Вирусът Zika избухна на световната сцена миналата година, когато здравните служители започнаха да подозират, че може да причини вродени дефекти при бебетата. Подобно на епидемията от ебола през 2014 г., страхът се разраства бързо. Унищожението, причинено от болестта, е дълбоко смущаващо, отчасти защото частиците на заразата са невидими.
Да направиш нещо видимо означава да се справиш по-добре с него, да го направиш по-управляем. През март тази година Майкъл Росман от Университета Пърдю в Индиана и неговите колеги картографираха това, което Меган Росен за Science News определи като "неравномерната структура на топката за голф" на Zika. С изведената структура учените сега имат отправна точка да научат как работи вирусът и дали той може да бъде спрян. Изследователите ще търсят точки в структурата, които могат да предложат цел за лекарство.
В този смисъл, но с по-артистичен обрат, друг учен е нарисувал изображение как може да изглежда, когато Зика заразява клетка.
Акварелът на Дейвид С. Гудсел изобразява площ около 110 нанометра, съобщава Маги Заковиц за NPR . Това е почти 1000 пъти по-малко от ширината на типична човешка коса. На картината розова сфера, представляваща вируса, е нарязана наполовина, за да разкрие заплитания от вирусен генетичен материал. Месести изпъкналости на повърхността на вируса схващат зелени кули, вградени в светло зелена крива, която сякаш огражда синьо. Повърхностните протеини на вируса се свързват с рецепторите на повърхността на клетката, която скоро ще зарази.
Смъртоносните вируси никога не са изглеждали толкова красиво, както се правят под четката на Гудсел. Молекулярният биолог със съвместни назначения в изследователския институт „Скрипс“ в Ла Джола, Калифорния и Rutgers State University в Ню Джърси рисува ярко оцветени и прилепнали на вид форми, наподобяващи желузи, футболи и спагети, които се тълпят и прескачат заедно. Като абстрактни образи те са възхитителни, но работата на Гудсел също е здраво стъпила в науката.
Ученият-художник прави някои образовани предположения за своите картини. "Някои от обектите и взаимодействията са много добре проучени, а други - не", обяснява той. "Науката все още нараства." Но опитът му позволява да владее четката с боя с увереност.
Визуализирането на микроскопичния биологичен свят за първи път заинтригува Гудсел в аспирантура, когато разчита на техники като рентгенова кристалография, за да изведе гънките, обратите и изкривяванията на протеини и нуклеинови киселини.
Структурата е ключова за даването на молекулите в клетките тяхната функция, независимо дали те са ензими, които разцепват други молекули, нишки на РНК, които инструктират изграждането на протеини или влакната, които поддържат и оформят тъканите. Джобовете в протеините предлагат петна, където други молекули могат да се свързват и катализират или предотвратяват реакции. Когато Розалинд Франклин успя да заснеме първата снимка на ДНК, използвайки рентгенова кристалография, Джеймс Уотсън и Франсис Крик бързо успяха да разберат как разкопчаването на двойната спирала може да предостави шаблон за репликация на генетичен материал.
„Ако стоите извън автомобил и качулката е затворена, за да не виждате двигателя, нямате представа как работи машината“, казва Стивън К. Бърли, изследовател, който изучава протеомиката в университета в Рътърс. Самите клетки са мънички, сложни машини и разбирането как работят или какви части и процеси протичат под въздействието на болестта, изисква поглед под капака.
Ето защо Goodsell трябваше да разбере как се оформят молекулите, както и как се вписват заедно в клетката.
Компютърната графика тъкмо навлизаше в сцената на изследователската лаборатория в средата на 80-те години на миналия век и даваше на учени като Гудсел, сега на 55 години, безпрецедентен поглед върху молекулите, които са изучавали. Но дори и най-добрите програми се мъчеха да покажат всички тънкости на една молекула. "Обектите с размерите на протеин бяха истинско предизвикателство", казва той. Визуализирането на множество протеини и тяхното място по отношение на клетъчните структури беше извън възможностите на хардуера и софтуера по това време.
"Казах си: Как би изглеждало, ако можем да взривим част от клетката и да видим молекулите?" Гудсел казва. Без мощните компютърни графични възможности на днешния ден, той се обърна, буквално, към чертожната дъска, за да събере всички частици знания за структурата, които можеше, и да създаде този образ на препълнения интериор на клетка. Целта му беше „да се върне към поглед към голямата картина на науката“, казва той.
Образите, които той създава, са предназначени да бъдат научни илюстрации, да вдъхновят изследователите и широката общественост да мислят за структурите, които стоят в основата на химичните реакции и функциите на клетките.
Обикновено Goodsell прекарва няколко часа в ровене из научна литература, за да научи всичко, което изследователите знаят по темата, която иска да илюстрира. След това той прави голяма скица с молив въз основа на наученото. Въглеродната хартия му помага да прехвърли тази скица на акварелна хартия. Молекулите вътре в клетките често са по-малки от дължината на вълната на светлината, така че истинският изглед на молекулярния пейзаж би бил безцветен, но Гудсел добавя цвят и засенчване, за да помогне на хората да интерпретират картините му. Резултатът е подробен изглед на молекулярните машини по време на работа.
Например в картина с Ебола вирусът изглежда като огромен червей, отглеждащ главата си. Вирусът е откраднал компонентите на клетъчната мембрана от заразена клетка, изобразени в светло лилаво, пише Goodsell за онлайн ресурса, банката за данни за протеини (PDB) на RCSB. Главите от тюркоазени броколи, залепващи външната страна на тази мембрана, са гликопротеини, които могат да се придържат към повърхността на гостоприемна клетка и да издърпат вирусната частица достатъчно близо, че нейният генетичен материал (в жълто, защитен от зеления нуклеопротеин) може да бъде пъхнат вътре. Тези гликопротеини са били основна мишена за лекарства за борба с вируса.
Картината спечели тазгодишните награди Wellcome Image Awards, конкурс, който привлича експерти по научна илюстрация и визуализация от цял свят.
Картината Ebola и много други изображения на Goodsell живеят в PDB, под наблюдението на Бърли, директор на хранилището. PDB съдържа повече от 119 000 структури от протеини, РНК, ДНК и други молекули. Няколко статистически данни показват колко важна е структурата за биолозите: Всеки ден има около 1, 5 милиона изтегляния на подробна 3D структурна информация от банката данни. През последните четири години хора от 191 от 194-те признати независими държави в света са имали достъп до ресурса.
През юли Гудсел ще публикува своята 200-та поредица „Молекула на месеца“, представяща своите изображения на протеини и други молекули, заедно с писмено обяснение на функциите и значението на структурите.
Работата на Goodsell помага да се обучават средношколци и други за структурите зад причиняващите болести частици и здравословните състояния в новините. За така наречената серия PDB-101 неговите молекули помагат на учениците по-добре да разберат механизмите зад диабет тип 2 или отравяне с олово. Той има предстояща мащабна картина, която ще обхване жизнения цикъл на вируса на ХИВ.
Дори експертите могат да се поучат от илюстрациите на Goodsell. В началото той си спомня, че обикаля института, за да попита колегите си колко претъпкани смятат, че е килия. Оценките, които получи обратно, бяха много размити. Едва когато се отдръпна, за да погледне голямата картина, стана ясно, че клетките са много плътни и сложни.
"Не съм запознат с много други хора, работещи по начина, по който го прави [Goodsell]", казва Бърли. Работата на Goodsell обединява художествената интерпретация и научните знания. "Той е в състояние да разкаже повече от историята на 3D структурата на ръка, отколкото можете с компютърната графика. Това, струва ми се, е истинската красота на работата му."
Работата на Goodsell може да се види в поредицата " Молекула на месеца " на RCSB Protein Data Bank и на неговия уебсайт . Уебсайтът му също предоставя повече подробности за някои от изображенията в тази статия.
