Virus Zika explodoval na globální scéně v loňském roce, kdy úředníci ve zdravotnictví začali mít podezření, že by to mohlo způsobit vrozené vady u dětí. Stejně jako epidemie eboly v roce 2014 strach rychle narůstal. Zničení způsobené nemocí je hluboce znepokojující, částečně proto, že částice nákazy jsou neviditelné.
Chcete-li něco zviditelnit, je to lépe zvládnout, lépe zvládnout. V březnu tohoto roku Michael Rossmann z Purdue University v Indianě a jeho kolegové zmapovali to, co Meghan Rosen pro Science News popsala jako „hrbolatou strukturu ve tvaru golfového míčku“ Ziky. Při odvozené struktuře mají vědci východisko, aby zjistili, jak virus funguje a zda může být zastaven. Vědci budou hledat body ve struktuře, které by mohly nabídnout cíl pro lék.
V tom duchu, ale s uměleckějším zvratem, jiný vědec namaloval obrázek, jak by to mohlo vypadat, když Zika infikuje buňku.
Akvarel Davida S. Goodsella zobrazuje plochu o šířce asi 110 nanometrů, uvádí Maggie Zackowitz pro NPR . To je téměř 1 000krát menší než šířka typického lidského vlasu. V obraze byla růžová koule představující virus nakrájena na polovinu, aby se odhalily spleť virového genetického materiálu. Masité výčnělky na povrchu viru uchopí zelené věže zakotvené ve světle zelené křivce, která podle všeho obklopuje modři. Povrchové proteiny viru se vážou na receptory na povrchu buňky, kterou brzy infikují.
Smrtící viry nikdy nevypadaly tak krásně, jako to dělají pod štětcem zboží. Molekulární biolog se společným jmenováním ve výzkumném ústavu Scripps Research Institute v La Jolla v Kalifornii a Rutgers State University v New Jersey maluje pestrobarevné a rozkvetlé tvary připomínající jellybeans, fotbalové míčky a špagety, které se davaly a mísily dohromady. Jako abstraktní obrazy jsou nádherné, ale zboží Goodsell je také pevně zakořeněno ve vědě.
Vědec-umělec dělá nějaké vzdělané odhady jeho obrazů. „Některé objekty a interakce jsou velmi dobře prozkoumány a jiné ne, “ vysvětluje. "Věda stále roste." Ale jeho odbornost mu umožňuje sebevědomě malovat štětcem.
Vizualizace mikroskopického biologického světa poprvé zaujala zboží Zboží ve škole pro postgraduální studium, když se spoléhal na techniky, jako je rentgenová krystalografie, aby odvodil záhyby, zvraty a zkroucení bílkovin a nukleových kyselin.
Struktura je klíčem k tomu, aby molekulam v buňkách poskytovala jejich funkci, ať už jde o enzymy, které štěpí jiné molekuly, řetězce RNA, které instruují tvorbu bílkovin, nebo vlákna, která podporují a formují tkáně. Kapsy v proteinech nabízejí místa, kde se jiné molekuly mohou vázat a katalyzovat nebo zabránit reakcím. Když se Rosalind Franklinové podařilo zachytit první obrázek DNA pomocí rentgenové krystalografie, James Watson a Francis Crick rychle dokázali odvodit, jak rozepnutí dvojité šroubovice může poskytnout šablonu pro replikaci genetického materiálu.
„Pokud stojíte před automobilem a kapota je zavřená, takže nevidíte motor, nemáte ponětí, jak stroj funguje, “ říká Stephen K. Burley, výzkumník, který studuje proteomiku na Rutgers University. Buňky samy o sobě jsou malé, složité stroje a pochopení toho, jak fungují nebo které části a procesy jsou pod vlivem nemoci ohromné, vyžaduje pohled pod kapotou.
Proto Goodsell potřeboval pochopit, jak byly molekuly tvarovány a jak spolu zapadají do buňky.
Počítačová grafika se v polovině osmdesátých let právě dostávala na scénu výzkumných laboratoří a dávala vědcům jako Zboží, nyní 55 let, bezprecedentní pohled na molekuly, které studovali. Ale i ty nejlepší programy se snažily ukázat všechny složitosti jediné molekuly. „Objekty velikosti proteinu byly skutečnou výzvou, “ říká. Vizualizace více proteinů a jejich umístění vzhledem k buněčným strukturám bylo v té době nad rámec hardwarových a softwarových možností.
"Řekl jsem si: Jak by to vypadalo, kdybychom mohli vyhodit do vzduchu část buňky a vidět molekuly?" Goodsell říká. Bez dnešních výkonných počítačových grafických schopností se zcela doslova obrátil na rýsovací prkno, aby spojil všechny kousky znalostí o struktuře, kterou dokázal, a vytvořil ten obraz přeplněného interiéru buňky. Jeho cílem bylo „vrátit se k pohledu na velký obraz vědy, “ říká.
Obrazy, které vytváří, mají být vědeckými ilustracemi, inspirovat vědce a širokou veřejnost k přemýšlení o strukturách, které podporují chemické reakce a funkce buněk.
Zboží obvykle tráví několik hodin procházením vědecké literatury, aby zjistilo vše, co vědci vědí o tématu, které chce ilustrovat. Poté na základě toho, co se naučil, sestaví velkou tužku. Uhlíkový papír mu pomáhá přenést tuto skici do akvarelu. Molekuly uvnitř buněk jsou často menší než vlnová délka světla, takže skutečný pohled na molekulární krajinu by byl bezbarvý, ale Zbožíell dodává barvu a stínování, aby pomohl lidem interpretovat jeho obrazy. Výsledkem jsou detailní pohledy na molekulární stroje v práci.
Například v malbě Ebola virus vypadá jako obrovský červ, který si vznáší hlavu. Virus ukradl komponenty buněčné membrány z infikované buňky, zobrazené světle fialovou barvou. Zbožíell píše pro online zdroj, proteinovou datovou banku RCSB (PDB). Tyrkysové brokolicové hlavy štukující vně této membrány jsou glykoproteiny, které se mohou zachytit na povrchu hostitelské buňky a natáhnout virovou částici natolik blízko, že její genetický materiál (žlutý, chráněný zeleným nukleoproteinem) může být vhozen dovnitř. Tyto glykoproteiny byly hlavním cílem léků v boji proti viru.
Obraz získal letošní soutěž Wellcome Image Awards, která přitahuje odborníky na vědecké ilustrace a vizualizaci z celého světa.
Malování Ebola a mnoho dalších obrazů zboží Goodsell žije v PDB pod dohledem ředitele úložiště Burley. PDB obsahuje více než 119 000 struktur proteinů, RNA, DNA a dalších molekul. Několik statistik prokazuje, jak důležitá je struktura pro biology: Denně je z databáze dat 1, 5 milionu stažení podrobných 3D strukturálních informací. V posledních čtyřech letech se k tomuto zdroje dostali lidé z 191 z 194 uznaných nezávislých států na světě.
V červenci zveřejní Goodsell svou 200. „Molekulu měsíce“, série představující jeho zobrazení proteinů a dalších molekul spolu s písemným vysvětlením funkce a významu struktur.
Práce Goodsell pomáhá vzdělávat studenty středních škol a další o strukturách, které stojí za částicemi způsobujícími onemocnění a zdravotních stavech ve zprávách. U tzv. Série PDB-101 pomáhají jeho molekuly studentům lépe porozumět mechanismům diabetu 2. typu nebo otravy olovem. Má připravovaný obraz ve velkém měřítku, který pokryje životní cyklus viru HIV.
I odborníci se mohou poučit z ilustrací zboží Zboží. Brzy si vzpomíná, že chodí po institutu a ptá se svých kolegů, jak přeplněné si myslí, že je buňka. Odhady, které dostal zpět, byly velmi slabé. Teprve když se stáhl a podíval se na velký obrázek, bylo zřejmé, že buňky jsou velmi husté a složité.
„Nevím o mnoha dalších lidech, kteří operují způsobem, jakým [Zboží] působí, “ říká Burley. Goodsellova práce spojuje uměleckou interpretaci a vědecké znalosti. „Je schopen vyprávět více o příběhu 3D struktury ručně než pomocí počítačové grafiky. To je, myslím, skutečná krása jeho práce.“
Práce Goodsell lze vidět v seriálu Molekula měsíce v RCSB Protein Data Bank a na jeho webových stránkách . Jeho web také poskytuje podrobnější informace o některých obrázcích v tomto článku.
