Virus Zika eksplodirao je na globalnoj sceni prošle godine, kada su zdravstveni dužnosnici počeli sumnjati da može uzrokovati urođene mane kod beba. Kao i epidemija ebole 2014. godine, strah se brzo razvio. Uništavanje uzrokovano bolešću duboko je uznemirujuće, dijelom i zbog toga što su čestice zaraze nevidljive.
Da bi nešto bilo vidljivo znači bolje rukovati njime i učiniti ga upravljivijim. U ožujku ove godine, Michael Rossmann sa sveučilišta Purdue u Indiani i njegovi kolege mapirali su ono što je Meghan Rosen za Science News opisala kao "gnjavastu, zikastu strukturu u obliku loptice za golf". S obzirom na zaključenu strukturu, znanstvenici sada imaju početnu točku da nauče kako virus djeluje i može li ga se zaustaviti. Istraživači će tražiti točke u strukturi koja bi mogla ponuditi cilj lijeka.
U tom smislu, ali s više umjetničkim zaokretom, drugi je znanstvenik naslikao sliku kako bi to moglo izgledati kad Zika inficira stanicu.
Akvarel David S. Goodsell prikazuje područje oko 110 nanometara, izvještava Maggie Zackowitz za NPR . To je gotovo 1000 puta manje od širine tipične ljudske dlake. Na slici je ružičasta sfera koja predstavlja virus presječena na pola da bi otkrila zapetine virusnog genetskog materijala. Mesnate izbočine na površini virusa hvataju se zelene kule ugrađene u svijetlozelenu krivulju koja, čini se, uključuje plavu plavu boju. Površinski proteini virusa vežu se za receptore na površini stanice koje će uskoro zaraziti.
Smrtonosni virusi nikada nisu izgledali tako lijepo kao što se to događa pod Goodsellovim kistom. Molekularni biolog koji ima zajedničke sastanke na istraživačkom institutu Scripps u La Jolli, Kalifornija i Državnom sveučilištu Rutgers u New Jerseyu, oslikava jarko obojene i šljokičaste oblike nalik na meduze, nogomet i špagete koji gomilaju i skaču zajedno. Kao apstraktne slike divne su, ali Goodsell-ovo djelo čvrsto je poduprto i u znanosti.
Znanstvenik-umjetnik stvara neke obrazovane nagađanja za svoje slike. "Neki su predmeti i interakcije vrlo dobro proučeni, a drugi nisu", objašnjava on. "Znanost je još uvijek rastuće polje." No, njegova stručnost omogućuje mu da samouvjereno drži četku za farbanje.
Vizualiziranje mikroskopskog biološkog svijeta prvo je zaintrigiralo Goodsell-a u diplomskoj školi, kada se oslanjao na tehnike poput rentgenske kristalografije da bi zaključio nabore, uvijanja i konture proteina i nukleinskih kiselina.
Struktura je ključna za dobivanje molekula u stanicama, bilo da su u pitanju enzimi koji cijepaju ostale molekule, RNA lance koje usmjeravaju izgradnju proteina ili vlakna koja podržavaju i oblikuju tkiva. Džepovi u proteinima nude mjesta na kojima se druge molekule mogu vezati i katalizirati ili spriječiti reakcije. Kad je Rosalind Franklin uspjela snimiti prvu sliku DNK, rendgenskom kristalografijom, James Watson i Francis Crick brzo su uspjeli zaključiti kako otključavanje dvostruke spirale može pružiti predložak za replikaciju genetskog materijala.
"Ako stojite ispred automobila i haubica je zatvorena pa ne možete vidjeti motor, nemate pojma kako stroj radi", kaže Stephen K. Burley, istraživač koji proučava proteomiku na Sveučilištu Rutgers. Sama ćelije su maleni, složeni strojevi, a za razumijevanje načina na koji rade ili koji dijelovi i procesi prolaze pod utjecajem bolesti potrebno je pogledati pod kap.
Zbog toga je Goodsell trebao razumjeti kako se molekule oblikuju i kako se stapaju unutar stanice.
Računalna grafika tek se probila na scenu istraživačkog laboratorija sredinom osamdesetih i dala znanstvenicima poput Goodsela, koji sada ima 55 godina, neviđen pogled na molekule koje su proučavali. Ali čak su se i najbolji programi borili da pokažu sve zamršenosti jedne molekule. "Predmeti veličine proteina bili su pravi izazov", kaže on. Vizualizacija više proteina i njihovog položaja u odnosu na stanične strukture tada je bila izvan mogućnosti hardvera i softvera.
"Rekao sam sebi: Kako bi izgledalo kada bismo raznijeli dio stanice i vidjeli molekule?" Goodsell kaže. Bez moćnih računalnih grafičkih mogućnosti današnjice, skrenuo se, doslovno, prema ploči za crtanje kako bi sakupio sve dijelove znanja o strukturi koju je mogao i stvorio tu sliku prepunom unutrašnjošću ćelije. Cilj mu je bio „vratiti se na pregled velike slike znanosti“, kaže on.
Slike koje stvara moraju biti znanstvene ilustracije, kako bi potaknule istraživače i širu javnost na razmišljanje o strukturama koje podliježu kemijskim reakcijama i funkcijama stanica.
Goodsell obično provodi nekoliko sati kopajući po znanstvenoj literaturi kako bi naučio sve što istraživači znaju o temi koju želi ilustrirati. Zatim nacrta veliku skicu olovke na temelju onoga što je naučio. Karbon papir pomaže mu prenijeti tu skicu na akvarelni papir. Molekule unutar stanica često su manje od valne duljine svjetlosti, pa bi pravi prikaz molekularnog krajolika bio bezbojan, ali Goodsell dodaje boju i sjenčanje kako bi pomogao ljudima u tumačenju njegovih slika. Rezultat su detaljni prikazi molekularnih strojeva na djelu.
Na primjer, na slici ebole virus izgleda poput ogromnog crva koji uzgaja glavu. Virus je ukrao komponente stanične membrane iz zaražene stanice, prikazane u svijetlo ljubičastoj boji, piše Goodsell za mrežni resurs, RCSB-ova Protein Data Bank (PDB). Tirkizne glave brokule koje zabijaju s vanjske strane membrane su glikoproteini koji se mogu zakačiti na površinu stanice domaćina i povući virusnu česticu dovoljno blizu da se njegov genetski materijal (žutom, zaštićen zelenim nukleoproteinom) može gurnuti unutra. Ti su glikoproteini bili glavna meta lijekova za borbu protiv virusa.
Slika je dobila ovogodišnje nagrade Wellcome Image Awards, natjecanje koje privlači stručnjake za znanstvenu ilustraciju i vizualizaciju iz cijelog svijeta.
Slika Ebola i mnoge druge slike Goodsela žive u PDB-u, pod nadzorom Burleyja, direktora spremišta. PDB sadrži više od 119 000 struktura proteina, RNA, DNK i drugih molekula. Nekoliko statističkih podataka pokazuje koliko je važna struktura za biologe: Svakodnevno ima oko 1, 5 milijuna preuzimanja detaljnih 3D strukturnih podataka iz banke podataka. U posljednje četiri godine ljudi iz 191 od 194 priznate neovisne države na svijetu pristupili su resursu.
U srpnju će Goodsell objaviti svoju 200. seriju "Molekule mjeseca", koja sadrži njegove prikaze proteina i drugih molekula, zajedno s pisanim objašnjenjem funkcije i važnosti struktura.
Goodsell-ov rad pomaže u edukaciji srednjoškolaca i drugih o strukturama iza čestica koje izazivaju bolest i zdravstvenim uvjetima. U takozvanoj seriji PDB-101, njegove molekule pomažu učenicima da bolje razumiju mehanizme koji stoje iza dijabetesa tipa 2 ili trovanja olovom. Ima nadolazeću sliku velikog obima koja će obuhvatiti životni ciklus virusa HIV-a.
Čak i stručnjaci mogu naučiti iz Goodsellovih ilustracija. Rano se prisjeća kako je obilazio zavod kako bi pitao svoje kolege koliko su prepuni mislili da je ćelija. Procjene koje je dobio natrag bile su vrlo nejasne. Tek kad se povukao da pogleda veliku sliku, postalo je očito da su stanice vrlo guste i složene.
"Nisam svjestan mnogih drugih ljudi koji rade na način na koji to radi [Goodsell]", kaže Burley. Goodsell-ovo djelo objedinjuje umjetničku interpretaciju i znanstvena saznanja. "U stanju je ispričati više priče o 3D strukturi ručno nego što možete s računalnom grafikom. Mislim da je to prava ljepota njegovog rada."
Goodsell-ov rad možete vidjeti u seriji " Molekula mjeseca " RCSB Protein Data banke i na njegovoj web stranici . Njegova web stranica također nudi više detalja o nekim slikama u ovom članku.
