Virus Zika je lani na svetovnem prizorišču eksplodiral, ko so zdravstveni uradniki začeli sumiti, da lahko pri otrocih povzroči okvare pri rojstvu. Tako kot epidemija ebole leta 2014 se je tudi strah hitro izbruhnil. Uničenje, ki ga povzroči bolezen, je globoko moteče, deloma tudi zato, ker so delci okužbe nevidni.
Da bi bilo nekaj vidno, je, da na njem naredite boljši ročaj in ga naredite bolj obvladljivega. Marca letošnjega leta je Michael Rossmann z univerze Purdue v Indiani in njegovi sodelavci preslikali tisto, kar je Meghan Rosen za Science News opisala kot "poskočno strukturo v obliki žogice za golf". Z ugotovljeno strukturo imajo znanstveniki zdaj izhodišče, da se naučijo, kako virus deluje in ali ga je mogoče ustaviti. Raziskovalci bodo iskali točke v strukturi, ki bi lahko ponudile cilj za neko zdravilo.
V tej vesti, vendar z bolj umetniškim zasukom, je drugi znanstvenik narisal podobo, kako bi lahko izgledalo, ko Zika okuži celico.
Akvarel David S. Goodsell prikazuje območje široko približno 110 nanometrov, poroča Maggie Zackowitz za NPR . To je skoraj 1000-krat manjše od širine tipičnega človeškega lasu. Na sliki je roza krogla, ki predstavlja virus, narezana na polovico, da razkrije zaplete virusnega genskega materiala. Mesnate izrastke na površini virusa dojemajo zelene stolpe, vdelane v svetlo zeleni krivulji, ki menda obdaja modro barvo. Površinski proteini virusa se vežejo na receptorje na površini celice, ki jih bo kmalu okužil.
Smrtonosni virusi nikoli niso izgledali tako lepo, kot se to dogaja pod Goodsellovim čopičem. Molekularni biolog s skupnimi sestanki na raziskovalnem inštitutu Scripps v La Jolli v Kaliforniji in na državni univerzi Rutgers v New Jerseyju nariše svetlo obarvane in škripave oblike, ki spominjajo na meduze, nogomet in špagete, ki se množijo in skačejo skupaj. Kot abstraktne slike so navdušujoče, vendar je Goodsell-ovo delo trdno zasnovan tudi v znanosti.
Znanstvenik-umetnik naredi nekaj poučenih ugibanj za svoje slike. "Nekateri predmeti in interakcije so zelo dobro raziskani, drugi pa ne, " pojasnjuje. "Znanost je še vedno rastoče področje." Toda njegovo strokovno znanje mu omogoča, da samozavestno krtači s čopičem.
Vizualizacijo mikroskopskega biološkega sveta je Goodsell najprej zaintrigiral v podiplomskem šoli, ko se je zanašal na tehnike, kot je rentgenska kristalografija, da bi ugotovil gube, zasuke in konture beljakovin in nukleinskih kislin.
Struktura je ključna za to, da molekule v celicah dajejo svojo funkcijo, naj gre za encime, ki cepijo druge molekule, pramene RNA, ki poučujejo o gradnji beljakovin, ali vlakna, ki podpirajo in oblikujejo tkiva. Žepi v beljakovinah ponujajo mesta, kjer se druge molekule lahko vežejo in katalizirajo ali preprečijo reakcije. Ko je Rosalind Franklin uspela s pomočjo rentgenske kristalografije posneti prvo sliko DNK, sta James Watson in Francis Crick hitro ugotovila, kako lahko razklenitev dvojne vijačnice ponudi predlogo za podvajanje genetskega materiala.
"Če stojiš zunaj avtomobila in je pokrov zaprt, da motorja ne moreš videti, nimaš pojma, kako stroj deluje, " pravi Stephen K. Burley, raziskovalec, ki študira proteomiko na univerzi Rutgers. Celice so majhne, zapletene naprave in razumevanje, kako delujejo ali kateri deli in procesi gredo pod vplivom bolezni, zahtevajo pogled pod pokrov.
Zato je Goodsell potreboval, da je razumel, kako se molekule oblikujejo, in kako se skupaj prilegajo v celico.
Računalniška grafika se je sredi osemdesetih šele vdrla na prizorišče raziskovalnega laboratorija in znanstvenikom, kot je Goodsell, danes star 55 let, brez primere ogledala molekule, ki so jih preučevali. Toda tudi najboljši programi so se borili, da bi prikazali vse tankosti ene same molekule. "Predmeti velikosti beljakovin so bili pravi izziv, " pravi. Vizualizacija več beljakovin in njihovega položaja glede na celične strukture je bila takrat zunaj strojne in programske zmožnosti.
"Rekel sem si: kako bi bilo videti, če bi lahko razstrelili del celice in videli molekule?" Pravi Goodsell. Brez današnjih močnih računalniških grafičnih zmogljivosti se je, dobesedno, obrnil na risalno ploščo, da bi zbral vse delčke znanja o zgradbi, ki jih je mogel, in ustvaril to podobo natrpane notranjosti celice. Njegov cilj je bil "vrniti se k ogledu velike slike znanosti", pravi.
Podobe, ki jih ustvarja, naj bi bile znanstvene ilustracije, da bi spodbudile raziskovalce in širšo javnost k razmišljanju o strukturah, ki temeljijo na kemijskih reakcijah in funkcijah celic.
Goodsell običajno preživi nekaj ur, ko se kopa po znanstveni literaturi, da bi se naučil vsega, kar raziskovalci vedo o temi, ki jo želi ponazoriti. Nato na podlagi tega, kar se je naučil, pripravi veliko skico svinčnika. Ogljikov papir mu pomaga, da to skico prenese na akvarelni papir. Molekule v celicah so pogosto manjše od valovne dolžine svetlobe, zato bi bil resničen pogled na molekularno pokrajino brezbarven, vendar Goodsell doda barvo in senčenje, da bi ljudem pomagali razlagati njegove slike. Rezultat so podrobni pogledi na molekularne stroje pri delu.
Na primer na sliki z ebolo je virus videti kot ogromen črv, ki vzreja glavo. Virus je ukradel sestavine celične membrane iz okužene celice, prikazane v svetlo vijolični barvi, piše Goodsell za spletni vir, RCSB-ov Protein Data Bank (PDB). Tirkizne glave brokolija, ki obzidajo zunanjo stran membrane, so glikoproteini, ki se lahko prilepijo na površino gostiteljske celice in potegnejo virusni delček dovolj blizu, da se lahko njegov genetski material (rumene barve, zaščiten z zelenim nukleoproteinom) potisne v notranjost. Ti glikoproteini so bili glavna tarča zdravil za boj proti virusu.
Slika je dobila letošnje nagrade Wellcome Image Awards, tekmovanje, ki pritegne strokovnjake za znanstveno ilustracijo in vizualizacijo s celega sveta.
Slika Ebola in številne druge slike Goodsela živijo v PDB, pod nadzorom Burleyja, direktorja odlagališča. PDB vsebuje več kot 119.000 struktur beljakovin, RNA, DNK in drugih molekul. Nekaj statističnih podatkov kaže, kako pomembna je struktura za biologe: Vsak dan je približno 1, 5 milijona prenosov podrobnih 3D strukturnih informacij iz banke podatkov. V zadnjih štirih letih so do virov dostopali ljudje iz 191 od 194 priznanih neodvisnih držav na svetu.
Julija bo Goodsell objavil svojo 200. serijo "Molecule meseca", v kateri bodo prikazani proteini in druge molekule, skupaj s pisno razlago delovanja in pomena struktur.
Goodsell-ovo delo pomaga pri izobraževanju srednješolcev in drugih o strukturah, ki stojijo za delci, ki povzročajo bolezen, in zdravstvenih stanjih. V tako imenovani seriji PDB-101 njegove molekule pomagajo študentom, da bolje razumejo mehanizme za diabetes tipa 2 ali zastrupitve s svincem. Ima prihajajočo obsežno sliko, ki bo zajela življenjski cikel virusa HIV.
Celo strokovnjaki se lahko naučijo iz ilustracij Goodsela. Zgodaj se spominja, da je hodil po zavodu in vprašal svoje kolege, kako gneča se jim zdi celica. Ocene, ki jih je dobil nazaj, so bile zelo razvodene. Šele ko se je potegnil nazaj za ogled velike slike, je postalo očitno, da so celice zelo goste in zapletene.
"Nisem seznanjen s številnimi drugimi, ki delujejo tako, kot [Goodsell], " pravi Burley. Goodsell-ovo delo združuje umetniško interpretacijo in znanstveno znanje. "Z roko lahko pove več zgodbe o 3D strukturi, kot lahko z računalniško grafiko. To je, mislim, resnična lepota njegovega dela."
Goodsell-ovo delo si lahko ogledate v seriji " Molekule meseca " banke RCSB Protein Data Bank in na njegovem spletnem mestu . Njegovo spletno mesto vsebuje tudi več podrobnosti o nekaterih slikah v tem članku.
