celle d’une capside
de virus, serre les taches les unes contre les autres.
La résolution. Les données sont traitées automatiquement ; le
remplacement moléculaire place un modèle connu et proche dans
le nouveau cristal, et les atomes sont construits dans la
densité électronique. Au
seuil d’absorption d’un élément (7,112 keV pour le fer), ses atomes
diffusent un peu différemment (diffusion anomale), ce qui montre
où ils sont. Les différences sont petites, donc sur I04 les données anomales se collectent en douceur et sous
plusieurs angles : 10 MGy en tout, en trois coins de 360° à des orientations χ différentes du goniomètre.
Les quatre structures.
BCL-2 maintient les cellules en vie, et certaines cellules de leucémie en
fabriquent beaucoup trop. Le vénétoclax, un médicament né
de recherches à l’Institut Walter et Eliza Hall
(WEHI) de Melbourne, la bloque et les cellules cancéreuses meurent. L’équipe de Peter Czabotar a résolu BCL-2 avec
le vénétoclax pour comprendre pourquoi le médicament cesse d’agir chez certains patients
(Birkinshaw et al., 2019).
La protéine à cluster hybride de Desulfovibrio contient un
cluster inhabituel de fer, de soufre et d’oxygène ; la protéine réduite de D. desulfuricans a cristallisé en
P 1, et elle faisait partie de ma thèse (page de la structure).
Là où le jeu triche un peu
Le temps de faisceau avance par sauts : une fouille de la cabane, un montage ou un jeu de données prennent chacun un
nombre fixe de minutes, et la construction du modèle en prend 40. Une vraie construction de modèle prend des jours,
parfois des mois, et bien plus qu’une rotation et un petit coup de pouce.
Les anneaux de stockage sont très stables : une rétroaction garde le faisceau en place au micromètre près, et quand
quelque chose tourne mal, la ligne ferme elle-même son obturateur. Faire silence, c’est du pur sous-marin.
Les dewars des robots se remplissent en général tout seuls, et les vrais pucks contiennent 16 cristaux, pas 4.
La vérification du taux de comptage utilise en réalité un percentile élevé des comptages des pixels dans les taches
fortes, comparé à la plage fiable stockée dans le fichier de données ; le jeu réduit chaque cristal à un seul nombre
de brillance.
Dans le jeu, le débit de dose monte simplement avec le carré de la réduction du faisceau, et les taches cessent de se
chevaucher dès que la distance du détecteur en millimètres dépasse l’arête de la maille en ångströms. Les vraies
lentilles, les vrais faisceaux et les vraies taches sont plus compliqués, d’où RADDOSE-3D et beaucoup de géométrie.
Un seul balayage d’un cristal P 1 donne souvent plus de 90 % de complétude ; le jeu agrandit la zone aveugle, pour
que le second balayage compte.
Les vraies pannes sont plus rares que dans le jeu, et l’astreinte ne peut pas toujours tout régler en un quart
d’heure. Mais elle décroche au milieu de la nuit.
Lire La Cristallographie pour les Nuls en 40 minutes ne rend les mains de personne plus sûres au microscope. La
pratique, si (et les livres aident aussi).
Le café n’accélère pas les mains de tout le monde exactement autant à chaque tasse. Probablement.
Rat de labo : Usine à protéines
De la thèse à la tête d'une équipe : transforme un gène en cristaux pour la ligne I04 de Diamond, avec un échantillon SAXS pour B21 et des grilles pour eBIC en chemin ; attaque les protéines membranaires en postdoc ; puis dirige ton propre labo pendant cinq ans. Financements, matériel, des gens, et des vendeurs dont les bonnes affaires sont parfois vraies.
StratégieQuiz et énigmesSans se presserDès 12 ans
Un clin d’œil à quatre jeux du ZX Spectrum. Millionaire
(John Hunt, Incentive Software, 1984) te faisait écrire et vendre des jeux depuis ta chambre avec 500 livres : on
répartissait 20 points entre programmation, présentation, idées originales et intérêt pour le joueur, on suivait les
ventes chaque mois, et Honest Harry proposait des affaires qui étaient soit des bonnes affaires, soit des ennuis.
Cookie (Ultimate Play the Game, 1983) faisait courir Charlie le
chef derrière des ingrédients en fuite pour les envoyer dans un saladier, pendant qu’un monstre de poubelle y jetait des
ordures. Ici, tu commences une thèse : les 20 points vont aux étapes de paillasse où tu aimerais de l’aide, le mois se
termine par un bilan, ton coin de paillasse partagée devient peu à peu la meilleure travée du labo, et les vendeurs
(Coco des Cônes et compagnie) sont des cousins de Honest Harry. Le milieu de culture, c’est le saladier. Et comme dans
Silent Service (Sid Meier, MicroProse, 1985), le jeu de
sous-marin derrière Beamline Commander, tu passes d’une salle du labo à l’autre
(paillasse, bureau, catalogue, bibliothèque, cuisine) comme un commandant entre les postes d’un sous-marin. Le parcours
de chef d’équipe ajoute Football Manager (Kevin
Toms, Addictive Games, 1982) : un effectif avec des notes et de l’énergie, des changements à chaque fin de saison, le
mercato et les comptes à équilibrer. Ici, l’effectif, c’est ton labo, et personne n’est vendu ni viré.
Termine la thèse (des cristaux livrés, à n’importe quel niveau) et le postdoc s’ouvre : un labo mieux équipé dans
une meilleure université (un institut de pointe après une thèse brillante), un contrat de trois ans et une protéine
membranaire. Il se termine par une audition pour un poste de maître de conférences : des cristaux et un article à toi
te mènent devant le jury (en Moyen, après deux protéines de postdoc ; en Difficile, trois), et les bonnes réponses te
valent le poste. Chaque parcours terminé reste dans ton dossier ; une autre thèse, ou le postdoc, commence avec les
astuces apprises et les livres lus, jamais le matériel. Termine un postdoc et le parcours de chef d’équipe s’ouvre :
cinq ans avec ton propre labo dans un institut au nom curieusement familier, un budget de démarrage qui dépend de ton
postdoc (peut-être avec la direction du département), et une équipe à construire. Chaque personne a neuf points forts
(créativité, idées nouvelles, doigté à la paillasse, analyse, écriture, efficacité, pédagogie, travail d’équipe,
communication), chacun avec son propre plafond (personne ne devient un super-héros), plus l’énergie, le bien-être, la
concentration et les liens avec le labo. Tu recrutes par des offres ou tu attires des étoiles montantes des labos
rivaux, tu mets les gens sur les projets qui collent à leurs points forts, tu fais des points réguliers en tête-à-tête
(sans eux, les gens décrochent ; avec eux, ils restent, même quand un rival offre plus), tu associes les doctorants à
des mentors dont le caractère s’accorde au leur, tu fais des promesses que tu as intérêt à tenir, tu discutes salaire au
renouvellement, tu lis le rapport mensuel de la gestion du labo, tu envoies les gens en formation, et tu applaudis quand
ils partent vers de plus grands postes. Rico Mbinant vend des rédacteurs de demandes « garantis » et des contrats de
maintenance pas chers, et Gérard Bouchetrou envoie des doctorants et des postdocs à prix cassé, sans les voir. Les
financements paient les salaires, les exposés invités deviennent des conférences d’ouverture, et des instituts plus
prestigieux viennent te chercher. Chaque année, le conseil de l’institut fixe des objectifs (articles, financements,
livraisons aux lignes de lumière, une équipe heureuse), et au bout des cinq ans un comité d’évaluation les examine :
une note suffisante (et un article) te fait garder ton labo ; trop peu d’objectifs atteints, ou trois mois criblés de
dettes, et il ferme. Les idées de projets viennent de ton équipe, des gens que tu rencontres, d’anciens membres du labo
et des nouvelles machines, et certaines arrivent avec un rival qui fait la course avec toi jusqu’à l’article. Les
projets ont besoin du bon matériel (sans lui, l’équipe emprunte, lentement), et un microscope confocal ou une mesure de
liaison peut faire monter un article dans une grande revue. Chaque semaine, tu choisis un programme : la paillasse avec
l’équipe (un moment pratique à toi), une semaine d’écriture, des réunions, ou la carte de la semaine (un séminaire, un
jury de financement, le service financier). Une fois en cinq ans, quelque chose de grave arrive (une coupe budgétaire,
un dégât des eaux, une nouvelle direction de département égoïste, une fuite), et parfois quelque chose de formidable.
Après chaque exposé, en postdoc ou à la tête d’une équipe, viennent les questions de la salle (une facile, une moyenne
et une difficile), puis le dîner du congrès, où une longue soirée au bar peut t’apprendre un secret, t’en coûter un, ou
finir en histoire d’amour. Tu choisis qui est ton rat de labo : elle, il ou neutre (sans mots genrés).
Comme dans un vrai labo, un doctorant ne porte pas les gros financements : tu aides ta directrice de thèse à écrire les
siens (une part revient à ton projet) et un postdoc avec une demande d’équipement (la machine qu’elle apporte, tu peux
t’en servir aussi), et de temps en temps quelqu’un d’autre en thèse te demande un coup de main, ce qui peut finir par
un article avec ton nom dessus. Un labo, ce sont aussi des gens : un coup de moins bien, un béguin au labo, une dispute
pour une place à la paillasse, une erreur que personne n’a vue. En parler, demander gentiment et reconnaître ses torts,
ça aide toujours, et la bibliothèque a un livre (un peu idiot) pour chaque cas.
En thèse, on présente des posters aux congrès (un bon poster peut gagner le prix) ; en postdoc, on fait des exposés
courts, on écrit plus d’articles, on rejoint l’association des postdocs, et on peut payer un technicien pendant deux
mois quand le temps manque plus que l’argent. Les petites choses s’épuisent (gels précoulés, bonnes cellules
compétentes, suppléments d’autoinduction), alors garde un œil sur l’étagère. Les niveaux plus durs rapportent plus : la
réputation vient plus vite et le score final compte davantage. En postdoc, tu peux aussi essayer des grilles de
cryo-EM, et comprendre pourquoi une petite protéine membranaire, c’est un travail pour les cristaux. Les articles
accumulent des citations mois après mois (les ventes de Millionaire), un communiqué de presse peut décrocher une
interview dans un journal ou à la télé, et les portes ouvertes et les événements sur les métiers ne coûtent que du temps.
Le clonage. Une PCR copie le gène, des
enzymes de restriction le coupent, ainsi qu’un vecteur, et le
nouveau plasmide entre dans E. coli. Les colonies qui poussent sur
ampicilline le portent, sauf les minuscules colonies satellites autour,
qui vivent là où la grosse colonie a détruit l’antibiotique. On récupère le plasmide par une miniprep (autrefois au
phénol-chloroforme) et on le fait séquencer.
La culture et l’expression. Le milieu LB (tryptone, extrait de
levure, sel) passe à l’autoclave ; ensuite, les microbes ne peuvent venir
que de l’extérieur. La courbe de croissance a une phase de latence,
une phase exponentielle et un plateau, et l’IPTG
allume le gène grâce à l’opéron lactose. Fabriquée trop vite, la
protéine se replie mal et finit en corps d’inclusion.
Les cristaux. La cristallisation des protéines par
diffusion de vapeur : des criblages de conditions, des hits, l’optimisation, puis la congélation avec un
cryoprotecteur pour la ligne de lumière. La sélénométhionine à la
place de la méthionine ajoute un signal qui aide à résoudre la structure, et une série soignée de concentrations dans
un tampon bien appareillé fait un échantillon pour le SAXS.
L’autre protéine du postdoc. DgkA, une diacylglycérol kinase
de la membrane interne d’E. coli : 121 acides aminés, trois chaînes qui travaillent ensemble, qui posent un
phosphate de l’ATP sur un lipide. Sa voie dans le jeu est celle qui a été publiée : le gène fait sur commande dans le
vecteur pTrcHisB, des mutations stabilisantes (le Δ4 thermostable et le Δ7 dessiné sur mesure), le lysat des cellules
solubilisé dans le détergent Empigen BB puis passé au décyl maltoside sur une colonne de nickel, et enfin des cristaux
en phase cubique lipidique avec la 7.8 MAG à 4 °C, qui ont mis des semaines à pousser
(Li et al., Nature, 2013). Le remplacement moléculaire a échoué, alors les
phases sont venues de la sélénométhionine. Plus tard, un trempage
avec un analogue d’ATP non hydrolysable et du zinc l’a saisie en pleine réaction (Li et al., Nature Communications,
2015). David faisait partie de l’équipe derrière les deux articles, côté
cristallographie : voir DgkA.
Les récepteurs du postdoc. Deux
récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), la famille
derrière le prix Nobel de chimie 2012 de
Robert Lefkowitz et
Brian Kobilka : sept hélices à travers la membrane, une poche à
médicament qui change de forme, et des boucles molles qui rendent les cristaux difficiles. Les deux sont produits en
cellules d’insecte (Sf9) infectées par un
baculovirus qui porte le gène. Le
récepteur β2-adrénergique suit l’article de 2011 : le
lysozyme du phage T4 placé dans sa troisième boucle, la molle, la mutation
H93C pour qu’un agoniste dessiné sur mesure s’accroche pour de bon, une
colonne d’anticorps et une colonne d’alprénolol, puis de minuscules cristaux en monooléine avec du cholestérol
(Rosenbaum et al., Nature, 2011) ; avec le carazolol, un
agoniste inverse, tu refais une structure plus ancienne. David est
l’un des auteurs de l’article de 2011 : voir β2AR. Le
récepteur β1-adrénergique de la dinde est d’abord rendu
plus solide : un balayage à l’alanine de 318 mutants dans
E. coli, chacun chauffé puis testé pour sa liaison à un médicament, et les six meilleurs réunis, stables à 21 °C de
plus (Serrano-Vega et al., PNAS, 2008) ; puis des cellules d’insecte et
des cristaux en détergent par diffusion de vapeur (Warne et al., Nature, 2008),
le travail des équipes de Chris Tate et de Gebhard Schertler au MRC Laboratory of Molecular Biology.
Les gros projets, plus tard dans les cinq ans : les venins des animaux dangereux d’Australie, dont le peptide
d’une araignée à toile en entonnoir qui protège le cerveau après un AVC chez le rat
(Chassagnon et al., PNAS, 2017) ; une
PETase plus rapide, l’enzyme mangeuse de plastique étudiée sur les lignes MX
de Diamond : sa structure sur I23, I03 et I04 (Austin et al., PNAS, 2018),
la « super-enzyme » PETase–MHETase sur I03 (Knott et al., PNAS, 2020) et
HotPETase, évoluée pour travailler à 70 °C, sur I03, I04 et I04-1
(Bell et al., Nature Catalysis, 2022) ; des enzymes contre les marées
noires ; un médicament contre les redoutables henipavirus ; faire
remarcher les antibiotiques face aux bêta-lactamases et aux pompes ;
des médicaments contre le cancer et la grippe conçus à partir de structures, comme le
vénétoclax et l’oseltamivir
(Tamiflu) ; et des enzymes qui font de la chimie dans l’eau, à
température ambiante.
Le matériel du chef d’équipe. Comme celui d’un labo de protéines membranaires : une salle de cellules d’insecte,
un robot LCP et le LCP-FRAP (on
photoblanchit un point de protéine fluorescente dans la phase cubique : si la fluorescence revient, la protéine peut
y cristalliser), la FSEC, un appareil de congélation et un robot à grilles pour la cryo-EM,
l’expression acellulaire pour les protéines qui tuent
leur hôte ; et pour l’article, un microscope confocal (où va la
protéine dans la cellule), la SPR (à quel point elle se lie
fort) et la photométrie de masse (combien de copies se collent
ensemble).
Ouvrir les plaques. Les cristaux en phase cubique lipidique poussent scellés entre deux lames de verre. Pour les
récolter, on raye deux cercles dans la lamelle autour du puits, on casse le verre entre les deux et on soulève le
disque à la pince ; on pêche les cristaux dans la mésophase collante avec une petite boucle, et ils vont directement
dans l’azote liquide, sans cryoprotecteur (Li, Boland, Aragão, Walsh et Caffrey, JoVE,
2012, un protocole en vidéo).
Là où le jeu triche un peu
L’étiquette. Tu commences avec la protéine native et trois colonnes, et tu gagnes l’étiquette histidine plus tard.
La vraie UgpG avait une étiquette histidine dès le départ : une colonne de nickel et une colonne de dessalage, et le
Bradford pour la doser.
Les sites de restriction. La vraie UgpG a été clonée avec BamHI et HindIII ; les raisons du jeu pour ne pas
utiliser EcoRI ou NotI sont inventées pour le jeu.
La charge d’UgpG. L’indice du jeu sur la colonne d’échange d’ions à utiliser vient d’un pI inventé pour le jeu,
pas d’un pI mesuré.
Les prix et les durées. Les prix du matériel, les montants des financements et la plupart des durées sont des
chiffres ronds de jeu. Le vrai matériel coûte plus cher, et les vrais financements prennent plus de temps.
La lumière polarisée. Dans le jeu, les cristaux de sel s’allument et les cristaux de protéine à peine. La réalité
est moins nette : beaucoup de cristaux de protéine brillent aussi entre polariseurs croisés, et les cristaux de sel
cubiques, non.
L’optimisation. Associer une méthode à une sorte de cristal marche bien plus proprement ici qu’à une vraie
paillasse, où les cristallographes essaient surtout tout et gardent le cahier de labo à portée de main.
L’autoinduction. Les vrais milieux d’autoinduction (les recettes de F. William Studier) sont plus riches que du LB
avec trois sucres en plus ; le jeu garde le LB et ajoute les sucres en un seul pot.
Les grilles. Le vrai contrôle des grilles regarde des centaines de carrés, puis les trous à l’intérieur ; le jeu
montre un seul atlas et quatre choix. Depuis, de petites protéines ont été résolues par cryo-EM, avec des astuces
(fusions, fragments d’anticorps).
La renaturation. Comme dans l’article de 2009, AlgE passe dans l’urée 8 M et est ajoutée goutte à goutte à un
tampon avec détergent, mais l’article faisait aussi d’abord passer une colonne de nickel en urée, puis agitait les
gouttes toute la nuit à 37 °C : une vraie renaturation prend une nuit, pas une demi-minute.
Les détergents. Le jeu en propose trois, dont un seul est le bon. Les vrais labos en criblent beaucoup, et le
Triton X-100 a ses fans.
La phase cubique. Un vrai mélange demande une centaine de passages ; le jeu en compte une vingtaine. Ses
seringues chauffent aussi bien plus vite que les vraies, pour que la glace ait son tour. Le côté froid est réel : en
dessous d’environ 18 °C, la monooléine devient lentement cireuse, ce qui explique en partie pourquoi les plaques de
DgkA en chambre froide utilisaient un lipide plus court, la 7.8 MAG.
Ouvrir les plaques. Un vrai puits met plus d’une demi-minute à s’ouvrir, et un coupe-verre s’émousse après une
dizaine.
Les gènes et le temps de DgkA. Dans le jeu, les gènes arrivent déjà dans le vecteur ; l’article dit qu’ils ont
été faits sur commande et clonés dedans, sans dire par qui. Ses cristaux ont mis 45 à 60 jours en chambre froide ; le
jeu en fait environ six semaines.
Membranes ou corps d’inclusion. La part d’AlgE qui va où à chaque température est un chiffre de jeu.
Les récepteurs. L’article sur le β2AR était une collaboration entre plusieurs labos, dont ceux de Brian Kobilka
et de Martin Caffrey ; dans le jeu, tu fais toutes les étapes toi-même. Le balayage a 40 puits au lieu de 318, et le
médicament radioactif se montre par une lueur. Les comptages de cellules, l’infection et les jours de récolte sont
des chiffres de jeu : les méthodes des articles ne les donnent pas. Les vraies cellules Sf9 mettent environ un jour à
doubler, plus lentement que dans le jeu.
Le labo du chef d’équipe. Les instituts, les chefs d’équipe rivaux et l’équipe sont inventés, et leurs noms sont
des blagues. Les projets avancent par semaines de travail partagées entre les gens qui sont dessus, ce qui est très
loin de la façon dont la science avance vraiment, et les financements sont décidés bien plus vite que les vrais. Les
idées de projets (l’enzyme préférée d’une chaussette qui pue, le levain immortel du labo) sont surtout là pour
s’amuser, et une machine ne rend pas vraiment un article deux fois plus célèbre. Se faire griller, ça arrive, mais
rarement à cause d’une seule longue soirée au bar d’un congrès.
Nuclear Slalom: carrera de la importina
Eres la importina β: cruza un citoplasma lleno de tráfico, elige la importina α adecuada para cada carga, baja esquiando por un poro nuclear hasta el ADN y vuelve a subir en teleférico. Cuatro pedidos, desde montar ribosomas hasta plantar cara a un virus.
CarrerasPreguntas y acertijosDesde los 8 años
Un guiño a Horace Goes Skiing
(William Tang, Beam Software, 1983), hecho en Melbourne, en el que Horace
cruzaba una carretera con mucho tráfico para alquilar los esquís y luego se lanzaba a una pista de eslalon. Aquí la
carretera es el citoplasma, de dos pantallas de ancho, y el tráfico es el de la propia célula: proteínas motoras que
arrastran vesículas por sus raíles, ribosomas, mitocondrias, proteasomas y, más adelante, virus. La pista baja por un
poro nuclear hasta el núcleo, y el teleférico te sube de vuelta. Hay cuatro pedidos, cada uno con una carga distinta y
una forma distinta de entrar, y lo que hace cada carga cambia el resto del juego.
La ciencia
Eres la importina β, una mensajera que mete proteínas en el
núcleo. Es una cadena larga y enroscada de unas 19
repeticiones HEAT, cada una un par de hélices, y así la dibuja el juego.
La importina α es el adaptador. Muchas cargas llevan un pequeño “código postal”, una
señal de localización nuclear (NLS). La primera que se
descubrió fue PKKKRKV, en el antígeno T grande del SV40. La
importina α la lee con una media luna de diez repeticiones armadillo (ARM),
de tres hélices cada una; la NLS se tumba a lo largo del surco por dentro de la curva (las hélices doradas del juego
muestran dónde se une cada carga). Su otro extremo, el dominio IBB, sube hasta la importina β.
Importinas α distintas para trabajos distintos. Los humanos tenemos varias importinas α, con nombres famosamente
liados (la importina α1 la codifica el gen KPNA2, la α3 el KPNA4, la α5 el KPNA1). Algunas cargas prefieren una
de ellas, así que en el juego eliges tú:
una proteína ribosómica no necesita adaptador: la importina β la
agarra directamente (Jäkel y Görlich, 1998). Los ribosomas, con unas
80 proteínas cada uno, se montan en el nucléolo. En el juego, más
ribosomas son una importina β nueva: una vida extra;
SOX2, un factor pionero que
sabe abrir la cromatina muy compactada y mantiene en marcha las
células madre neurales, tiene dos NLS que, juntas, abarcan nueve
de las diez repeticiones ARM de la importina α3, lo que explica por qué prefiere la α3
(Jagga et al., 2021). En el juego abre la cromatina, y la pista queda
más despejada;
la proteína W del virus Hendra se une a la importina α3 por una
superficie más grande y más de 50 veces más fuerte que a la importina α1
(Smith et al., 2018; mira también la
página de la estructura). Ya en el núcleo, W bloquea las señales que activan
el interferón, la alarma antiviral de la célula
(Shaw et al., 2005). En el juego la alarma se apaga y los virus
se multiplican;
STAT1 se activa cuando el interferón de las células vecinas llega al receptor
de la célula y las quinasas JAK le añaden fosfatos. Dos STAT1
fosforiladas se emparejan y entran de la mano de la importina α5, no de la importina α1
(Sekimoto et al., 1997), gracias a una señal poco común cerca del final
de las repeticiones ARM. Dentro, encienden los
genes estimulados por interferón. Las proteínas W de los
henipavirus también se unen a STAT1 y la retienen en el núcleo
(Shaw et al., 2004): son las cosas rojas con pinchos de la última
bajada.
El poro. Un complejo del poro nuclear es un anillo de unas
1000 moléculas de proteína de unos 30 tipos de nucleoporina, que pesa
unos 120 MDa, encajado en la doble membrana de la envoltura nuclear. Su canal está lleno de repeticiones FG flexibles
(fenilalanina–glicina) que no dejan pasar las moléculas grandes salvo que las lleve una importina: la importina se
une a las repeticiones FG mientras se cuela (tus banderas FG). Cada poro aguanta hasta 1000 pasos por segundo.
Lo que lo hace de sentido único: Ran. Dentro del núcleo, RCC1, sentada
sobre la cromatina, carga con GTP la pequeña proteína Ran. RanGTP
agarra la importina β justo a la entrada de la cesta del poro y hace que suelte la carga. La importina β vuelve a
salir con RanGTP, y la importina α con su propio exportador, CAS (exportina 2).
En el lado del citoplasma, RanGAP, sujeta a los filamentos del poro por
RanBP2, hace que Ran gaste su GTP, lo que libera las importinas para otro
viaje, y NTF2 devuelve RanGDP al interior. Ese es el teleférico.
Más historias de importinas, de nuestros artículos con el grupo de Jade Forwood en la Charles Sturt University:
la ORF4b del coronavirus MERS se une a la importina α de una forma poco común, justo donde se uniría NF-κB, otra señal
de alarma (Munasinghe et al., 2022); añadir un fosfato junto a la NLS de
una proteína del citomegalovirus, UL44, hace que se una a la
importina α diez veces menos fuerte (Cross et al., 2024); y la cápside del
virus de la enfermedad del pico y las plumas tiene un brazo que la dirige al núcleo
(página de la estructura).
Un Premio Nobel.Günter Blobel recibió el Premio Nobel de
Fisiología o Medicina de 1999 por descubrir que las proteínas llevan señales que las envían al sitio correcto de la
célula.
Donde el juego hace un poco de trampa
Las proteínas no andan, no esquían ni llevan gorros de lana. En una célula todo se mueve por difusión, a empujones al
azar, y cruzar un poro lleva una minúscula fracción de segundo, no una pista de esquí entera.
El citoplasma está de verdad abarrotado
(crowding macromolecular), pero las proteínas motoras no
atropellan a nadie. Las normas de tráfico son puro Horace.
Una célula no “elige” una importina α: cada carga simplemente se une mejor a las que encajan con su señal, y muchas
cargas pueden usar varias. Las proteínas ribosómicas también pueden viajar con otras importinas, como la transportina.
RanGTP hace que se suelte la carga en la cesta, y luego la carga se las apaña sola hasta el ADN. El juego le presta
tus esquís para ese último tramo.
Una sola SOX2 no abre toda la cromatina del núcleo: los factores pioneros abren sitios concretos. Una pista más
despejada es la manera del juego de darte las gracias.
Hsp70 es una chaperona que ayuda a las proteínas a plegarse y a volver a
plegarse, no una ambulancia. La ambulancia de Horace le costaba dinero; aquí cuesta una vida.
No hay ningún teleférico. Las importinas vuelven a salir por los poros igual que entraron, y el gradiente de Ran, GTP
dentro y GDP fuera, mantiene el tráfico en el sentido correcto.
Viral Vector: arcade de bioquímica
Por una vez, sé tú el virus: infecta células, esquiva anticuerpos y supera a la célula jefe, con un rompecabezas en Fácil o una pregunta de bioquímica en Medio y Difícil.
Volar y esquivarPreguntas y acertijosDesde los 8 años
Las células infectadas sirven de señuelo para los anticuerpos, y eso te da un respiro. Infecta suficientes y aparece una célula
jefe. En Fácil, cada célula jefe es un rompecabezas sobre los virus y nuestras defensas, sin nada que leer; en Medio y
Difícil, hace una pregunta y, si te atascas, puedes jugar un rompecabezas para ganar una pista. Cada nivel trae el
rompecabezas siguiente. Una respuesta incorrecta cuesta una vida; en Medio, acertar sin pista te devuelve una, y en
Difícil no se recuperan vidas.
La ciencia
Eres un virus. Los virus no pueden copiarse por sí solos: entran en una célula huésped y usan su
maquinaria para fabricar nuevas partículas víricas (replicación viral).
La envoltura. Un virus envuelve su genoma en una cubierta de proteína, la cápside, a menudo hecha de muchas copias de
una misma proteína. Con el grupo de Jade Forwood resolvimos la cápside del
virus de la enfermedad del pico y las plumas, que mata loros y
cacatúas: 60 copias de una misma proteína, dispuestas en doce anillos de cinco.
Los anticuerpos. Los anticuerpos son proteínas en forma de Y fabricadas por los linfocitos B. Se unen a un virus
y pueden impedir que entre en las células.
Los rompecabezas. Un virus entra en una célula por un receptor en el que encaja su
espícula: la del SARS-CoV-2 se une a la ACE2. Las células infectadas detectan
el ARN viral con sensores como RIG-I (en inglés), que pasan el mensaje por MAVS e
IRF3 (en inglés) hasta el núcleo, y la célula libera interferón para avisar a sus vecinas;
algunos virus bloquean esa cadena, como el virus Hendra con su proteína W (mira
las proteínas W de los virus Hendra y Nipah con la importina α). Los virus
cambian un poco cada vez que se copian (deriva antigénica), y por eso la
vacuna de la gripe se actualiza cada año; una vacuna enseña al sistema
inmunitario a fabricar anticuerpos antes de que llegue el virus de verdad.
Los receptores no tienen forma de estrella ni de cuadrado, y un virus no cambia de espículas a su antojo: los cambios
vienen de errores de copia (mutaciones), y se extienden los virus que los anticuerpos ya no
reconocen.
Nadie va a buscar las piezas de una cápside: las copias de la proteína se encuentran y encajan solas
(autoensamblaje).
No hay células jefe y, que se sepa, ningún virus ha contestado nunca a una pregunta de bioquímica.
CytoPac: ensamblador de orgánulos
Pilota un kinesina-bot por el citoplasma, monta orgánulos pieza a pieza y llénalos de combustible.
DisparosVolar y esquivarDesde los 6 años
Un guiño a Jetpac (Ultimate Play the Game, 1983) para ZX Spectrum. En lugar de construir un cohete y llenarlo de
combustible, construyes un orgánulo (núcleo, mitocondria, aparato de Golgi, cloroplasto) y le llevas las moléculas
adecuadas, mientras los radicales libres, las proteasas y las toxinas intentan impedírtelo.
La ciencia
Eres una kinesina. Las kinesinas son proteínas motoras que caminan por los microtúbulos, parte
del citoesqueleto de la célula, usando la energía del ATP para transportar cargas
como vesículas y orgánulos. Las plataformas del juego son microtúbulos.
Los orgánulos. El núcleo guarda el ADN de la célula. La
mitocondria fabrica la mayor parte del ATP de la célula, a partir del piruvato, el producto
final de la glucólisis. El aparato de Golgi modifica, clasifica y empaqueta proteínas
en vesículas. El cloroplasto, presente en las células vegetales, capta
la energía de la luz (fotones) en la fotosíntesis.
Un bot nuevo. De vez en cuando pasa flotando un ribosoma. Los ribosomas leen el ARN mensajero y
fabrican proteínas a partir de él (traducción): tócalo y te fabricará una kinesina nueva.
Donde el juego hace un poco de trampa
Las células de verdad no montan los orgánulos a partir de piezas como un cohete de juguete. Las mitocondrias y los
cloroplastos crecen y se dividen, como hacían las bacterias de las que descienden (la teoría
endosimbiótica).
Una kinesina no vuela ni salta. Camina por un microtúbulo sobre sus dos cabezas motoras, un paso de unos 8
nanómetros cada vez, y la mayoría de las kinesinas solo caminan en un sentido (hacia el extremo «más» del
microtúbulo); la dineína lleva la carga en el sentido contrario. Por
desgracia, nadie ha encontrado todavía una kinesina con mochila propulsora.
LeukoChase: carrera por la circulación sanguínea
Corre con un macrófago por una arteria, atraviesa el hígado y vuelve por las venas, disparando proteasas a bacterias y virus.
DisparosCarrerasDesde los 6 años
Un guiño a Deathchase (Micromega, 1983) para ZX Spectrum. En lugar de perseguir a motoristas por un bosque en moto,
persigues patógenos por la sangre como glóbulo blanco, en tres tramos: una arteria, el hígado, y después los riñones
y las venas de vuelta hacia el corazón.
La ciencia
Eres un macrófago, un glóbulo blanco que se come a los microbios por
fagocitosis. Un microbio engullido acaba en un fagosoma, que se fusiona con
lisosomas llenos de enzimas digestivas como las proteasas: los disparos que lanzas. En sentido estricto, los
glóbulos blancos que patrullan la sangre son monocitos, que se convierten en macrófagos cuando salen
del vaso hacia los tejidos.
Los virus están dibujados como una envoltura de proteína con muchas caras (una cápside) y espículas. Para ver una cápside de verdad, mira
el virus de la enfermedad del pico y las plumas, que resolvimos con el grupo de Jade
Forwood: una bola de 60 copias de una misma proteína.
El turbo. Los macrófagos encuentran los problemas siguiendo las quimiocinas, señales químicas liberadas en los focos de
infección (quimiotaxis).
La pared del vaso rota. Las plaquetas acuden a tapar el hueco, el primer paso de la
hemostasia; después, hilos de fibrina convierten el tapón en un coágulo. Un coágulo dentro de una vena es un
trombo.
Los colores. Los glóbulos rojos llevan el oxígeno en la hemoglobina. La sangre rica en oxígeno
de las arterias es de un rojo vivo; la de las venas lleva menos oxígeno y es de un rojo más oscuro (no azul).
El hígado. La sangre del intestino llega al hígado por la vena porta,
con nutrientes, algunas bacterias intestinales y amoniaco, que el hígado convierte en urea en el
ciclo de la urea. El hígado tiene sus propios macrófagos residentes, las células de Kupffer.
Plasmodium, el parásito que causa la malaria, infecta las células del hígado antes de
atacar a los glóbulos rojos.
Refuerzos. De vez en cuando llegan monocitos nuevos de la médula ósea, donde
se fabrican todas las células de la sangre (hematopoyesis). Atrápalos para recuperarte.
Donde el juego hace un poco de trampa
Los glóbulos blancos no van a toda velocidad con la sangre esquivando obstáculos. Ruedan por la pared del vaso, se
paran donde hay un problema y se cuelan en el tejido (diapédesis).
La que corre es la propia sangre, que da la vuelta a todo el cuerpo en más o menos un minuto.
Un macrófago no dispara sus proteasas. Primero se traga el microbio y luego lo digiere por dentro, en el fagosoma,
para que las enzimas no dañen el tejido de alrededor. Mucho menos emocionante de ver, mucho mejor para el tejido.
HemoClimb: reparto de oxígeno
Sé un glóbulo rojo: sube a los pulmones, recoge oxígeno y llévalo hasta una célula que lo necesita.
PlataformasDesde los 6 años
Un guiño a Chuckie Egg (A&F Software, 1983). En lugar de recoger huevos, eres un glóbulo rojo que recoge oxígeno en
los pulmones, arriba de la pantalla, y lo lleva hasta una célula diana, abajo. Los patógenos patrullan las plataformas,
las células hipóxicas intentan robarte el oxígeno, el neumococo y el monóxido de carbono flotan por los pulmones y, igual que en el original, el ascensor te subirá encantado hasta el techo
si no te bajas a tiempo.
La ciencia
Eres un glóbulo rojo (eritrocito), un disco flexible sin núcleo, repleto de unos
270 millones de moléculas de hemoglobina.
¿Por qué cuatro moléculas de oxígeno? Cada molécula de hemoglobina tiene cuatro grupos hemo, y cada uno sujeta un átomo de hierro
que une una molécula de O2. El límite de cuatro del juego equivale a una molécula de hemoglobina.
Recoger y entregar. El oxígeno entra en la sangre en los alvéolos de los pulmones, donde
hay mucho, y se libera en los tejidos que lo necesitan. La hemoglobina suelta el oxígeno con más facilidad donde hay
poco oxígeno y mucho dióxido de carbono y ácido (el efecto Bohr y la
curva de disociación de la hemoglobina (en inglés)). Las células con falta de oxígeno están
hipóxicas.
Peligros en los pulmones. El neumococo (Streptococcus pneumoniae) es una causa frecuente
de neumonía. Al microscopio aparece en parejas (diplococos) dentro de una cápsula, y se tiñe
de morado con la tinción de Gram. El monóxido de carbono, de los gases de los tubos de escape y de las estufas
en mal estado, se une a la hemoglobina más de 200 veces más fuerte que el oxígeno: cada molécula de CO deja un hemo fuera de juego,
y por eso la intoxicación por monóxido de carbono es tan peligrosa.
Adónde va a parar el oxígeno. En las mitocondrias de la célula diana, el oxígeno es la última parada de la
cadena de transporte de electrones: el complejo IV (citocromo c oxidasa)
lo convierte en agua mientras bombea protones que impulsan la síntesis de ATP. Trabajé en la estructura de una
citocromo c oxidasa de tipo caa3, un complejo IV con su propio citocromo c
incorporado: Joseph Lyons la resolvió como doctorando, y yo pesqué los cristales y supervisé el trabajo cristalográfico.
Un clásico de la cristalografía. La hemoglobina fue una de las primeras estructuras de proteínas resueltas por
cristalografía de rayos X, obra de Max Perutz, que compartió el Premio Nobel de Química de 1962 con John Kendrew.
Un glóbulo rojo nuevo. De vez en cuando pasa flotando la eritropoyetina (EPO). Los riñones la liberan
cuando falta oxígeno, y le dice a la médula ósea que fabrique más glóbulos rojos
(eritropoyesis).
Donde el juego hace un poco de trampa
Los glóbulos rojos no trepan, ni saltan, ni cogen el ascensor. El corazón los bombea por todo el cuerpo, y una
vuelta completa dura más o menos un minuto. El ascensor es puro Chuckie Egg.
Un glóbulo rojo lleva muchas más de cuatro moléculas de oxígeno: con unos 270 millones de hemoglobinas que llevan
cuatro cada una, son unos mil millones. Las cuatro del juego son la carga de una sola hemoglobina, para que las
cuentas sean fáciles.
Los glóbulos rojos de verdad viven unos 120 días y después el bazo y el hígado los reciclan: un final más tranquilo
que el techo.
FertiScramble: vida de un espermatozoide
Guía a un espermatozoide por el aparato reproductor femenino hasta el óvulo, y usa las enzimas del acrosoma para entrar.
DisparosVolar y esquivarDesde los 10 años
Basado en un clásico del ZX Spectrum de vuelo por cuevas, que a su vez era un clon del juego de recreativa Scramble (Konami, 1981).
La ciencia
Guías a un espermatozoide por cinco zonas del aparato reproductor
femenino, y cada una empieza con un dato breve sobre lo que pasa allí:
Vagina: ácida, y muchos espermatozoides no sobreviven a ella.
En el óvulo llega la reacción acrosómica. El acrosoma, un capuchón en la parte delantera de la cabeza del espermatozoide, libera enzimas:
la hialuronidasa dispersa la corona radiata (la capa de células foliculares que rodea el óvulo), y la acrosina abre
un camino a través de la zona pelúcida, la cubierta de glicoproteínas del ovocito. Después, las membranas del espermatozoide y del
ovocito se fusionan, y el resultado es un cigoto, la primera célula de un nuevo embrión.
En el cuello uterino y en la trompa de Falopio puedes encontrar un reservorio de espermatozoides: en la vida real, los espermatozoides se guardan en los pliegues del
cuello uterino y en la trompa, y se liberan en oleadas a lo largo de horas o días, y eso te da una vida extra.
Donde el juego hace un poco de trampa
Los espermatozoides no disparan sus enzimas como balas. La reacción acrosómica ocurre una sola vez, cuando el
espermatozoide se encuentra con la cubierta del óvulo, y libera las enzimas de golpe.
Los espermatozoides no hacen el viaje solo nadando: las contracciones del útero y de la trompa de Falopio ayudan a
llevarlos, y el óvulo también se mueve.
Y ningún espermatozoide tiene tres vidas, ni cinco: en la vida real, cada uno tiene un único intento.
Digestive Dive: expedición intestinal
De la boca a la salida en seis etapas: cepilla el azúcar, ayuda a un endoscopio, digiere grasa, leche y proteínas, alimenta a tus bacterias intestinales y saca sana y salva una pieza de construcción que alguien se tragó.
Volar y esquivarExploraciónDesde los 8 años
Un guiño a Scuba Dive (Durell Software, 1983).
Tres de las seis etapas son cuevas para explorar como en el original: buceas desde la superficie, vas a buscar algo
cerca del fondo, lo subes y sales a respirar. Las otras tres son bajadas a toda velocidad por el intestino. En cada
etapa eres alguien distinto: un nanobuceador, un bolo alimenticio, una gota de quimo, una bacteria del intestino y, al
final, una pieza de construcción que se tragó un niño.
Colon: recupera el agua, así que el contenido se vuelve más
firme y el paso más estrecho. Las células caliciformes
fabrican moco, las bolsas (haustras)
se contraen, los movimientos de masa lo empujan todo y algunas bacterias fabrican vitamina
K. En el recto, el esfínter
interno se abre solo, y el
externo espera a que el niño encuentre
un baño.
La mayoría de los objetos pequeños y lisos que se tragan los niños salen solos en pocos días. Una pila de botón, o más
de un imán, es la excepción: ve al hospital enseguida.
Donde el juego hace un poco de trampa
No existen los nanobuceadores (todavía). Los médicos sí sacan objetos tragados con un endoscopio, pero lo manejan
ellos mismos, desde fuera, mientras el niño duerme con anestesia.
El viaje queda reducido a unos minutos. En la vida real, la comida pasa unas horas en el estómago y de uno a tres
días en todo el recorrido.
El quimo no va buscando bicarbonato, bilis ni enzimas: llegan al duodeno y las contracciones del intestino lo
mezclan todo. La lactasa tampoco se gasta; solo puede partir la lactosa a cierta velocidad.
La pepsina no persigue a nadie. Se limita a flotar por ahí cortando proteínas, que ya da bastante miedo.
Nerve Runner: impulso exprés
Un sábado por la mañana en el sistema nervioso de Alex: 17 pantallas del cerebro a la punta de los dedos, cinco tareas en el orden que quieras, ocho medallas Nobel que encontrar y llevar al banquete Nobel, y dos acertijos que resolver.
PlataformasExploraciónPreguntas y acertijosDesde los 8 años
Un guiño a Manic Miner (Bug-Byte, 1983) y a Jet Set
Willy (Software Projects, 1984), con sus escaleras, cuerdas, cintas
transportadoras y suelos que se desmoronan, y a Skool Daze (Microsphere,
1984), cuyos personajes van de un lado a otro y hablan en bocadillos. Eres un impulso
nervioso, y las tareas se hacen en el orden que quieras, como
en Skool Daze. Fuera del camino principal hay ocho medallas Nobel que encontrar y dos acertijos que dan puntos
extra. Si acabas rápido, te llevas una bonificación por rapidez. Las células que hablan, cada una con su trabajo y su
carácter, son un guiño a Érase una vez… la vida
(Il était une fois… la vie, 1987). En Difícil tu ATP se va gastando, como el aire en Manic Miner. La partida se
guarda en tu navegador, para seguir otro día.
La ciencia
Reflejo: los receptores de calor de la punta del dedo, con canales
TRPV1, se disparan con un calor que duele. En la médula
espinal, el asta
dorsal pasa la señal por una
interneurona a las motoneuronas, y la mano se aparta antes de que el
cerebro haya notado nada.
Cómo moverse: un canal de sodio en una puerta se abre y luego
cierra su poro un momento (la inactivación) antes de
poder abrirse otra vez. Esa pausa, el periodo
refractario, es la razón de que un impulso nunca
vuelva atrás. Los nodos de Ranvier te lanzan hacia delante, como en la conducción
saltatoria (del latín saltare, saltar). Las espinas de rosa
de la punta del dedo son justo para lo que sirven los nociceptores.
Más personajes: el caracol cono caza peces con un arpón venenoso, y sus
conotoxinas bloquean los receptores de acetilcolina de la unión
neuromuscular; la toxina de otro caracol cono se convirtió en un analgésico, el
ziconotide. Los operadores de la sala de control muestran el homúnculo
motor: las manos y los labios se llevan la mayor parte de la
corteza motora. Cada vesícula sináptica lleva un
paquete de unas 10 000 moléculas de acetilcolina.
Misiones extra: la médula suprarrenal es un ganglio
simpático convertido en glándula: una señal por los nervios
esplácnicos libera acetilcolina sobre sus células
cromafines, que vierten adrenalina en la sangre. El
hipotálamo es el termostato del cuerpo (termorregulación):
cuando Alex tiene demasiado calor, los nervios simpáticos, que aquí usan acetilcolina, algo poco habitual, encienden
las glándulas sudoríparas, y el sudor refresca la
piel al evaporarse.
Chistes con ciencia dentro, en el espíritu del episodio de la serie sobre las neuronas: el centro de la
tos del tronco del encéfalo hace una votación, porque una neurona de verdad
suma lo que recibe y dispara cuando pasa de un umbral
(sumación); los impulsos corren y chocan entre sí por
la vía corticoespinal; y en el asta dorsal, las encefalinas, los
opioides del propio cuerpo, hacen de policía de tráfico que frena el dolor.
Un impulso nervioso no va del cerebro al intestino y vuelta. Cada uno recorre una sola neurona, en un solo
sentido, y desaparece en unos milisegundos; la neurona siguiente empieza uno nuevo.
Nadie va cargando neurotransmisores de un sitio a otro. Se fabrican y se guardan en la terminación nerviosa que los
libera, y la colina llega allí por la sangre, no en brazos de nadie.
El corazón no pasa de 72 a 130 y vuelta con una sola entrega. También cambia un poco con cada respiración.
Un reflejo de verdad tarda alrededor de una décima de segundo, no una carrera por cuatro pantallas. Si no, Alex
acabaría bien chamuscado.
Un canal de sodio se abre porque cambia el voltaje de la membrana, no con un temporizador, y está abierto alrededor
de un milisegundo, no un segundo y medio. Su tapón es un pequeño bucle de la misma proteína; la imagen de la «bola
con cadena» encaja mejor con algunos canales de potasio.
Los nodos de Ranvier no lanzan nada. El impulso solo parece saltar: la corriente corre deprisa bajo la mielina y
solo hay que regenerarla en cada nodo.
Un botánico diría que las rosas tienen aguijones, no
espinas. A tu dedo le da igual.
El tálamo ve pasar a casi todos los invitados, pero no da banquetes.
El ATP no se acaba en un minuto: el cuerpo fabrica cada día más o menos su propio peso en ATP, reciclando una y otra
vez las mismas moléculas.
Los caracoles cono viven en mares cálidos, no en el brazo de nadie. Si alguna vez te encuentras uno, mira pero no
toques.
No hay sala de control en la corteza motora, y allí nadie lleva auriculares. Pero cada parte del cuerpo sí tiene su
rinconcito.
Nadie sube hasta la piel en una gota de sudor, aunque el viaje sería corto: la glándula está a solo unos milímetros
de profundidad.
Las neuronas no votan, y en el tronco del encéfalo no hay reuniones de comisión. Pero una neurona sí suma las
señales que le dicen que dispare y que se calle, y solo dispara cuando el total basta. Gana la mayoría, más o menos.
Cerebral Explorer: recuperar la memoria
Una aventura de texto sin escribir, dentro del cerebro: explora 36 sitios, del tronco del encéfalo a la corteza, aprende cómo funcionan los sentidos y reconstruye el recuerdo de las llaves de casa perdidas.
ExploraciónEstrategiaPreguntas y acertijosSin prisasDesde los 10 años
Un guiño a Invincible Island (Richard
Shepherd Software, 1983), la aventura de texto de Pete Cooke para ZX Spectrum, en la que se explora una isla, se
examina todo, se reúnen siete pergaminos y se intenta no caer en un pozo. Aquí la isla es un cerebro y no hay que
escribir nada: te mueves con una brújula y eliges qué examinar, coger y usar. Son las 8:05 de una mañana de colegio,
Alex no encuentra las llaves de casa y tienes que reconstruir el recuerdo de dónde acabaron.
Cosas que arreglar. Un ictus, cuya
penumbra todavía se puede salvar si el coágulo se disuelve a
tiempo (fíjate en la cara torcida, la debilidad en un brazo y la dificultad para hablar, y llama al 112); un foco
epiléptico, calmado con
GABA; y una infección
vírica, limpiada por la
microglía. No hace falta arreglarlos para ganar, pero la puntuación
sube.
Donde el juego hace un poco de trampa
Las regiones del cerebro no son salas unidas por pasillos, y nada en el cerebro está tan ordenado como para caber en
un mapa con norte, sur, este y oeste. El mapa es un esquema.
Un recuerdo no son tres trozos bien hechos esperando en tres sitios a que alguien los recoja. Es un patrón de
conexiones repartido por muchas zonas del cerebro, reforzado en las sinapsis y reconstruido un poco cada vez que se
recuerda.
La oxitocina, el GABA y el tPA no se llevan en una bolsa. En la vida real, se liberan donde y cuando hacen falta (o,
en el caso del tPA, lo dan los médicos como medicamento).
Y ni un ejército de exploradores te va a encontrar las llaves. Una buena costumbre (un gancho junto a la puerta)
funciona mejor.
Homeostasis: puesto de mando
Eres el cerebro de un humano que no duerme, vive de comida rápida y no come a mediodía. Mantén el cuerpo en equilibrio durante 30 días.
EstrategiaSin prisasDesde los 10 años
Un guiño a Dictator (DK’Tronics, 1983), el juego de estrategia de Don Priestley para ZX Spectrum. En lugar de mantener
en pie una dictadura, mantienes en pie un cuerpo. No controlas lo que hace tu humano: se pasa noches en vela, come
hamburguesas triples, va al gimnasio y se salta la comida. Cada día decides cómo se las arregla el cuerpo, y tienes unas cuantas hormonas
a las que recurrir, que no vuelven una vez usadas. Aguanta todo lo que puedas.
Las hormonas. La adrenalina, de las glándulas suprarrenales, impulsa la
respuesta de lucha o huida. El cortisol sube la glucosa en sangre y frena el
sistema inmunitario. La insulina, del páncreas, ayuda a las células a captar glucosa. Las endorfinas son
los analgésicos propios del cuerpo. La melatonina, de la glándula pineal, señala la noche y ayuda a ajustar el
ritmo circadiano, el reloj del cuerpo que el jet lag desbarata.
Algunos de los sucesos. Los músculos guardan la glucosa como glucógeno y se quedan cortos en una carrera larga.
Los escalofríos y la grasa parda producen calor cuando hace frío. La alergia al polen es el sistema inmunitario
reaccionando de más ante el polen, con histamina. En altitud, los riñones liberan
eritropoyetina para fabricar más glóbulos rojos. La luz del sol permite a la piel fabricar
vitamina D, y la cafeína te mantiene despierto bloqueando los receptores de adenosina.
Donde el juego hace un poco de trampa
El cuerpo no se queda sin hormonas; las dosis limitadas son una regla del juego, para obligarte a elegir.
La homeostasis de verdad funciona siempre y en todo a la vez, casi siempre sin que nos demos cuenta: el cerebro no
recibe un menú de opciones cada mañana. (Si el tuyo lo recibe, quizá sea hora de tomarte un café y hablarlo con un
médico.)
Beamline Commander: A la caza del cristal
Tu grupo tiene un turno en la línea de luz I04: pesca cristales, congélalos, céntralos en el haz de rayos X, planifica la dosis y resuelve cuatro estructuras, de un fármaco contra el cáncer a un virus de loros, antes de que se acabe el tiempo de haz.
EstrategiaPreguntas y acertijosSin prisasDesde los 12 años
Un guiño a Silent Service (Sid Meier, MicroProse, 1985;
en el ZX Spectrum de la mano de U.S. Gold), el juego de submarinos en el que navegabas con baterías bajo el agua,
salías a superficie a cargarlas con los diésel y te delatabas, cazabas barcos por el periscopio y bajabas hondo y en
silencio cuando los destructores pasaban por encima con sus cargas de profundidad. Aquí el submarino es I04, y te
dedicas a la biología estructural en un grupo que ha conseguido un turno en ella. La cabina abierta es estar «en
superficie»: a salvo, pero sin rayos X. Las caídas del haz, los golpes de calor y las oscilaciones de la órbita son
las cargas de profundidad: cierra el obturador y espera en silencio. La dosis es el profundímetro: cerca de 30 MGy el
cristal cruje, y por encima de 30 MGy cede. Fijar la exposición en vez de la dosis es navegar a ciegas. Cuando algo se
avería, se llama a la guardia de la línea. También hay una biblioteca: los libros buenos ayudan hasta el final del
turno; las novelas son una maravilla, pero no en tiempo de haz. Y el convoy que cazas es una gota llena de cristales,
de los que solo algunos te darán la estructura.
La ciencia
Los rayos X. Un sincrotrón como
Diamond mantiene electrones girando en un
anillo de almacenamiento casi a la velocidad de la luz. En un
ondulador, filas de imanes los hacen ondular y emiten un haz intenso de
rayos X; un monocromador de doble cristal, dos cristales de silicio
refrigerados, escoge una sola energía.
La pesca. Los cristales de proteínas se sacan de su
gota con un diminuto loop de nailon y se sumergen en nitrógeno líquido. Si se congelan deprisa, el agua queda vítrea;
si se congelan despacio, o si la gota se seca, se forma hielo cristalino,
que deja anillos en las imágenes hacia 3,9, 3,7 y 3,4 Å y tapa las manchas de la proteína. Las grietas y los golpes
aumentan la mosaicidad, y los agregados de cristales dan dos redes a la
vez.
La dosis. Los rayos X que difractan vienen con muchos más que se absorben y dañan el cristal. La dosis se mide en
grays, y para cristales de proteínas congelados unos 30 MGy es el
límite experimental, establecido por el grupo de Elspeth Garman
(Owen et al., 2006). Así que primero se hace un cribado con poca dosis
(aquí una cuña de 15° a 1 MGy) y luego se planifica el resto. La dosis que conviene a un conjunto de datos depende de
la resolución a la que difracta el cristal: en I04, unos 5,5, 10 y 16 MGy para 1,3, 1,8 y 2,3 Å, y nunca más de
30 MGy (los datos anómalos se quedan en 10 MGy). Calcular mal la resolución en 0,25 Å cambia la dosis correcta en
torno a un 30 %. Por eso en I04 se fija una dosis objetivo y la exposición se calcula a partir del haz
(RADDOSE-3D hace las cuentas): con el haz por defecto, 10 MGy necesitan
unos 16 s de exposición total con transmisión completa (13 keV). Y se toman 360° completos: cada mancha medida varias
veces.
Demasiado brillante para contar. Los detectores de recuento de fotones pueden perder fotones que llegan demasiado
juntos. Su corrección funciona hasta un límite, el rango fiable; más allá, las manchas más fuertes se cuentan de
menos, y como todas sus copias se cuentan de menos igual, las estadísticas de merging siguen pareciendo excelentes
(Donath et al., 2023). El remedio, que enseñamos en nuestros cursos en
I04: comprobar las manchas más brillantes de la cuña de cribado, bajar la transmisión y alargar la exposición por el
mismo factor. La misma dosis, todos los fotones contados. Puedes probar el modelo interactivo
(eiger-countrate-dose-demo).
Agujas. El daño es local: en un cristal largo, un barrido helicoidal desliza el cristal a lo largo del haz
mientras gira, para que cada parte reciba solo su parte de la dosis. La anchura del haz fija cuántos sitios frescos
caben a lo largo de la aguja.
La simetría. El grupo espacial dice cómo se repite un cristal.
Un cristal simétrico da copias de cada mancha, así que basta con una rotación corta; un cristal
triclínico P 1 no tiene ninguna, necesita una
vuelta completa y, como un solo eje de rotación deja siempre una región ciega, una segunda pasada con otra
inclinación. Una celda unidad enorme, como la de una cápside de virus,
amontona las manchas.
Resolver. Los datos se procesan automáticamente; el
reemplazo molecular coloca un modelo conocido y parecido en el
cristal nuevo, y los átomos se construyen en la
densidad electrónica. En el
borde de absorción de un elemento (7,112 keV para el hierro), sus
átomos dispersan de forma un poco distinta (dispersión anómala),
lo que muestra dónde están. Las diferencias son pequeñas, así que en I04 los datos anómalos se toman con suavidad y
desde varias direcciones: 10 MGy en total, en tres cuñas de 360° con orientaciones χ distintas del goniómetro.
Las cuatro estructuras.
BCL-2 mantiene vivas las células, y algunas células de leucemia fabrican
muchísima. El venetoclax, un fármaco nacido de la investigación en el
WEHI de Melbourne, la bloquea y las células del cáncer mueren. El grupo de
Peter Czabotar resolvió BCL-2 con venetoclax para entender por qué el fármaco deja de funcionar en algunos pacientes
(Birkinshaw et al., 2019).
La proteína de clúster híbrido de Desulfovibrio tiene un clúster
poco común de hierro, azufre y oxígeno; la proteína reducida de D. desulfuricans cristalizó en P 1, y formó parte
de mi tesis (página de la estructura).
Donde el juego hace un poco de trampa
El tiempo de haz avanza a saltos: una revisión de la cabina, un montaje o un conjunto de datos llevan un número fijo
de minutos, y construir el modelo lleva 40. Construir un modelo de verdad lleva días, a veces meses, y mucho más que
un giro y un empujoncito.
Los anillos de almacenamiento son muy estables: la realimentación mantiene el haz en su sitio al micrómetro, y cuando
algo va mal la línea cierra sola su obturador. Lo de guardar silencio es puro submarino.
Los dewars de los robots suelen rellenarse solos, y los pucks de verdad llevan 16 cristales, no 4.
La comprobación de la tasa de recuento usa en realidad un percentil alto de los recuentos de los píxeles de las
manchas fuertes, comparado con el rango fiable guardado en el fichero de datos; el juego reduce cada cristal a un solo
número de brillo.
En el juego, la tasa de dosis sube sin más con el cuadrado de lo que se reduce el haz, y las manchas dejan de
solaparse en cuanto la distancia del detector en milímetros supera la arista de la celda en ångströms. Las lentes,
los haces y las manchas de verdad son más complicados, y para eso están RADDOSE-3D y mucha geometría.
Una sola pasada de un cristal P 1 da a menudo más del 90 % de completitud; el juego agranda la región ciega, para que
la segunda pasada cuente.
Las averías de verdad son más raras que en el juego, y la guardia no siempre lo arregla todo en un cuarto de hora.
Pero coge el teléfono en mitad de la noche.
Leer Cristalografía para Dummies en 40 minutos no le da a nadie manos más firmes en el microscopio. La práctica sí
(y los libros también ayudan).
El café no acelera las manos de nadie exactamente lo mismo con cada taza. Probablemente.
Rata de laboratorio: Fábrica de proteínas
Del doctorado a dirigir un grupo: convierte un gen en cristales para la línea I04 de Diamond, con una muestra de SAXS para la B21 y rejillas para eBIC por el camino; atrévete con las proteínas de membrana en el postdoc; y luego dirige tu propio laboratorio durante cinco años. Ayudas, material, personas y vendedores cuyas gangas a veces son de verdad.
EstrategiaPreguntas y acertijosSin prisasDesde los 12 años
Un guiño a cuatro juegos del ZX Spectrum. Millionaire
(John Hunt, Incentive Software, 1984) te ponía a escribir y vender juegos desde tu cuarto con 500 libras: repartías
20 puntos entre programación, presentación, ideas originales e interés para el jugador, mirabas las ventas cada mes, y
Honest Harry ofrecía negocios que podían ser gangas o líos. Cookie
(Ultimate Play the Game, 1983) tenía a Charlie, el cocinero, mandando ingredientes fugitivos a un cuenco mientras un
monstruo de la basura echaba porquería dentro. Aquí empiezas el doctorado: los 20 puntos van a las etapas de poyata en
las que te gustaría tener ayuda, el mes acaba con un informe, tu rincón de una poyata compartida acaba siendo el mejor
sitio del laboratorio, y los vendedores (Toño de las Puntas y compañía) son primos de Honest Harry. El medio de
cultivo es el cuenco. Y como en Silent Service (Sid
Meier, MicroProse, 1985), el juego de submarinos detrás de Beamline Commander, te
mueves entre las salas del laboratorio (poyata, despacho, catálogo, biblioteca, cocina) como un capitán entre los
puestos de un submarino. La jefatura de grupo añade Football Manager
(Kevin Toms, Addictive Games, 1982): una plantilla con valoraciones y energía, cambios al final de cada temporada,
fichajes y cuentas que cuadrar. Aquí la plantilla es tu laboratorio, y no se vende ni se despide a nadie.
Termina el doctorado (cristales entregados, en cualquier nivel) y se abre el postdoc: un laboratorio mejor equipado
en una universidad mejor (un instituto puntero, después de un doctorado brillante), un contrato de tres años y una
proteína de membrana. Acaba con una entrevista para una plaza de profesorado: con cristales y un artículo tuyo llegas
ante el tribunal (en Medio, después de dos proteínas de postdoc; en Difícil, de tres), y las respuestas correctas te
dan la plaza. Cada etapa terminada queda en tu historial; otro doctorado, o el postdoc, empieza con los trucos que
aprendiste y los libros que leíste, nunca con el material. Termina un postdoc y se abre la jefatura de grupo: cinco
años con tu propio laboratorio en un instituto de nombre sospechosamente familiar, un paquete de arranque que depende
de cómo fue el postdoc (quizá dirigiendo el departamento), y un equipo que montar. Cada persona tiene nueve puntos
fuertes (creatividad, ideas nuevas, mano en la poyata, análisis, escritura, resolución, docencia, trabajo en equipo,
comunicación), cada uno con su propio techo (nadie se convierte en superhéroe), y además energía, bienestar,
concentración y un vínculo con el laboratorio. Contratas con anuncios o fichas estrellas emergentes de laboratorios
rivales, pones a la gente en los proyectos que encajan con sus puntos fuertes, tienes charlas a solas con regularidad
(sin ellas, la gente se descentra; con ellas, se queda, aunque un rival ofrezca más), emparejas a doctorandos con
mentores de carácter compatible, haces promesas que más te vale cumplir, negocias sueldos al renovar, lees el informe
mensual de la gerencia del laboratorio, mandas a la gente a cursos y aplaudes cuando se van a puestos mejores. Rico
Mbinante vende redactores de solicitudes «garantizados» y contratos de mantenimiento baratos, y Pepe Tapagujeros manda
doctorandos y postdocs a precio de saldo, sin verlos antes. Las ayudas pagan los sueldos, las charlas invitadas se
convierten en conferencias de apertura, y vienen a buscarte institutos más imponentes. Cada año la junta del instituto
fija objetivos (artículos, ayudas, entregas a las líneas de luz, un equipo a gusto), y al final de los cinco años un
comité de evaluación los revisa: una nota suficiente (y un artículo) te deja seguir con el laboratorio; si se cumplen
pocos objetivos, o pasas tres meses hasta el cuello de deudas, cierra. Las ideas de proyectos vienen de tu equipo, de
la gente que conoces, de antiguos miembros del laboratorio y de las máquinas nuevas, y algunas llegan con un rival que
te echa una carrera hasta el artículo. Los proyectos necesitan el material adecuado (sin él, el equipo lo pide
prestado, despacio), y un microscopio confocal o una medida de unión puede llevar un artículo a una revista de primera.
Cada semana eliges un plan: la poyata con el equipo (un momento práctico tuyo), una semana de escritura, reuniones, o
la carta de la semana (un seminario, un tribunal de ayudas, Contabilidad). Una vez en cinco años algo grande sale mal
(un recorte, una inundación, una nueva dirección de departamento egoísta, una filtración), y a veces algo grande sale
bien. Después de cada charla, en el postdoc o al frente del grupo, llega el turno de preguntas (una fácil, una media y
una difícil), y luego la cena del congreso, donde una noche larga en la barra puede enseñarte un secreto, costarte uno
o acabar en romance. Tú eliges quién es tu rata de laboratorio: ella, él o neutro (sin palabras con género).
Como en un laboratorio de verdad, un doctorando no lleva las ayudas grandes: ayudas a tu directora de tesis a escribir
las suyas (una parte llega a tu proyecto) y a un postdoc con una solicitud de equipamiento (la máquina que traiga
también la puedes usar), y de vez en cuando alguien más del doctorado te pide una mano, y eso puede acabar en un
artículo con tu nombre. Los laboratorios también son personas: una mala racha, un flechazo en el laboratorio, una
discusión por un sitio en la poyata, un error que nadie vio. Hablar con alguien, pedir las cosas con buenos modos y
reconocer los errores siempre ayuda, y la biblioteca tiene un libro (un poco tonto) para cada caso.
En el doctorado se llevan pósteres a los congresos (uno bueno puede ganar el premio); en el postdoc se dan charlas
cortas, se escriben más artículos, se entra en la asociación de postdocs, y se puede pagar a un técnico un par de meses
cuando falta más tiempo que dinero. Las cosas pequeñas se acaban (geles prefabricados, células competentes de las
buenas, suplementos de autoinducción), así que vigila la balda. Los niveles más difíciles valen más: la reputación
llega más rápido y los puntos finales cuentan más. En el postdoc también puedes probar rejillas de crio-EM y entender
por qué una proteína de membrana pequeña es trabajo para los cristales. Los artículos van sumando citas mes a mes (las
ventas de Millionaire), una nota de prensa puede conseguir una entrevista en un periódico o en la tele, y las
jornadas de puertas abiertas y las actividades sobre profesiones solo cuestan tiempo.
La clonación. Una PCR copia el gen, unas
enzimas de restricción lo cortan, igual que a un vector, y el
nuevo plásmido entra en E. coli. Las colonias que crecen con
ampicilina lo llevan, salvo las diminutas colonias satélite de alrededor,
que viven donde la colonia grande ha destruido el antibiótico. El plásmido se recupera con una miniprep (antes, con
fenol-cloroformo) y se secuencia.
El cultivo y la expresión. El medio LB (triptona, extracto de
levadura, sal) va al autoclave; después, los bichos solo pueden entrar de
fuera. La curva de crecimiento tiene una fase de latencia, una fase
exponencial y una meseta, y el IPTG enciende el
gen a través del operón lac. Si se fabrica demasiado deprisa, la proteína
se pliega mal y acaba en cuerpos de inclusión.
Los cristales. La cristalización de proteínas por
difusión de vapor: cribados de condiciones, hits, optimización, y la congelación con un crioprotector para la línea de
luz. La selenometionina en lugar de la metionina añade una señal que
ayuda a resolver la estructura, y una serie cuidadosa de concentraciones en un tampón a juego da una muestra para
SAXS.
La otra proteína del postdoc. DgkA, una diacilglicerol quinasa
de la membrana interna de E. coli: 121 aminoácidos, tres cadenas que trabajan juntas y pasan un fosfato del ATP a
un lípido. Su camino en el juego es el publicado: el gen hecho por encargo en el vector pTrcHisB, mutaciones
estabilizadoras (el Δ4 termoestable y el Δ7 diseñado), el lisado de las células solubilizado en el detergente
Empigen BB y cambiado a decil maltósido en una columna de níquel, y por fin cristales en la fase cúbica lipídica con
7.8 MAG a 4 °C, que tardaron semanas en crecer (Li et al., Nature, 2013). El
reemplazo molecular falló, así que las fases salieron de la
selenometionina. Más tarde, un empapado con un análogo de ATP no
hidrolizable y zinc la pilló a mitad de reacción (Li et al., Nature Communications,
2015). David formó parte del equipo de los dos artículos, en la parte de
cristalografía: mira DgkA.
Los receptores del postdoc. Dos
receptores acoplados a proteínas G (GPCR), la familia
detrás del Premio Nobel de Química de 2012 de
Robert Lefkowitz y
Brian Kobilka: siete hélices que cruzan la membrana, un bolsillo para
el fármaco que cambia de forma, y bucles flojos que complican los cristales. Los dos se producen en células de insecto
(Sf9) infectadas con un baculovirus
que lleva el gen. El receptor adrenérgico β2 sigue el
artículo de 2011: lisozima del fago T4 metida en su tercer bucle, el flojo,
el cambio H93C para que un agonista diseñado se agarre para siempre, una
columna de anticuerpo y una columna de alprenolol, y luego cristales minúsculos en monooleína con colesterol
(Rosenbaum et al., Nature, 2011); con el carazolol, un
agonista inverso, repites una estructura anterior. David es uno de
los autores del artículo de 2011: mira β2AR. El
receptor adrenérgico β1 del pavo se hace antes más
robusto: un escaneo de alanina de 318 mutantes en E. coli, cada
uno calentado y probado para ver si aún unía un fármaco, y los seis mejores juntos, 21 °C más estable
(Serrano-Vega et al., PNAS, 2008); luego células de insecto y cristales
en detergente por difusión de vapor (Warne et al., Nature, 2008), el trabajo
de los grupos de Chris Tate y Gebhard Schertler en el MRC Laboratory of Molecular Biology.
Los proyectos grandes, más adelante en los cinco años: los venenos de los animales peligrosos de Australia, entre
ellos el péptido de una araña de tela en embudo que protege el cerebro tras un ictus en ratas
(Chassagnon et al., PNAS, 2017); una
PETasa más rápida, la enzima comeplásticos estudiada en las líneas de MX de
Diamond: su estructura en la I23, la I03 y la I04 (Austin et al., PNAS, 2018),
la «superenzima» PETasa–MHETasa en la I03 (Knott et al., PNAS, 2020) y
la HotPETasa, evolucionada para trabajar a 70 °C, en la I03, la I04 y la I04-1
(Bell et al., Nature Catalysis, 2022); enzimas contra las mareas
negras; un fármaco contra los temibles henipavirus; que los antibióticos
vuelvan a funcionar frente a las betalactamasas y las bombas;
fármacos contra el cáncer y la gripe diseñados a partir de estructuras, como el
venetoclax y el oseltamivir
(Tamiflu); y enzimas que hacen química en agua, a temperatura ambiente.
El material del grupo. Como el de un laboratorio de proteínas de membrana: una sala de células de insecto, un
robot de LCP y el LCP-FRAP (se
fotoblanquea un punto de proteína fluorescente en la fase cúbica: si vuelve a brillar, la proteína puede cristalizar
ahí), la FSEC, un congelador por inmersión y un robot de rejillas para la crio-EM, la
expresión libre de células para las proteínas que matan a
su hospedador; y para el artículo, un microscopio confocal (adónde
va la proteína en la célula), la SPR (con qué fuerza se
une) y la fotometría de masas (cuántas copias se pegan entre sí).
Abrir las placas. Los cristales en fase cúbica lipídica crecen sellados entre dos láminas de vidrio. Para
cosecharlos se rayan dos círculos en el cubreobjetos alrededor del pocillo, se rompe el vidrio entre ellos y se
levanta el disco con unas pinzas; los cristales se pescan de la mesofase pegajosa con un lazo pequeño y van directos
al nitrógeno líquido, sin crioprotector (Li, Boland, Aragão, Walsh y Caffrey, JoVE,
2012, un protocolo en vídeo).
Donde el juego hace un poco de trampa
La etiqueta. Empiezas con la proteína nativa y tres columnas, y la cola de histidinas te la ganas más tarde. La
UgpG de verdad tenía cola de histidinas desde el principio: una columna de níquel y una de desalado, y el Bradford
para medirla.
Los sitios de restricción. La UgpG de verdad se clonó con BamHI y HindIII; los motivos del juego para no usar
EcoRI o NotI son inventados.
La carga de UgpG. La pista del juego sobre qué columna de intercambio iónico usar sale de un pI inventado para el
juego, no de uno medido.
Precios y tiempos. Los precios del material, las cantidades de las ayudas y casi todos los tiempos son números
redondos de juego. El material de verdad es más caro, y las ayudas de verdad tardan más.
La luz polarizada. En el juego, los cristales de sal se iluminan y los de proteína casi nada. La realidad es menos
ordenada: muchos cristales de proteína también brillan entre polarizadores cruzados, y los cristales de sal cúbicos no.
La optimización. Emparejar un método con un tipo de cristal funciona aquí mucho más limpio que en una poyata de
verdad, donde los cristalógrafos lo prueban casi todo y tienen el cuaderno siempre a mano.
La autoinducción. Los medios de autoinducción de verdad (las recetas de F. William Studier) son más ricos que el LB
con tres azúcares encima; el juego se queda con el LB y añade los azúcares en un solo bote.
Las rejillas. La revisión de rejillas de verdad mira cientos de cuadrados y luego los agujeros de dentro; el juego
enseña un solo atlas y cuatro elecciones. Desde entonces se han resuelto proteínas pequeñas por crio-EM, con trucos
(fusiones, fragmentos de anticuerpo).
El replegamiento. Como en el artículo de 2009, AlgE pasa a urea 8 M y se añade gota a gota a un tampón con
detergente, pero el artículo antes pasaba una columna de níquel en urea, y luego agitaba las gotas toda la noche a
37 °C: replegar de verdad lleva una noche, no medio minuto.
Los detergentes. El juego ofrece tres y uno es el bueno. Los laboratorios de verdad criban muchos, y el
Triton X-100 tiene sus fans.
La fase cúbica. Mezclar de verdad lleva unos cien pasos; el juego cuenta un par de docenas. Además, sus jeringas se
calientan mucho más rápido que las de verdad, para que el hielo tenga su momento. El lado frío es real: por debajo de
unos 18 °C la monooleína se va volviendo cerosa, que es una de las razones por las que las placas de DgkA en la cámara
fría usaban un lípido más corto, el 7.8 MAG.
Abrir las placas. Un pocillo de verdad tarda más de medio minuto en abrirse, y un cortavidrios se desafila después
de unos diez.
Los genes y el tiempo de DgkA. En el juego los genes llegan ya en el vector; el artículo dice que se hicieron por
encargo y se clonaron en él, sin decir quién. Sus cristales tardaron de 45 a 60 días en la cámara fría; el juego lo deja
en unas seis semanas.
Membranas o cuerpos de inclusión. Cuánta AlgE va a cada sitio a cada temperatura es un número de juego.
Los receptores. El artículo del β2AR fue una colaboración entre varios laboratorios, entre ellos los de Brian
Kobilka y Martin Caffrey; en el juego haces tú cada paso. El barrido tiene 40 pocillos en lugar de 318, y el fármaco
radiactivo se ve como un brillo. Los recuentos de células, la infección y los días de cosecha son números de juego:
los métodos de los artículos no los dan. Las células Sf9 de verdad tardan más o menos un día en duplicarse, más
despacio que en el juego.
El laboratorio del grupo. Los institutos, los jefes de grupo rivales y el equipo son inventados, y sus nombres son
bromas. Los proyectos avanzan por semanas de trabajo repartidas entre quienes están en ellos, que es algo muy lejano a
cómo avanza de verdad la ciencia, y las ayudas se deciden mucho más rápido que las de verdad. Las ideas de proyectos
(la enzima favorita de un calcetín que huele mal, la masa madre inmortal del laboratorio) son sobre todo para pasarlo
bien, y una máquina no hace de verdad que un artículo sea el doble de famoso. Que te pisen el artículo pasa, pero
rara vez por una sola noche larga en la barra de un congreso.
Nuclear Slalom: corsa dell'importina
Sei l'importina β: attraversa un citoplasma pieno di traffico, scegli l'importina α giusta per ogni carico, scendi sciando attraverso un poro nucleare fino al DNA e risali in funivia. Quattro ordini, dalla costruzione dei ribosomi alla lotta contro un virus.
CorseQuiz ed enigmiDai 8 anni
Un omaggio a Horace Goes Skiing
(William Tang, Beam Software, 1983), fatto a Melbourne, in cui Horace
attraversava una strada trafficata per noleggiare gli sci e poi affrontava una pista di slalom. Qui la strada è il
citoplasma, largo due schermi, e il traffico è quello della cellula stessa: proteine motrici che trascinano vescicole
sui loro binari, ribosomi, mitocondri, proteasomi e, più avanti, virus. La pista scende attraverso un poro nucleare
dentro il nucleo, e la funivia ti riporta su. Ci sono quattro ordini, ognuno con un carico diverso e un modo diverso di
entrare, e quello che fa ogni carico cambia il resto del gioco.
La scienza
Sei l’importina β, un corriere che porta le proteine dentro il
nucleo. È una catena lunga e arricciata di circa 19
ripetizioni HEAT, ognuna una coppia di eliche, ed è così che il gioco la
disegna.
L’importina α è l’adattatore. Molti carichi portano un piccolo “codice postale”, un
segnale di localizzazione nucleare (NLS). Il primo
scoperto è stato PKKKRKV, nell’antigene T grande di SV40.
L’importina α lo legge con una mezzaluna di dieci ripetizioni armadillo (ARM),
di tre eliche ciascuna; l’NLS si distende lungo il solco all’interno della curva (le eliche dorate nel gioco mostrano
dove si lega ogni carico). L’altra estremità, il dominio IBB, si allunga fino all’importina β.
Importine α diverse per lavori diversi. Gli esseri umani hanno diverse importine α, con nomi notoriamente
ingarbugliati (l’importina α1 è codificata dal gene KPNA2, l’α3 da KPNA4, l’α5 da KPNA1). Alcuni carichi ne
preferiscono una, quindi nel gioco scegli tu:
una proteina ribosomiale non ha bisogno di adattatore:
l’importina β la afferra direttamente (Jäkel e Görlich, 1998). I
ribosomi, con circa 80 proteine ciascuno, si assemblano nel nucleolo. Nel
gioco, più ribosomi vogliono dire una nuova importina β: una vita in più;
SOX2, un fattore pioniere che
sa aprire la cromatina molto compatta e tiene attive le
cellule staminali neurali, ha due NLS che insieme coprono nove
delle dieci ripetizioni ARM dell’importina α3, il che spiega perché preferisce l’α3
(Jagga et al., 2021). Nel gioco apre la cromatina, e la pista diventa
più libera;
la proteina W del virus Hendra si lega all’importina α3 con una
superficie più ampia e più di 50 volte più forte che all’importina α1
(Smith et al., 2018; vedi anche la
pagina della struttura). Una volta nel nucleo, W blocca i segnali che
accendono l’interferone, l’allarme antivirale della cellula
(Shaw et al., 2005). Nel gioco l’allarme si spegne e i virus si
moltiplicano;
STAT1 si attiva quando l’interferone delle cellule vicine raggiunge il
recettore della cellula e le chinasi JAK le aggiungono fosfati. Due
STAT1 fosforilate si appaiano e vengono portate dentro dall’importina α5, non dall’importina α1
(Sekimoto et al., 1997), grazie a un segnale insolito vicino alla fine
delle ripetizioni ARM. Dentro, accendono i
geni stimolati dall’interferone. Anche le proteine W degli
henipavirus si legano a STAT1 e la trattengono nel nucleo
(Shaw et al., 2004): sono le cose rosse e spinose dell’ultima
discesa.
Il poro. Un complesso del poro nucleare è un anello di circa
1000 molecole di proteine di una trentina di tipi di nucleoporina, che
pesa circa 120 MDa, incastonato nella doppia membrana dell’involucro nucleare. Il suo canale è pieno di ripetizioni FG
flessibili (fenilalanina–glicina) che tengono fuori le molecole grandi, a meno che non le porti un’importina:
l’importina si lega alle ripetizioni FG mentre scivola attraverso (le tue bandierine FG). Ogni poro regge fino a
1000 passaggi al secondo.
Che cosa lo rende a senso unico: Ran. Nel nucleo, RCC1, seduta sulla
cromatina, carica di GTP la piccola proteina Ran. RanGTP afferra
l’importina β appena dentro il canestro del poro e le fa lasciare il carico. L’importina β torna fuori con RanGTP, e
l’importina α con il suo esportatore, CAS (esportina 2). Dal lato del
citoplasma, RanGAP, tenuta sui filamenti del poro da
RanBP2, fa consumare a Ran il suo GTP, liberando le importine per un altro
viaggio, e NTF2 riporta dentro RanGDP. Ecco la funivia.
Altre storie di importine, dai nostri articoli con il gruppo di Jade Forwood alla Charles Sturt University: la
ORF4b del coronavirus MERS si lega all’importina α in modo insolito, proprio dove si legherebbe NF-κB, un altro
segnale d’allarme (Munasinghe et al., 2022); aggiungere un fosfato
accanto all’NLS di una proteina del citomegalovirus, UL44, la fa
legare all’importina α dieci volte meno forte (Cross et al., 2024); e il
capside del virus della malattia del becco e delle penne ha un braccio che lo indirizza al nucleo
(pagina della struttura).
Un premio Nobel.Günter Blobel ha vinto il premio Nobel per
la medicina del 1999 per aver scoperto che le proteine portano segnali che le mandano nel posto giusto della cellula.
Dove il gioco bara un po’
Le proteine non camminano, non sciano e non portano berretti di lana. In una cellula tutto si sposta per diffusione,
a spintoni a caso, e attraversare un poro richiede una minuscola frazione di secondo, non un’intera pista da sci.
Il citoplasma è davvero affollato
(affollamento macromolecolare), ma le proteine motrici non
investono nessuno. Il codice della strada è puro Horace.
Una cellula non “sceglie” un’importina α: ogni carico si lega semplicemente meglio a quelle adatte al suo segnale, e
molti carichi ne possono usare diverse. Le proteine ribosomiali possono anche viaggiare con altre importine, come la
transportina.
RanGTP fa lasciare il carico nel canestro, e poi il carico arriva al DNA da solo. Il gioco gli presta i tuoi sci per
quell’ultimo tratto.
Una sola SOX2 non apre tutta la cromatina del nucleo: i fattori pionieri aprono punti precisi. Una pista più libera è
il modo del gioco per dire grazie.
Hsp70 è una chaperone che aiuta le proteine a ripiegarsi e a ripiegarsi di
nuovo, non un’ambulanza. L’ambulanza di Horace gli costava soldi; qui costa una vita.
Non c’è nessuna funivia. Le importine tornano fuori dai pori come sono entrate, e il gradiente di Ran, GTP dentro e GDP
fuori, tiene il traffico nella direzione giusta.
Viral Vector: arcade di biochimica
Per una volta fai tu il virus: infetta le cellule, schiva gli anticorpi e supera la cellula boss, con un rompicapo in Facile o una domanda di biochimica in Medio e Difficile.
Volare e schivareQuiz ed enigmiDai 8 anni
Le cellule infettate fanno da esca per gli anticorpi, e questo ti dà un attimo di respiro. Infettane abbastanza e compare una
cellula boss. In Facile, ogni cellula boss è un rompicapo sui virus e sulle nostre difese, senza niente da leggere; in
Medio e Difficile, fa una domanda e, se non lo sai, puoi giocare un rompicapo per avere un indizio. Ogni livello porta il
rompicapo successivo. Una risposta sbagliata costa una vita; in Medio, una risposta giusta senza indizio te ne restituisce
una, e in Difficile non si recuperano vite.
La scienza
Sei un virus. I virus non sanno copiarsi da soli: entrano in una cellula ospite e ne usano il
macchinario per produrre nuove particelle virali (la replicazione virale).
Il guscio. Un virus avvolge il suo genoma in un guscio proteico, il capside, spesso costruito da molte copie di
una sola proteina. Con il gruppo di Jade Forwood abbiamo risolto il capside del
virus della malattia del becco e delle penne, che uccide pappagalli e
cacatua: 60 copie di una sola proteina, disposte in dodici anelli da cinque.
Gli anticorpi. Gli anticorpi sono proteine a forma di Y prodotte dai linfociti B. Si legano a un virus
e possono impedirgli di entrare nelle cellule.
I rompicapi. Un virus entra in una cellula attraverso un recettore in cui entra la
sua spicola: quella di SARS-CoV-2 si lega all’ACE2. Le cellule infettate riconoscono l’RNA virale con
sensori come RIG-I (in inglese), che passano il messaggio attraverso MAVS e IRF3 (in
inglese) fino al nucleo, e la cellula rilascia interferone per avvisare le vicine; alcuni virus
bloccano questa catena, come il virus Hendra con la sua proteina W (vedi
le proteine W dei virus Hendra e Nipah con l’importina α). I virus cambiano
un po’ ogni volta che si copiano (deriva antigenica, in inglese), ed è per questo che il
vaccino antinfluenzale viene aggiornato ogni anno; un vaccino insegna al
sistema immunitario a produrre anticorpi prima che arrivi il virus vero.
I recettori non hanno la forma di stelle o quadrati, e un virus non cambia spicole a piacere: i cambiamenti vengono da
errori di copia (mutazioni), e si diffondono i virus che gli anticorpi non riconoscono più.
Nessuno va a prendere i pezzi di un capside: le copie della proteina si trovano e si incastrano da sole
(auto-assemblaggio).
Non esistono cellule boss e, per quanto ne sappiamo, nessun virus ha mai risposto a una domanda di biochimica.
CytoPac: assemblatore di organelli
Pilota un kinesina-bot nel citoplasma, costruisci organelli pezzo per pezzo e riforniscili di carburante.
SparatuttoVolare e schivareDai 6 anni
Un omaggio a Jetpac (Ultimate Play the Game, 1983) per ZX Spectrum. Invece di costruire un razzo e riempirlo di
carburante, costruisci un organello (nucleo, mitocondrio, apparato di Golgi, cloroplasto) e gli porti le molecole
giuste, mentre radicali liberi, proteasi e tossine cercano di fermarti.
La scienza
Sei una chinesina. Le chinesine sono proteine motrici che camminano lungo i microtubuli, parte
del citoscheletro della cellula, usando l’energia dell’ATP per trasportare carichi come
vescicole e organelli. Le piattaforme del gioco sono microtubuli.
Gli organelli. Il nucleo custodisce il DNA della cellula. Il
mitocondrio produce la maggior parte dell’ATP della cellula, a partire dal piruvato, il prodotto
finale della glicolisi. L’apparato di Golgi modifica, smista e impacchetta le proteine
in vescicole. Il cloroplasto, presente nelle cellule vegetali, cattura
l’energia della luce (i fotoni) nella fotosintesi.
Un nuovo bot. Ogni tanto passa un ribosoma. I ribosomi leggono l’RNA messaggero e
ne costruiscono proteine (la traduzione): toccalo e ti fabbrica una nuova chinesina.
Dove il gioco bara un po’
Le cellule vere non costruiscono gli organelli da pezzi come un razzo in kit. Mitocondri e cloroplasti crescono e si
dividono, un po’ come facevano i batteri da cui discendono (la teoria
endosimbiotica).
Una chinesina non vola e non salta. Cammina lungo un microtubulo sulle sue due teste motrici, un passo di circa 8
nanometri alla volta, e quasi tutte le chinesine camminano in un solo verso (verso l’estremità «più» del
microtubulo); la dineina trasporta il carico nel verso opposto. Purtroppo
nessuno ha ancora trovato una chinesina con il jetpack.
LeukoChase: corsa nella circolazione sanguigna
Corri con un macrofago lungo un'arteria, attraverso il fegato e di ritorno nelle vene, sparando proteasi contro batteri e virus.
SparatuttoCorseDai 6 anni
Un omaggio a Deathchase (Micromega, 1983) per ZX Spectrum. Invece di inseguire motociclisti in una foresta in moto,
insegui patogeni nel sangue nei panni di un globulo bianco, in tre tratti: un’arteria, il fegato, poi i reni
e le vene di ritorno verso il cuore.
La scienza
Sei un macrofago, un globulo bianco che mangia i microbi per
fagocitosi. Un microbo inghiottito finisce in un fagosoma, che si fonde con
i lisosomi, pieni di enzimi digestivi come le proteasi: i colpi che spari. A rigore, i
globuli bianchi che pattugliano il sangue sono monociti, che diventano macrofagi quando lasciano
il vaso per i tessuti.
I virus sono disegnati come un guscio proteico a molte facce (un capside) con le spine. Per un capside vero, vedi
il virus della malattia del becco e delle penne, che abbiamo risolto con il
gruppo di Jade Forwood: una sfera di 60 copie di una sola proteina.
Il turbo. I macrofagi trovano i guai seguendo le chemochine, segnali chimici rilasciati nei punti
d’infezione (la chemiotassi).
La parete del vaso lacerata. Le piastrine accorrono a tappare la falla, il primo passo
dell’emostasi; poi i filamenti di fibrina trasformano il tappo in un coagulo. Un coagulo dentro una vena è un
trombo.
I colori. I globuli rossi trasportano l’ossigeno sull’emoglobina. Il sangue ricco di
ossigeno delle arterie è rosso vivo; il sangue delle vene porta meno ossigeno ed è rosso più scuro (non blu).
Il fegato. Il sangue dell’intestino arriva al fegato attraverso la vena porta,
portando nutrienti, qualche batterio intestinale e ammoniaca, che il fegato trasforma in urea nel
ciclo dell’urea. Il fegato ha i suoi macrofagi residenti, le cellule di Kupffer.
Il Plasmodium, il parassita che causa la malaria, infetta le cellule del fegato prima di
attaccare i globuli rossi.
Rinforzi. Ogni tanto arrivano monociti freschi dal midollo osseo, dove
si formano tutte le cellule del sangue (l’ematopoiesi). Prendili per recuperare.
Dove il gioco bara un po’
I globuli bianchi non sfrecciano con il sangue schivando ostacoli. Rotolano lungo la parete del vaso, si fermano
dove c’è un problema e si infilano nel tessuto (extravasazione
leucocitaria). A sfrecciare è il sangue stesso, che fa
il giro di tutto il corpo in circa un minuto.
Un macrofago non spara le sue proteasi. Prima inghiotte il microbo e poi lo digerisce all’interno, nel fagosoma,
così gli enzimi non danneggiano il tessuto intorno. Molto meno spettacolare da guardare, molto meglio per il
tessuto.
HemoClimb: consegna di ossigeno
Sii un globulo rosso: sali ai polmoni, prendi l'ossigeno e portalo giù a una cellula che ne ha bisogno.
PiattaformeDai 6 anni
Un omaggio a Chuckie Egg (A&F Software, 1983). Invece di raccogliere uova, sei un globulo rosso che raccoglie ossigeno
nei polmoni in cima allo schermo e lo porta giù a una cellula bersaglio in fondo. I patogeni pattugliano le piattaforme,
le cellule ipossiche cercano di rubarti l’ossigeno, pneumococchi e monossido di carbonio vagano nei polmoni e, proprio come nell’originale, l’ascensore ti porterà
volentieri a schiantarti contro il soffitto se non scendi in tempo.
La scienza
Sei un globulo rosso (eritrocita), un disco flessibile senza nucleo, pieno di circa
270 milioni di molecole di emoglobina.
Perché quattro molecole di ossigeno? Ogni molecola di emoglobina ha quattro gruppi eme, ognuno con un atomo di ferro
che lega una molecola di O2. Il limite di quattro del gioco corrisponde a una molecola di emoglobina.
Caricare e scaricare. L’ossigeno entra nel sangue negli alveoli polmonari, dove ce n’è
in abbondanza, e viene rilasciato nei tessuti che ne hanno bisogno. L’emoglobina cede l’ossigeno più facilmente dove l’ossigeno è
scarso e anidride carbonica e acidità sono alte (l’effetto Bohr e la
curva di dissociazione dell’emoglobina (in inglese)). Le cellule a corto di ossigeno sono
ipossiche.
Pericoli nei polmoni. Lo pneumococco (Streptococcus pneumoniae) è una causa comune
di polmonite. Al microscopio si presenta a coppie (diplococchi) dentro una capsula, e con la colorazione di Gram
si colora di viola. Il monossido di carbonio, dai gas di scarico e dalle stufe difettose,
lega l’emoglobina più di 200 volte più fortemente dell’ossigeno: ogni molecola di CO mette fuori uso un eme,
ed è per questo che l’avvelenamento da monossido di carbonio è così pericoloso.
Dove finisce l’ossigeno. Nei mitocondri della cellula bersaglio, l’ossigeno è l’ultima fermata della
catena di trasporto degli elettroni: il complesso IV (citocromo c ossidasi)
lo trasforma in acqua mentre pompa i protoni che alimentano la sintesi dell’ATP. Ho lavorato alla struttura di una
citocromo c ossidasi di tipo caa3, un complesso IV con un suo citocromo c
incorporato: l’ha risolta Joseph Lyons da dottorando, e io ho pescato i cristalli e ho supervisionato il lavoro cristallografico.
Un classico della cristallografia. L’emoglobina è stata una delle prime strutture proteiche risolte con la
cristallografia a raggi X, da Max Perutz, che condivise il Premio Nobel per la chimica del 1962 con John Kendrew.
Un nuovo globulo rosso. Ogni tanto passa l’eritropoietina (EPO). I reni la rilasciano
quando l’ossigeno scarseggia, e dice al midollo osseo di produrre più globuli rossi
(l’eritropoiesi).
Dove il gioco bara un po’
I globuli rossi non si arrampicano, non saltano e non prendono l’ascensore. Il cuore li pompa in tutto il corpo, e
un giro completo dura circa un minuto. L’ascensore è puro Chuckie Egg.
Un globulo rosso trasporta molte più di quattro molecole di ossigeno: con circa 270 milioni di emoglobine che ne
portano quattro ciascuna, sono circa un miliardo. Le quattro del gioco sono il carico di una sola emoglobina, per
tenere i conti semplici.
I globuli rossi veri vivono circa 120 giorni e poi vengono riciclati da milza e fegato: una fine più dolce del
soffitto.
FertiScramble: vita di uno spermatozoo
Guida uno spermatozoo attraverso l'apparato riproduttivo femminile fino all'ovulo, e usa gli enzimi dell'acrosoma per entrare.
SparatuttoVolare e schivareDai 10 anni
Ispirato a un classico gioco dello ZX Spectrum in cui si vola dentro le caverne, a sua volta un clone del videogioco arcade Scramble (Konami, 1981).
La scienza
Guidi uno spermatozoo attraverso cinque zone dell’apparato riproduttivo femminile,
ognuna introdotta da una breve curiosità su quello che vi succede:
Vagina: acida, e molti spermatozoi non sopravvivono.
Cervice: il muco cervicale filtra gli spermatozoi che nuotano male o hanno una forma anomala.
All’ovulo arriva la reazione acrosomiale (in inglese). L’acrosoma (in inglese), un cappuccio sulla parte anteriore della testa dello spermatozoo, rilascia enzimi:
la ialuronidasi disperde la corona radiata (lo strato di cellule follicolari intorno all’ovulo), e l’acrosina (in inglese) scava
un passaggio nella zona pellucida, il rivestimento di glicoproteine dell’ovocita. Poi le membrane dello spermatozoo e
dell’ovocita si fondono, e il risultato è uno zigote, la prima cellula di un nuovo embrione.
Nella cervice e nella tuba di Falloppio puoi trovare una riserva di spermatozoi: nella realtà, gli spermatozoi si conservano nelle pieghe
della cervice e nella tuba, e vengono rilasciati a ondate nell’arco di ore o giorni; nel gioco ti dà una vita in più.
Dove il gioco bara un po’
Gli spermatozoi non sparano i loro enzimi come colpi. La reazione acrosomiale avviene una volta sola, quando lo
spermatozoo incontra il rivestimento dell’ovulo, e libera gli enzimi tutti insieme.
Gli spermatozoi non fanno il viaggio solo nuotando: le contrazioni dell’utero e della tuba di Falloppio aiutano a
trasportarli, e anche l’ovulo si muove.
E nessuno spermatozoo ha tre vite, né cinque: nella realtà, ognuno ha un solo tentativo.
Digestive Dive: spedizione intestinale
Dalla bocca all'uscita in sei tappe: spazzola via lo zucchero, aiuta un endoscopio, digerisci grassi, latte e proteine, nutri i tuoi batteri intestinali e accompagna fuori sano e salvo un mattoncino ingoiato.
Volare e schivareEsplorazioneDai 8 anni
Un omaggio a Scuba Dive (Durell Software,
1983). Tre delle sei tappe sono grotte da esplorare come nell’originale: ti tuffi dalla superficie, vai a prendere
qualcosa vicino al fondo, lo riporti su e risali a respirare. Le altre tre sono discese a tutta velocità lungo
l’intestino. A ogni tappa sei qualcun altro: un nanosommozzatore, un bolo alimentare, una goccia di chimo, un batterio
dell’intestino e, alla fine, un mattoncino che un bambino ha ingoiato.
Colon: recupera l’acqua, così il contenuto diventa più
compatto e il passaggio più stretto. Le cellule
caliciformi producono
muco, le tasche (austre) si
contraggono, i movimenti di massa spingono tutto in avanti e alcuni batteri producono vitamina
K. Nel retto, lo sfintere
interno si apre da solo, e quello
esterno aspetta che il bambino abbia trovato un
bagno.
Quasi tutti gli oggetti piccoli e lisci che i bambini ingoiano escono da soli in pochi giorni. Una pila a bottone, o
più di una calamita, è l’eccezione: vai subito in ospedale.
Dove il gioco bara un po’
I nanosommozzatori non esistono (per ora). I medici tolgono davvero gli oggetti ingoiati con un endoscopio, ma lo
guidano loro, dall’esterno, mentre il bambino dorme in anestesia.
Il viaggio è compresso in pochi minuti. Nella realtà, il cibo resta qualche ora nello stomaco e impiega da uno a tre
giorni per tutto il percorso.
Il chimo non va a caccia di bicarbonato, bile o enzimi: si riversano nel duodeno e le contrazioni dell’intestino
mescolano tutto. Nemmeno la lattasi si consuma; riesce solo a dividere il lattosio a una certa velocità.
La pepsina non insegue nessuno. Si limita a galleggiare tagliando proteine, il che fa già abbastanza paura.
Nerve Runner: impulso espresso
Un sabato mattina nel sistema nervoso di Alex: 17 schermate dal cervello alla punta delle dita, cinque cose da fare nell'ordine che vuoi, otto medaglie Nobel da trovare e portare al banchetto Nobel, e due enigmi da risolvere.
PiattaformeEsplorazioneQuiz ed enigmiDai 8 anni
Un omaggio a Manic Miner (Bug-Byte, 1983) e a Jet Set
Willy (Software Projects, 1984), con le loro scale, corde, nastri
trasportatori e pavimenti che si sbriciolano, e a Skool Daze
(Microsphere, 1984), i cui personaggi girano dappertutto e parlano nei fumetti. Sei un impulso
nervoso, e le cose da fare si fanno nell’ordine che vuoi, come in
Skool Daze. Fuori dal percorso principale ci sono otto medaglie Nobel da trovare e due enigmi che valgono punti in
più. Se finisci in fretta, prendi un bonus velocità. Le cellule che parlano, ognuna con il suo lavoro e il suo
carattere, sono un omaggio a Siamo fatti così (Il était une
fois… la vie, 1987). In Difficile il tuo ATP cala, come l’aria in Manic Miner. La partita resta salvata nel
browser, così puoi continuare un altro giorno.
La scienza
Riflesso: i recettori del caldo nella punta del dito, con
i canali TRPV1, scattano con un caldo che fa male. Nel midollo
spinale, il corno
dorsale passa il segnale a un
interneurone e da lì ai motoneuroni, e la mano si ritrae prima che il
cervello abbia sentito qualcosa.
Come muoversi: un canale del sodio in una porta si apre, poi
chiude il poro per un attimo (l’inattivazione) prima di
potersi riaprire. Questa pausa, il periodo
refrattario, è il motivo per cui un impulso non
torna mai indietro. I nodi di Ranvier ti lanciano in avanti, come nella conduzione
saltatoria (dal latino saltare, saltare). Le spine di rosa
nella punta del dito sono proprio ciò a cui servono i nocicettori.
Altri personaggi: il cono caccia i pesci con un arpione velenoso, e le
sue conotossine bloccano i recettori dell’acetilcolina della giunzione
neuromuscolare; la tossina di un altro cono è diventata un antidolorifico, la
ziconotide. Gli operatori della sala di controllo mostrano l’omuncolo
motorio: mani e labbra hanno la fetta più grande della
corteccia motoria. Ogni vescicola sinaptica porta un pacco di
circa 10 000 molecole di acetilcolina.
Missioni extra: la midollare del surrene è un ganglio
simpatico diventato ghiandola: un segnale lungo i nervi splancnici
libera acetilcolina sulle sue cellule cromaffini, che versano
adrenalina nel sangue. L’ipotalamo è il termostato del corpo
(termoregolazione): quando Alex ha troppo caldo, i nervi
simpatici, che qui usano l’acetilcolina, cosa rara, accendono le ghiandole
sudoripare, e il sudore rinfresca la pelle evaporando.
Gag con dentro la scienza, nello spirito dell’episodio della serie sui neuroni: il centro della
tosse nel tronco encefalico fa una votazione, perché un neurone somma davvero
quello che riceve e scatta quando supera una soglia
(sommazione); gli impulsi corrono e si scontrano lungo
il tratto corticospinale; e nel corno dorsale le encefaline, gli
oppioidi del corpo stesso, fanno da vigili urbani che rallentano il dolore.
Un impulso nervoso non va dal cervello all’intestino e ritorno. Ognuno percorre un solo neurone, in una sola
direzione, e sparisce in pochi millisecondi; il neurone successivo ne fa partire uno nuovo.
Nessuno porta in giro i neurotrasmettitori. Vengono fatti e conservati nella terminazione nervosa che li libera, e
la colina ci arriva con il sangue, non in braccio a qualcuno.
Il cuore non passa da 72 a 130 e ritorno con una sola consegna. E cambia anche un po’ a ogni respiro.
Un riflesso vero dura circa un decimo di secondo, non una corsa attraverso quattro schermate. Altrimenti Alex
sarebbe bell’e abbrustolito.
Un canale del sodio si apre perché cambia la tensione della membrana, non con un timer, e resta aperto circa un
millisecondo, non un secondo e mezzo. Il suo tappo è un piccolo anello della stessa proteina; l’immagine della
«palla al piede» va meglio per alcuni canali del potassio.
I nodi di Ranvier non lanciano niente. L’impulso sembra solo saltare: la corrente corre veloce sotto la mielina e va
rigenerata solo a ogni nodo.
Un botanico direbbe che le rose hanno aculei, non spine. Al tuo
dito non importa.
Il talamo vede passare quasi tutti gli invitati, ma non organizza banchetti.
L’ATP non finisce in un minuto: il corpo ne produce ogni giorno più o meno il suo stesso peso, riciclando di
continuo le stesse molecole.
I coni vivono nei mari caldi, non nel braccio di qualcuno. Se ne incontri uno, guarda ma non toccare.
Nella corteccia motoria non c’è una sala di controllo, e lì nessuno porta le cuffie. Però ogni parte del corpo ha
davvero il suo angolino.
Nessuno sale fino alla pelle su una goccia di sudore, anche se il viaggio sarebbe breve: la ghiandola sta solo a
pochi millimetri di profondità.
I neuroni non votano, e nel tronco encefalico non ci sono riunioni di commissione. Ma un neurone somma davvero i
segnali che gli dicono di scattare e di stare zitto, e scatta solo quando il totale basta. Vince la maggioranza, più
o meno.
Cerebral Explorer: recuperare la memoria
Un'avventura testuale senza tastiera, dentro il cervello: esplora 36 luoghi, dal tronco encefalico alla corteccia, scopri come funzionano i sensi e ricostruisci il ricordo delle chiavi di casa perdute.
EsplorazioneStrategiaQuiz ed enigmiSenza frettaDai 10 anni
Un omaggio a Invincible Island (Richard
Shepherd Software, 1983), l’avventura testuale di Pete Cooke per ZX Spectrum, in cui si esplora un’isola, si esamina
tutto, si raccolgono sette pergamene e si cerca di non cadere in un pozzo. Qui l’isola è un cervello e non c’è niente
da scrivere: ti muovi con una bussola e scegli cosa esaminare, prendere e usare. Sono le 8:05 di una mattina di
scuola, Alex non trova le chiavi di casa e devi ricostruire il ricordo di dove sono finite.
Cose da riparare. Un ictus, la cui
penombra si può ancora salvare se il coagulo si scioglie in
tempo (riconosci viso storto, braccio debole e difficoltà a parlare, e chiama il 112); un focolaio
epilettico, calmato con il
GABA; e un’infezione
virale, ripulita dalla
microglia. Non serve ripararli per vincere, ma il punteggio sale.
Dove il gioco bara un po’
Le regioni del cervello non sono stanze collegate da corridoi, e niente nel cervello è così in ordine da stare su
una mappa con nord, sud, est e ovest. La mappa è uno schema.
Un ricordo non sono tre pezzi ben fatti che aspettano in tre posti che qualcuno li raccolga. È una trama di
connessioni sparsa in molte aree del cervello, rinforzata alle sinapsi e ricostruita un po’ ogni volta che lo si
richiama alla mente.
Ossitocina, GABA e tPA non si portano in borsa. Nella realtà vengono rilasciati dove e quando servono (o, nel caso
del tPA, dati dai medici come farmaco).
E nessun esercito di esploratori ti ritroverà le chiavi. Una buona abitudine (un gancio vicino alla porta) funziona
meglio.
Homeostasis: centro di comando
Sei il cervello di un umano che dorme poco, vive di fast food e salta il pranzo. Tieni il corpo in equilibrio per 30 giorni.
StrategiaSenza frettaDai 10 anni
Un omaggio a Dictator (DK’Tronics, 1983), il gioco di strategia di Don Priestley per ZX Spectrum. Invece di tenere in
piedi una dittatura, tieni in piedi un corpo. Non controlli quello che fa il tuo umano: passa le notti in bianco, mangia
hamburger tripli, va in palestra e salta il pranzo. Ogni giorno decidi come reagisce il corpo, e hai qualche ormone a
cui ricorrere, che una volta usato non torna. Sopravvivi il più a lungo possibile.
Gli ormoni. L’adrenalina, prodotta dalle ghiandole surrenali, scatena la
risposta «combatti o fuggi». Il cortisolo alza la glicemia e frena il
sistema immunitario. L’insulina, prodotta dal pancreas, aiuta le cellule ad assorbire il glucosio. Le endorfine sono
gli antidolorifici naturali del corpo. La melatonina, prodotta dalla ghiandola pineale, segnala la notte e aiuta a regolare il
ritmo circadiano, l’orologio biologico che il jet lag manda in tilt.
Alcuni degli eventi. I muscoli immagazzinano il glucosio come glicogeno e in una corsa lunga lo esauriscono.
I brividi e il grasso bruno producono calore al freddo. Il raffreddore da fieno è il sistema
immunitario che reagisce in modo eccessivo al polline, con l’istamina. In alta quota, i reni rilasciano
eritropoietina per produrre più globuli rossi. La luce del sole permette alla pelle di produrre la
vitamina D, e la caffeina tiene svegli bloccando i recettori dell’adenosina.
Dove il gioco bara un po’
Il corpo non resta mai senza ormoni; le dosi limitate sono una regola del gioco, per costringerti a scegliere.
La vera omeostasi lavora sempre e su tutto insieme, quasi sempre senza che ce ne accorgiamo: il cervello non riceve
un menu di scelte ogni mattina. (Se il tuo lo riceve, forse è il momento di un caffè e di due chiacchiere con un
medico.)
Beamline Commander: Caccia al cristallo
Il tuo gruppo ha un turno sulla linea di luce I04: pesca i cristalli, congelali, centrali nel fascio di raggi X, pianifica la dose e risolvi quattro strutture, da un farmaco antitumorale a un virus dei pappagalli, prima che finisca il tempo fascio.
StrategiaQuiz ed enigmiSenza frettaDai 12 anni
Un omaggio a Silent Service (Sid Meier, MicroProse, 1985; su ZX
Spectrum con U.S. Gold), il gioco di sottomarini in cui si navigava a batterie sott’acqua, si risaliva in superficie a
ricaricarle con i diesel facendosi scoprire, si cacciavano le navi al periscopio e si scendeva in profondità e in
silenzio quando i cacciatorpediniere passavano sopra con le bombe di profondità. Qui il sottomarino è I04, e tu ti
occupi di biologia strutturale in un gruppo che ci ha ottenuto un turno. La cabina aperta è stare «in superficie»: al
sicuro, ma senza raggi X. Le perdite del fascio, i colpi di calore e le oscillazioni dell’orbita sono le bombe di
profondità: chiudi l’otturatore e aspetta in silenzio. La dose è il profondimetro: vicino ai 30 MGy il cristallo
scricchiola, e oltre i 30 MGy cede. Impostare l’esposizione invece della dose è navigare alla cieca. Quando qualcosa si
guasta, si chiama il servizio di reperibilità della linea. C’è anche una biblioteca: i libri giusti aiutano fino alla
fine del turno; i romanzi sono meravigliosi, ma non durante il tempo fascio. E il convoglio a cui dai la caccia è una
goccia piena di cristalli, e solo alcuni ti daranno la struttura.
La scienza
I raggi X. Un sincrotrone come
Diamond fa girare gli elettroni in un
anello di accumulazione quasi alla velocità della luce. In un
ondulatore, file di magneti li fanno ondeggiare ed emettono un fascio
intenso di raggi X; un monocromatore a doppio cristallo, due cristalli
di silicio raffreddati, ne sceglie una sola energia.
La pesca. I cristalli di proteine (vedi la
cristallizzazione delle proteine) si prendono dalla
goccia con un minuscolo loop di nylon e si immergono nell’azoto liquido. Congelando in fretta, l’acqua resta vetrosa;
congelando piano, o se la goccia si secca, si forma ghiaccio cristallino,
che lascia anelli sulle immagini verso 3,9, 3,7 e 3,4 Å e nasconde le macchie della proteina. Crepe e urti aumentano
la mosaicità, e gli aggregati di cristalli danno due reticoli insieme.
La dose. I raggi X che diffrangono arrivano con molti altri che vengono assorbiti e danneggiano il cristallo. La
dose si misura in gray, e per i cristalli di proteine
congelati circa 30 MGy è il limite sperimentale, stabilito dal gruppo di
Elspeth Garman
(Owen et al., 2006). Per questo si fa prima uno screening con poca dose
(qui uno spicchio di 15° a 1 MGy) e poi si pianifica il resto. La dose adatta a un set di dati dipende dalla
risoluzione a cui diffrange il cristallo: su I04, circa 5,5, 10 e 16 MGy per 1,3, 1,8 e 2,3 Å, e mai più di 30 MGy
(i dati anomali si fermano a 10 MGy). Sbagliare la risoluzione di 0,25 Å cambia la dose giusta di circa il 30 %. Così
su I04 si imposta una dose obiettivo e l’esposizione viene calcolata dal fascio
(RADDOSE-3D fa i conti): con il fascio predefinito, 10 MGy richiedono
circa 16 s di esposizione totale a piena trasmissione (13 keV). E si raccolgono 360° completi: ogni macchia misurata
più volte.
Troppo brillante per contare. I rivelatori a conteggio di fotoni possono perdere fotoni che arrivano troppo
vicini. La loro correzione funziona fino a un limite, l’intervallo affidabile; oltre, le macchie più forti vengono
contate meno del vero, e siccome tutte le loro copie lo sono allo stesso modo, le statistiche di merging sembrano
comunque ottime (Donath et al., 2023). Il rimedio, che insegniamo nei
nostri corsi su I04: controllare le macchie più brillanti dello spicchio di screening, abbassare la trasmissione e
allungare l’esposizione dello stesso fattore. Stessa dose, ogni fotone contato. Puoi provare tu stesso, o tu stessa,
il modello interattivo (eiger-countrate-dose-demo).
Aghi. Il danno è locale: su un cristallo lungo, una scansione elicoidale fa scorrere il cristallo lungo il fascio
mentre ruota, così ogni parte riceve solo la sua quota di dose. La larghezza del fascio stabilisce quanti punti
freschi entrano lungo l’ago.
La simmetria. Il gruppo spaziale dice come si ripete un
cristallo. Un cristallo simmetrico dà copie di ogni macchia, quindi basta una rotazione breve; un cristallo
triclino P 1 non ne ha nessuna, ha bisogno di un giro completo e,
poiché un solo asse di rotazione lascia sempre una regione cieca, di un secondo passaggio con un’altra inclinazione.
Una cella unitaria enorme, come quella di un capside virale, affolla le
macchie.
Risolvere. I dati vengono elaborati automaticamente; la
sostituzione molecolare colloca un modello noto e simile nel
nuovo cristallo, e gli atomi vengono costruiti nella
densità elettronica. Alla
soglia di assorbimento di un elemento (7,112 keV per il ferro), i
suoi atomi diffondono in modo un po’ diverso
(diffusione anomala), il che mostra dove sono. Le
differenze sono piccole, quindi su I04 i dati anomali si raccolgono con delicatezza e da più direzioni: 10 MGy in
tutto, in tre spicchi di 360° con orientazioni χ diverse del goniometro.
Le quattro strutture.
BCL-2 tiene in vita le cellule, e alcune cellule di leucemia ne producono
troppa. Il venetoclax, un farmaco nato dalla ricerca al
WEHI di Melbourne, la blocca e le cellule tumorali muoiono. Il gruppo di Peter
Czabotar ha risolto BCL-2 con venetoclax per capire perché il farmaco smette di funzionare in alcuni pazienti
(Birkinshaw et al., 2019).
La proteina a cluster ibrido di Desulfovibrio ha un insolito
cluster di ferro, zolfo e ossigeno; la proteina ridotta di D. desulfuricans ha cristallizzato in P 1, e faceva
parte del mio dottorato (pagina della struttura).
Dove il gioco bara un po’
Il tempo fascio avanza a salti: un’ispezione della cabina, un montaggio o un set di dati richiedono un numero fisso
di minuti, e costruire il modello ne richiede 40. Costruire davvero un modello richiede giorni, a volte mesi, e molto
più di una rotazione e una spintarella.
Gli anelli di accumulazione sono molto stabili: la retroazione tiene il fascio al suo posto al micrometro, e quando
qualcosa va storto la linea chiude da sola l’otturatore. Fare silenzio è puro sottomarino.
I dewar dei robot di solito si rabboccano da soli, e i puck veri tengono 16 cristalli, non 4.
Il controllo della velocità di conteggio usa in realtà un percentile alto dei conteggi dei pixel nelle macchie forti,
confrontato con l’intervallo affidabile salvato nel file di dati; il gioco riduce ogni cristallo a un solo numero di
brillantezza.
Nel gioco, il rateo di dose sale semplicemente con il quadrato della riduzione del fascio, e le macchie smettono di
sovrapporsi appena la distanza del rivelatore in millimetri supera lo spigolo della cella in ångström. Lenti, fasci e
macchie veri sono più complicati, ed è per questo che esistono RADDOSE-3D e tanta geometria.
Un solo passaggio di un cristallo P 1 dà spesso più del 90 % di completezza; il gioco ingrandisce la regione cieca,
perché il secondo passaggio conti.
I guasti veri sono più rari che nel gioco, e la reperibilità non sempre sistema tutto in un quarto d’ora. Ma risponde
al telefono anche nel cuore della notte.
Leggere Cristallografia for Dummies in 40 minuti non rende più ferme le mani di nessuno al microscopio. La pratica
sì (e anche i libri aiutano).
Il caffè non accelera le mani di nessuno esattamente della stessa misura a ogni tazza. Probabilmente.
Topo di laboratorio: Fabbrica di proteine
Dal dottorato alla guida di un gruppo: trasforma un gene in cristalli per la linea I04 di Diamond, con un campione SAXS per la B21 e griglie per eBIC lungo la strada; affronta le proteine di membrana da postdoc; poi dirigi il tuo laboratorio per cinque anni. Finanziamenti, attrezzature, persone, e venditori i cui affari a volte sono veri.
StrategiaQuiz ed enigmiSenza frettaDai 12 anni
Un omaggio a quattro giochi dello ZX Spectrum. Millionaire
(John Hunt, Incentive Software, 1984) ti faceva scrivere e vendere giochi dalla tua cameretta con 500 sterline: si
distribuivano 20 punti tra programmazione, presentazione, idee originali e interesse per chi gioca, si guardavano le
vendite ogni mese, e Honest Harry proponeva affari che potevano essere occasioni d’oro o guai.
Cookie (Ultimate Play the Game, 1983) faceva correre Charlie, il
cuoco, dietro a ingredienti in fuga per spedirli in una ciotola, mentre un mostro della pattumiera ci buttava dentro
spazzatura. Qui cominci il dottorato: i 20 punti vanno alle tappe al bancone in cui ti farebbe comodo un aiuto, il mese
finisce con un resoconto, il tuo angolo di un bancone condiviso diventa a poco a poco il posto migliore del laboratorio,
e i venditori (Totò Puntali e compagnia) sono cugini di Honest Harry. Il terreno di coltura è la ciotola. E come in
Silent Service (Sid Meier, MicroProse, 1985), il gioco di
sottomarini dietro a Beamline Commander, ti sposti tra le stanze del laboratorio
(bancone, ufficio, catalogo, biblioteca, cucina) come un comandante tra le postazioni di un sottomarino. La parte da
capogruppo aggiunge Football Manager (Kevin Toms,
Addictive Games, 1982): una rosa con voti ed energia, i cambiamenti a ogni fine stagione, il calciomercato e i conti da
far quadrare. Qui la rosa è il tuo laboratorio, e nessuno viene venduto né licenziato.
Finisci il dottorato (cristalli consegnati, a qualsiasi livello) e si apre il postdoc: un laboratorio meglio
attrezzato in un’università migliore (un istituto di punta, dopo un dottorato brillante), un contratto di tre anni e
una proteina di membrana. Finisce con un colloquio per un posto di docenza: con i cristalli e un articolo tuo arrivi
davanti alla commissione (a livello Medio, dopo due proteine da postdoc; a Difficile, tre), e le risposte giuste ti
valgono il posto. Ogni parte conclusa resta nel tuo curriculum; un altro dottorato, o il postdoc, parte con i trucchi
imparati e i libri letti, mai con le attrezzature. Finisci un postdoc e si apre la parte da capogruppo: cinque anni
con il tuo laboratorio in un istituto dal nome stranamente familiare, un pacchetto di avvio che dipende da com’è andato
il postdoc (magari con la direzione del dipartimento), e un gruppo da costruire. Ogni persona ha nove punti di forza
(creatività, idee nuove, mano al bancone, analisi, scrittura, concretezza, insegnamento, lavoro di squadra,
comunicazione), ognuno con il suo tetto (nessuno diventa un supereroe), più energia, benessere, concentrazione e un
legame con il laboratorio. Assumi con gli annunci o attiri stelle nascenti dai laboratori rivali, metti le persone sui
progetti adatti ai loro punti di forza, fai colloqui a tu per tu regolari (senza, le persone perdono la bussola; con,
restano, anche quando un rivale offre di più), affianchi ai dottorandi una guida dal carattere compatibile, fai
promesse che faresti bene a mantenere, tratti lo stipendio al rinnovo, leggi il rapporto mensile della gestione del
laboratorio, mandi le persone ai corsi e fai il tifo quando se ne vanno verso lavori più importanti. Rico Mbinante vende
scrittori di domande «garantiti» e contratti di manutenzione a buon mercato, e Gino Tappabuchi manda dottorandi e
postdoc a prezzo stracciato, a scatola chiusa. I finanziamenti pagano gli stipendi, gli interventi su invito diventano
keynote, e istituti più prestigiosi vengono a cercarti. Ogni anno il consiglio dell’istituto fissa degli obiettivi
(articoli, finanziamenti, consegne alle linee di luce, un gruppo contento), e alla fine dei cinque anni una commissione
di valutazione li esamina: un voto sufficiente (e un articolo) ti fa tenere il laboratorio; troppo pochi obiettivi
raggiunti, o tre mesi sommersi dai debiti, e chiude. Le idee per i progetti vengono dal tuo gruppo, dalle persone che
incontri, dagli ex membri del laboratorio e dalle macchine nuove, e alcune arrivano con un rivale in corsa con te fino
all’articolo. I progetti hanno bisogno delle attrezzature giuste (senza, il gruppo se le fa prestare, piano piano), e
un microscopio confocale o una misura di legame possono portare un articolo su una rivista di punta. Ogni settimana
scegli un programma: il bancone con il gruppo (un momento pratico tutto tuo), una settimana di scrittura, le riunioni,
o la carta della settimana (un seminario, una commissione di valutazione, l’amministrazione). Una volta in cinque anni
qualcosa va molto storto (un taglio dei fondi, un allagamento, una nuova direzione di dipartimento egoista, una fuga di
notizie), e a volte qualcosa va molto bene. Dopo ogni intervento, da postdoc o da capogruppo, arrivano le domande dal
pubblico (una facile, una media e una difficile), poi la cena del congresso, dove una lunga serata al bar può
insegnarti un segreto, costartene uno o finire in una storia d’amore. Scegli tu chi è il tuo topo di laboratorio: lei,
lui o neutro (senza parole con il genere).
Come in un laboratorio vero, chi fa il dottorato non porta i finanziamenti grossi: aiuti la tua relatrice a scrivere i
suoi (una parte arriva al tuo progetto) e un postdoc con una richiesta di attrezzature (la macchina che arriva la puoi
usare anche tu), e ogni tanto qualcun altro del dottorato ti chiede una mano, il che può finire in un articolo con il
tuo nome. I laboratori sono fatti anche di persone: un periodo no, una cotta in laboratorio, una lite per un posto al
bancone, un errore che nessuno ha visto. Parlarne con qualcuno, chiedere con garbo e ammettere i propri sbagli aiuta
sempre, e la biblioteca ha un libro (un po’ sciocco) per ogni caso.
Nel dottorato si portano poster ai congressi (uno buono può vincere il premio); da postdoc si tengono brevi interventi,
si scrivono più articoli, si entra nell’associazione dei postdoc, e si può pagare un tecnico per un paio di mesi quando
manca più il tempo dei soldi. Le piccole cose finiscono (gel precast, cellule competenti di quelle buone, supplementi
per l’autoinduzione), quindi tieni d’occhio il ripiano. I livelli più difficili valgono di più: la reputazione arriva
più in fretta e i punti finali contano di più. Da postdoc puoi anche provare le griglie per la crio-EM, e capire perché
una piccola proteina di membrana è un lavoro per i cristalli. Gli articoli accumulano citazioni mese dopo mese (le
vendite di Millionaire), un comunicato stampa può portare a un’intervista su un giornale o in TV, e gli open day e
gli incontri sulle professioni costano solo tempo.
Il clonaggio. Una PCR copia il gene, gli
enzimi di restrizione tagliano lui e un vettore, e il nuovo
plasmide entra in E. coli. Le colonie che crescono con
l’ampicillina lo portano, tranne le minuscole colonie satellite intorno,
che vivono dove la colonia grande ha distrutto l’antibiotico. Il plasmide si recupera con una miniprep (un tempo con
fenolo e cloroformio) e si fa sequenziare.
Coltura ed espressione. Il terreno LB (triptone, estratto di
lievito, sale) va in autoclave; da lì in poi i germi possono arrivare solo da
fuori. La curva di crescita ha una fase di latenza, una fase
esponenziale e un plateau, e l’IPTG accende il
gene attraverso l’operone lac. Prodotta troppo in fretta, la proteina si
ripiega male e finisce nei corpi di inclusione.
I cristalli. La cristallizzazione delle proteine per
diffusione di vapore: screening di condizioni, hit, ottimizzazione, poi il congelamento con un crioprotettore per la
linea di luce. La selenometionina al posto della metionina aggiunge
un segnale che aiuta a risolvere la struttura, e una serie accurata di concentrazioni in un tampone identico dà un
campione per il SAXS.
L’altra proteina del postdoc. DgkA, una diacilglicerolo chinasi
della membrana interna di E. coli: 121 amminoacidi, tre catene che lavorano insieme e passano un fosfato dall’ATP a
un lipide. La sua strada nel gioco è quella pubblicata: il gene fatto su ordinazione nel vettore pTrcHisB, mutazioni
stabilizzanti (il Δ4 termostabile e il Δ7 progettato), il lisato delle cellule solubilizzato nel detergente Empigen BB
e passato al decil maltoside su una colonna di nichel, e infine cristalli in fase cubica lipidica con la 7.8 MAG a
4 °C, che ci hanno messo settimane a crescere (Li et al., Nature, 2013). La
sostituzione molecolare non ha funzionato, quindi le fasi sono venute dalla
selenometionina. Più tardi, un soaking con un analogo dell’ATP non
idrolizzabile e lo zinco l’ha colta a metà reazione (Li et al., Nature Communications,
2015). David faceva parte del gruppo dietro i due articoli, sul lato della
cristallografia: vedi DgkA.
I recettori del postdoc. Due
recettori accoppiati a proteine G (GPCR), la famiglia
dietro il premio Nobel per la chimica 2012 a
Robert Lefkowitz e
Brian Kobilka: sette eliche attraverso la membrana, una tasca per il
farmaco che cambia forma, e anse molli che rendono difficili i cristalli. Entrambi si producono in cellule di insetto
(Sf9) infettate da un baculovirus
che porta il gene. Il recettore adrenergico β2 segue
l’articolo del 2011: il lisozima del fago T4 nella sua terza ansa, quella
molle, la mutazione H93C perché un agonista progettato si attacchi per
sempre, una colonna con anticorpo e una colonna di alprenololo, poi cristalli minuscoli in monooleina con colesterolo
(Rosenbaum et al., Nature, 2011); con il carazololo, un
agonista inverso, rifai una struttura precedente. David è uno degli
autori dell’articolo del 2011: vedi β2AR. Il
recettore adrenergico β1 del tacchino viene prima reso
più robusto: una scansione con alanina di 318 mutanti in E. coli,
ognuno scaldato e provato sul legame con un farmaco, e i sei migliori riuniti, stabile 21 °C in più
(Serrano-Vega et al., PNAS, 2008); poi cellule di insetto e cristalli
in detergente per diffusione di vapore (Warne et al., Nature, 2008), il
lavoro dei gruppi di Chris Tate e Gebhard Schertler al MRC Laboratory of Molecular Biology.
I grandi progetti, più avanti nei cinque anni: i veleni degli animali pericolosi dell’Australia, tra cui il
peptide di un ragno dalla tela a imbuto che protegge il cervello dopo un ictus nei ratti
(Chassagnon et al., PNAS, 2017); una
PETasi più veloce, l’enzima mangiaplastica studiato sulle linee MX di Diamond:
la sua struttura sulla I23, la I03 e la I04 (Austin et al., PNAS, 2018),
il «super-enzima» PETasi–MHETasi sulla I03 (Knott et al., PNAS, 2020) e
la HotPETasi, evoluta per lavorare a 70 °C, sulla I03, la I04 e la I04-1
(Bell et al., Nature Catalysis, 2022); enzimi contro le maree nere;
un farmaco contro i temibili henipavirus; rimettere al lavoro gli
antibiotici contro le beta-lattamasi e le pompe; farmaci contro il
cancro e l’influenza progettati a partire dalle strutture, come il
venetoclax e l’oseltamivir
(Tamiflu); e enzimi che fanno chimica in acqua, a temperatura ambiente.
Le attrezzature da capogruppo. Come quelle di un laboratorio di proteine di membrana: una stanza per le cellule di
insetto, un robot per LCP e il LCP-FRAP
(si sbianca un punto di proteina fluorescente nella fase cubica: se torna a brillare, la proteina lì può
cristallizzare), la FSEC, un congelatore a immersione e un robot per griglie per la crio-EM,
l’espressione cell-free per le proteine che uccidono il
loro ospite; e per l’articolo, un microscopio confocale (dove va
la proteina nella cellula), la SPR (quanto forte si lega) e
la fotometria di massa (quante copie stanno insieme).
Aprire le piastre. I cristalli in fase cubica lipidica crescono sigillati tra due lastrine di vetro. Per
raccoglierli si incidono due cerchi nel vetrino intorno al pozzetto, si rompe il vetro tra i due e si solleva il disco
con le pinzette; i cristalli si pescano dalla mesofase appiccicosa con un piccolo loop e vanno dritti nell’azoto
liquido, senza crioprotettore (Li, Boland, Aragão, Walsh e Caffrey, JoVE, 2012, un
protocollo in video).
Dove il gioco bara un po’
La coda. Cominci con la proteina nativa e tre colonne, e la coda di istidine te la guadagni più tardi. La vera
UgpG aveva la coda di istidine fin dall’inizio: una colonna di nichel e una di desalting, e il Bradford per misurarla.
I siti di restrizione. La vera UgpG è stata clonata con BamHI e HindIII; i motivi del gioco per non usare EcoRI o
NotI sono inventati.
La carica di UgpG. L’indizio del gioco su quale colonna a scambio ionico usare viene da un pI inventato per il
gioco, non da uno misurato.
Prezzi e tempi. I prezzi delle attrezzature, le cifre dei finanziamenti e quasi tutti i tempi sono numeri tondi da
gioco. Le attrezzature vere costano di più, e i finanziamenti veri ci mettono di più.
La luce polarizzata. Nel gioco i cristalli di sale si accendono e quelli di proteina quasi per niente. La realtà è
meno ordinata: molti cristalli di proteina brillano anche tra polarizzatori incrociati, e i cristalli di sale cubici no.
L’ottimizzazione. Abbinare un metodo a un tipo di cristallo qui funziona molto più pulito che a un bancone vero,
dove i cristallografi per lo più provano tutto e tengono il quaderno di laboratorio a portata di mano.
L’autoinduzione. I veri terreni per l’autoinduzione (le ricette di F. William Studier) sono più ricchi dell’LB con
tre zuccheri in più; il gioco tiene l’LB e aggiunge gli zuccheri in un solo barattolo.
Le griglie. Il vero controllo delle griglie guarda centinaia di quadrati e poi i buchi al loro interno; il gioco
mostra un solo atlante e quattro scelte. Da allora, piccole proteine sono state risolte con la crio-EM, con qualche
trucco (fusioni, frammenti di anticorpo).
La rinaturazione. Come nell’articolo del 2009, AlgE va in urea 8 M e viene aggiunta goccia a goccia a un tampone
con detergente, ma l’articolo prima passava anche una colonna di nichel in urea, poi agitava le gocce tutta la notte a
37 °C: una vera rinaturazione richiede una notte, non mezzo minuto.
I detergenti. Il gioco ne offre tre e uno è quello giusto. I laboratori veri ne provano molti, e il Triton X-100
ha i suoi tifosi.
La fase cubica. Una vera miscelazione richiede un centinaio di passaggi; il gioco ne conta un paio di dozzine. Le
sue siringhe si scaldano anche molto più in fretta di quelle vere, perché il ghiaccio abbia il suo momento. Il lato
freddo è reale: sotto i 18 °C circa la monooleina diventa piano piano cerosa, ed è uno dei motivi per cui le piastre di
DgkA in cella fredda usavano un lipide più corto, la 7.8 MAG.
Aprire le piastre. Un pozzetto vero ci mette più di mezzo minuto ad aprirsi, e un tagliavetro perde il filo dopo
una decina.
I geni e i tempi di DgkA. Nel gioco i geni arrivano già nel vettore; l’articolo dice che sono stati fatti su
ordinazione e clonati lì, senza dire da chi. I suoi cristalli ci hanno messo dai 45 ai 60 giorni in cella fredda; il
gioco ne fa circa sei settimane.
Membrane o corpi di inclusione. Quanta AlgE va dove a ogni temperatura è un numero da gioco.
I recettori. L’articolo sul β2AR è stato una collaborazione tra diversi laboratori, tra cui quelli di Brian
Kobilka e Martin Caffrey; nel gioco fai tu ogni passaggio. La scansione ha 40 pozzetti invece di 318, e il farmaco
radioattivo si vede come un bagliore. I conteggi delle cellule, l’infezione e i giorni di raccolta sono numeri da
gioco: i metodi degli articoli non li danno. Le vere cellule Sf9 ci mettono circa un giorno a raddoppiare, più
lentamente che nel gioco.
Il laboratorio da capogruppo. Gli istituti, i capigruppo rivali e il gruppo sono inventati, e i loro nomi sono
battute. I progetti avanzano per settimane di lavoro divise tra le persone che ci lavorano, cosa molto lontana da come
va davvero la scienza, e i finanziamenti si decidono molto più in fretta di quelli veri. Le idee per i progetti
(l’enzima preferito di un calzino puzzolente, il lievito madre immortale del laboratorio) sono soprattutto per
divertirsi, e una macchina non rende davvero un articolo due volte più famoso. Farsi bruciare sul tempo succede, ma
raramente per colpa di una sola lunga serata al bar di un congresso.
