Ο ιός Zika εξερράγη στην παγκόσμια σκηνή πέρυσι όταν οι υπάλληλοι υγείας άρχισαν να υποψιάζονται ότι θα μπορούσαν να προκαλέσουν γενετικές ανωμαλίες στα μωρά. Όπως η επιδημία Ebola το 2014, ο φόβος αυξήθηκε γρήγορα. Η καταστροφή που προκλήθηκε από την ασθένεια είναι βαθιά ανησυχητική, εν μέρει επειδή τα σωματίδια της μόλυνσης είναι αόρατα.
Για να κάνετε κάτι ορατό είναι να έχετε μια καλύτερη λαβή σε αυτό, για να καταστεί πιο διαχειρίσιμο. Τον Μάρτιο του τρέχοντος έτους, ο Michael Rossmann του Πανεπιστημίου Purdue στην Ιντιάνα και οι συνεργάτες του χαρτογράφησαν αυτό που ο Meghan Rosen για την Science News χαρακτήρισε ως "ανώμαλη, σφαιρική δομή του γκολφ" της Zika. Με τη δομή που συνάγεται, οι επιστήμονες έχουν τώρα ένα σημείο εκκίνησης για να μάθουν πώς λειτουργεί ο ιός και αν μπορεί να σταματήσει. Οι ερευνητές θα αναζητήσουν σημεία στη δομή που θα μπορούσαν να προσφέρουν έναν στόχο για ένα φάρμακο.
Στο πνεύμα αυτό, αλλά με μια πιο καλλιτεχνική συστροφή, ένας άλλος επιστήμονας έχει ζωγραφίσει μια εικόνα για το τι μπορεί να μοιάζει όταν ο Zika μολύνει μια κυψέλη.
Η ακουαρέλα του David S. Goodsell απεικονίζει μια περιοχή περίπου 110 νανομέτρων, αναφέρει η Maggie Zackowitz για το NPR . Αυτό είναι σχεδόν 1.000 φορές μικρότερο από το πλάτος μιας τυπικής ανθρώπινης τρίχας. Στη ζωγραφιά, μια ροζ σφαίρα που αντιπροσωπεύει τον ιό έχει τεμαχιστεί σε μισό για να αποκαλύψει τα μπερδέματα του ιικού γενετικού υλικού. Σαρκώδεις προεξοχές στην επιφάνεια του ιού πιάσουν πράσινους πύργους ενσωματωμένους σε μια ελαφριά πράσινη καμπύλη που φαίνεται να περικλείει ένα μπλέ μπλε. Οι επιφανειακές πρωτεΐνες του ιού συνδέονται με τους υποδοχείς στην επιφάνεια ενός κυττάρου και σύντομα θα μολύνουν.
Οι θανατηφόροι ιοί δεν φαινόταν ποτέ τόσο όμορφοι όσο οι βούρτσες του Stockell. Ο μοριακός βιολόγος με κοινά ραντεβού στο Ινστιτούτο Ερευνών Scripps της La Jolla της Καλιφόρνια και στο κρατικό πανεπιστήμιο Rutgers στο New Jersey ζωγραφίζει λαμπερά και σκουριασμένα σχήματα που μοιάζουν με ζελαμπιέδες, ποδοσφαιριστές και σπαγγέτι που πλήττουν και μοιράζονται μαζί. Ως αφηρημένες εικόνες είναι απολαυστικές, αλλά και η δουλειά του Stockell είναι επίσης σταθερή στην επιστήμη.
Ο επιστήμονας-καλλιτέχνης κάνει μερικές μορφωμένες εικασίες για τα έργα του. "Ορισμένα από τα αντικείμενα και τις αλληλεπιδράσεις είναι πολύ καλά μελετημένα και άλλα όχι, " εξηγεί. "Η επιστήμη είναι ακόμα ένας αναπτυσσόμενος τομέας". Αλλά η τεχνογνωσία του τον αφήνει να χειριστεί με σιγουριά το πινέλο.
Η οπτικοποίηση του μικροσκοπικού βιολογικού κόσμου έμπαινε για πρώτη φορά στο σχολείο των μεταπτυχιακών σπουδών, όταν βασίστηκε σε τεχνικές όπως η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ για να συναγάγει τις πτυχές, τις συσπάσεις και τις συσπάσεις πρωτεϊνών και νουκλεϊνικών οξέων.
Η δομή είναι το κλειδί για την παροχή των μορίων στα κύτταρα τη λειτουργία τους, είτε πρόκειται για ένζυμα που διασπούν άλλα μόρια, RNA κλώνους που καθοδηγούν την κατασκευή πρωτεϊνών ή τις ίνες που υποστηρίζουν και διαμορφώνουν τους ιστούς. Τσέπες σε πρωτεΐνες προσφέρουν σημεία όπου άλλα μόρια μπορούν να δεσμεύσουν και να καταλύσουν ή να αποτρέψουν αντιδράσεις. Όταν ο Rosalind Franklin πέτυχε να καταγράψει την πρώτη εικόνα του DNA, χρησιμοποιώντας την κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, ο James Watson και ο Francis Crick γρήγορα καταλήγουν στο συμπέρασμα πως η αποσύνδεση της διπλής έλικας μπορεί να αποτελέσει πρότυπο για την αναπαραγωγή γενετικού υλικού.
"Εάν στέκεστε έξω από ένα αυτοκίνητο και η κουκούλα είναι κλειστή ώστε να μην βλέπετε τον κινητήρα, δεν γνωρίζετε πώς λειτουργεί η μηχανή", λέει ο Stephen K. Burley, ερευνητής που μελετά την πρωτεϊνωματική στο Πανεπιστήμιο Rutgers. Τα ίδια τα κύτταρα είναι μικροσκοπικά, σύνθετα μηχανήματα και κατανοούν πώς λειτουργούν ή ποια τμήματα και διεργασίες πηγαίνουν στραβά υπό την επήρεια ασθένειας, απαιτεί μια ματιά κάτω από την κουκούλα.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο Goodsell έπρεπε να καταλάβει πώς διαμορφώθηκαν τα μόρια, καθώς και πώς χωρούν μαζί μέσα στο κύτταρο.
Τα γραφικά των υπολογιστών μόλις έσπασαν στην ερευνητική εργαστηριακή σκηνή στα μέσα της δεκαετίας του '80 και έδωσαν στους επιστήμονες, όπως ο Goodsell, τώρα 55, μια άνευ προηγουμένου ματιά στα μόρια που μελετούσαν. Αλλά ακόμα και τα καλύτερα προγράμματα αγωνίστηκαν για να δείξουν όλες τις περιπλοκές ενός μορίου. "Αντικείμενα του μεγέθους μιας πρωτεΐνης ήταν μια πραγματική πρόκληση", λέει. Η απεικόνιση πολλαπλών πρωτεϊνών και η θέση τους σε σχέση με τις κυτταρικές δομές ήταν πέρα από τις δυνατότητες υλικού και λογισμικού εκείνη τη στιγμή.
"Είπα στον εαυτό μου: Πώς θα φαινόταν αν μπορούσαμε να ανατινάξουμε ένα τμήμα της κυψέλης και να δούμε τα μόρια;" Ο κ. Goodsell λέει. Χωρίς τις δυναμικές δυνατότητες γραφικών του σήμερα, γύρισε, κυριολεκτικά, στον πίνακα σχεδίασης για να συγκεντρώσει όλα τα κομμάτια της γνώσης σχετικά με τη δομή που μπορούσε και να δημιουργήσει αυτή την εικόνα του γεμάτου συνωστισμό του κελύφους. Ο στόχος του ήταν "να επιστρέψουμε στην εξέταση της μεγάλης εικόνας της επιστήμης", λέει.
Οι εικόνες που δημιουργεί προορίζονται να είναι επιστημονικές εικόνες, να εμπνεύσουν τους ερευνητές και το ευρύ κοινό να σκεφτούν τις δομές που υποβαθμίζουν τις χημικές αντιδράσεις και τις λειτουργίες των κυττάρων.
Τυπικά, ο Goodsell ξοδεύει μερικές ώρες να σκάβει μέσα από την επιστημονική βιβλιογραφία για να μάθει όλα όσα γνωρίζουν οι ερευνητές για το θέμα που θέλει να το περιγράψει. Στη συνέχεια, συντάσσει ένα μεγάλο σκίτσο μολύβι με βάση αυτό που έχει μάθει. Το χαρτί άνθρακα τον βοηθά να μεταφέρει αυτό το σκίτσο σε χαρτί ακουαρέλας. Τα μόρια μέσα στα κύτταρα είναι συχνά μικρότερα από το μήκος κύματος του φωτός, έτσι μια αληθινή άποψη ενός μοριακού τοπίου θα ήταν άχρωμη, αλλά ο Goodsell προσθέτει χρώμα και σκίαση για να βοηθήσει τους ανθρώπους να ερμηνεύσουν τα έργα του. Το αποτέλεσμα είναι λεπτομερείς απόψεις των μοριακών μηχανών στην εργασία.
Σε μια ζωγραφική Ebola, για παράδειγμα, ο ιός μοιάζει με ένα τεράστιο σκουλήκι που εκτρέφει το κεφάλι του. Ο ιός έχει κλέψει τα συστατικά μιας κυτταρικής μεμβράνης από ένα μολυσμένο κύτταρο, που απεικονίζεται σε μωβ ανοιχτό, ο Goodsell γράφει για τον ηλεκτρονικό πόρο, το Protein Data Bank (PDB) της RCSB. Τυρκουάζ μπρόκολο-κεφαλές που γυαλίζουν το εξωτερικό της μεμβράνης είναι γλυκοπρωτεΐνες, οι οποίες μπορούν να μανδαλώσουν στην επιφάνεια ενός κυττάρου ξενιστή και να τραβήξουν το ιογενές σωματίδιο αρκετά κοντά ώστε το γενετικό υλικό του (σε κίτρινο, προστατευμένο από την πράσινη νουκλεοπρωτεΐνη) μπορεί να σπρωχτεί μέσα. Αυτές οι γλυκοπρωτεΐνες ήταν ένας σημαντικός στόχος για φάρμακα για την καταπολέμηση του ιού.
Η ζωγραφική κέρδισε το φετινό Wellcome Image Awards, έναν διαγωνισμό που αντλεί εμπειρογνώμονες σε επιστημονική απεικόνιση και απεικόνιση από όλο τον κόσμο.
Η ζωγραφική Ebola και πολλές άλλες εικόνες από τον Goodsell ζουν στο ΠΣΠ, υπό την εποπτεία του Burley, του διευθυντή του αποθετηρίου. Το PDB έχει πάνω από 119.000 δομές πρωτεϊνών, RNA, DNA και άλλων μορίων. Μερικά στατιστικά στοιχεία δείχνουν πόσο σημαντική είναι η δομή για τους βιολόγους: Υπάρχουν περίπου 1, 5 εκατομμύρια λήψεις λεπτομερών δομικών πληροφοριών 3D από την τράπεζα δεδομένων κάθε μέρα. Τα τελευταία τέσσερα χρόνια, άνθρωποι από 191 από τα 194 αναγνωρισμένα ανεξάρτητα κράτη στον κόσμο έχουν πρόσβαση στον πόρο.
Τον Ιούλιο, η Goodsell θα δημοσιεύσει το 200ο "Μόριο του Μήνα", μια σειρά που περιλαμβάνει τις απεικονίσεις πρωτεϊνών και άλλων μορίων μαζί με μια γραπτή εξήγηση της λειτουργίας και της σπουδαιότητας των δομών.
Η δουλειά του Productsell βοηθά στην εκπαίδευση των μαθητών του Λυκείου και άλλων για τις δομές πίσω από τα σωματίδια που προκαλούν ασθένεια και τις συνθήκες υγείας στις ειδήσεις. Για τη λεγόμενη σειρά PDB-101, τα μόρια του βοηθούν τους μαθητές να κατανοήσουν καλύτερα τους μηχανισμούς που βρίσκονται πίσω από τον διαβήτη τύπου 2 ή τη δηλητηρίαση από μόλυβδο. Έχει μια επερχόμενη ζωγραφική μεγάλης κλίμακας που θα καλύψει τον κύκλο ζωής του ιού HIV.
Ακόμα και οι ειδικοί μπορούν να μάθουν από τις εικονογραφήσεις του Stockwell Από νωρίς, θυμάται να πηγαίνει γύρω από το ινστιτούτο για να ρωτήσει τους συναδέλφους του πόσο γεμάτο συνειδητοποίησαν ότι ήταν ένα κύτταρο. Οι εκτιμήσεις που επέστρεψε ήταν πολύ αραιές. Μόνο όταν τραβούσε πίσω για να δούμε τη μεγάλη εικόνα έγινε φανερό ότι τα κύτταρα είναι πολύ πυκνά και πολύπλοκα.
"Δεν γνωρίζω πολλούς άλλους ανθρώπους που λειτουργούν με τον τρόπο που κάνει η [Goodsell]", λέει ο Burley. Το έργο του Stockell ενώνει την καλλιτεχνική ερμηνεία και την επιστημονική γνώση. "Είναι σε θέση να μιλήσει περισσότερο για την ιστορία της δομής 3D με το χέρι από ό, τι μπορείτε με τα γραφικά του υπολογιστή. Αυτό νομίζω είναι η πραγματική ομορφιά του έργου του".
Η δουλειά του Goodsell μπορεί να προβληθεί στη σειρά " Molecule of the Month " της RCSB Protein Data και στην ιστοσελίδα του . Ο ιστότοπός του παρέχει επίσης περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με ορισμένες από τις εικόνες αυτού του άρθρου.
