Virusul Zika a explodat pe stadiul global anul trecut, când oficialii din domeniul sănătății au început să suspecteze că ar putea provoca defecte la naștere la bebeluși. La fel ca epidemia de Ebola din 2014, teama arde rapid. Distrugerea provocată de boală este profund deranjantă, în parte deoarece particulele de contagiune sunt invizibile.
A face ceva vizibil înseamnă a obține o manevră mai bună asupra acestuia, a-l face mai gestionabil. În martie a acestui an, Michael Rossmann de la Universitatea Purdue din Indiana și colegii săi au cartografiat ceea ce Meghan Rosen pentru Science News a descris drept „structura în formă de bile de golf” a lui Zika. Conform structurii deduse, oamenii de știință au acum un punct de plecare pentru a afla cum funcționează virusul și dacă acesta poate fi oprit. Cercetătorii vor căuta puncte în structura care ar putea oferi o țintă pentru un medicament.
În această ordine de idei, dar cu o întorsătură mai artistică, un alt om de știință a pictat o imagine despre cum ar putea arăta atunci când Zika infectează o celulă.
Acuarela de David S. Goodsell prezintă o suprafață de aproximativ 110 nanometri lățime, relatează Maggie Zackowitz pentru NPR . Aceasta este de aproape 1.000 de ori mai mică decât lățimea unui păr tipic uman. În pictură, o sferă roz reprezentând virusul a fost tăiată la jumătate pentru a dezvălui încurcăturile materialului genetic viral. Protuberanțele pline de pe suprafața virusului apucă turnurile verzi înglobate într-o curbă verde deschis, care pare să cuprindă un albastru albastru. Proteinele de suprafață ale virusului se leagă de receptorii de pe suprafața unei celule pe care le va infecta curând.
Virușii mortali nu arătau niciodată atât de frumoși ca și sub peria lui Goodsell. Biologul molecular cu numiri comune la Scripps Research Institute din La Jolla, California și Universitatea de Stat din Rutgers din New Jersey, pictează forme viu colorate și cu aspect squishy, asemănătoare cu jeleu, fotbal și spaghete care se aglomerează și se împletesc. Ca imagini abstracte, acestea sunt încântătoare, dar lucrarea merchandell este de asemenea fermă în știință.
Omul de știință-artist face câteva ghiciri educate pentru picturile sale. „Unele dintre obiecte și interacțiuni sunt foarte bine studiate, iar altele nu”, explică el. "Știința este încă un domeniu în creștere." Dar expertiza lui îi permite să poarte pensula cu încredere.
Vizualizarea lumii biologice microscopice a intrigat-o pentru prima dată pe Goodsell în școala absolvită, când s-a bazat pe tehnici precum cristalografia cu raze X pentru a deduce pliurile, răsucirea și contorsionarea proteinelor și acizilor nucleici.
Structura este esențială pentru a oferi moleculelor din celule funcția lor, fie că sunt enzime care scindează alte molecule, catene de ARN care instruiesc construirea de proteine sau fibrele care susțin și modelează țesuturile. Buzunarele din proteine oferă locuri unde alte molecule se pot lega și cataliza sau preveni reacțiile. Când Rosalind Franklin a reușit să surprindă prima imagine a ADN-ului, folosind cristalografia cu raze X, James Watson și Francis Crick au reușit rapid să deducă modul în care dezarhivarea dublei elici ar putea oferi un șablon pentru replicarea materialului genetic.
„Dacă stai în afara unui automobil și capota este închisă, astfel încât să nu vezi motorul, nu ai habar cum funcționează mașina”, spune Stephen K. Burley, un cercetător care studiază proteomica la Rutgers University. Celulele în sine sunt mașini minuscule și complexe, iar înțelegerea modului în care funcționează sau ce părți și procese se descurcă sub influența bolii, necesită o privire sub capotă.
De aceea, Goodsell trebuia să înțeleagă modul în care au fost formate moleculele, precum și modul în care acestea se potrivesc în interiorul celulei.
Grafica computerului tocmai a intrat în scena laboratorului de cercetare la mijlocul anilor '80 și a oferit oamenilor de știință precum Goodsell, acum 55 de ani, o privire inedită asupra moleculelor studiate. Dar chiar și cele mai bune programe s-au străduit să arate toate complexitățile unei singure molecule. „Obiectele de mărimea unei proteine au fost o adevărată provocare”, spune el. Vizualizarea mai multor proteine și locul lor în raport cu structurile celulare a fost dincolo de capacitățile hardware și software la acea vreme.
„Mi-am spus: cum ar părea dacă am putea arunca o porție din celulă și am vedea moleculele?” Spune Goodsell. Fără capacitățile grafice de înaltă putere din ziua de azi, el a apelat, destul de literal, la tabloul de desen pentru a reda toate elementele de cunoștințe despre structura pe care le-a putut și pentru a crea acea imagine a interiorului aglomerat al unei celule. Scopul său a fost „să se întoarcă la privirea imaginii mari a științei”, spune el.
Imaginile pe care le creează sunt destinate a fi ilustrații științifice, pentru a inspira cercetătorii și publicul larg să se gândească la structurile care stau la baza reacțiilor chimice și a funcțiilor celulelor.
De obicei, Goodsell petrece câteva ore săpând prin literatura științifică pentru a afla tot ce știu cercetătorii despre subiectul pe care vrea să îl ilustreze. Apoi, întocmește o schiță mare de creion pe baza a ceea ce a învățat. Hârtia de carbon îl ajută să transfere acea schiță pe hârtie acuarelă. Moleculele din interiorul celulelor sunt adesea mai mici decât lungimea de undă a luminii, astfel încât o viziune adevărată a unui peisaj molecular ar fi incoloră, dar Goodsell adaugă culoare și umbrire pentru a ajuta oamenii să interpreteze tablourile sale. Rezultatul este o vedere detaliată a utilajelor moleculare la locul de muncă.
Într-un tablou Ebola, de exemplu, virusul arată ca un vierme imens care își crește capul. Virusul a furat componentele unei membrane celulare de la o celulă infectată, descrisă în violet deschis, Goodsell scrie pentru resursa online, Banca de date proteice (PDB) a RCSB. Capetele de broccoli turcoaz care stuc la exteriorul membranei sunt glicoproteine, care se pot fixa pe suprafața unei celule gazdă și pot trage particula virală suficient de aproape încât materialul său genetic (galben, protejat de nucleoproteina verde) să poată fi înfipt în interior. Aceste glicoproteine au fost o țintă majoră pentru medicamentele pentru combaterea virusului.
Pictura a câștigat anul acesta Premiile Wellcome Image, o competiție care atrage experți în ilustrație științifică și vizualizare din întreaga lume.
Tabloul Ebola și multe alte imagini de Goodsell trăiesc la PDB, sub supravegherea lui Burley, directorul depozitului. PDB deține peste 119.000 de structuri de proteine, ARN, ADN și alte molecule. Câteva statistici demonstrează cât de importantă este structura pentru biologi: În fiecare zi, există circa 1, 5 milioane de descărcări de informații structurale 3D detaliate. În ultimii patru ani, persoane din 191 din 194 de state independente recunoscute din lume au accesat resursa.
În iulie, Goodsell va posta cea de-a 200-a sa „Moleculă a lunii”, o serie care prezintă reprezentările sale de proteine și alte molecule împreună cu o explicație scrisă a funcției și importanței structurilor.
Lucrările merchandell ajută la educarea elevilor de liceu și a altora despre structurile din spatele particulelor cauzatoare de boli și condițiile de sănătate în știri. Pentru așa-numita serie PDB-101, moleculele sale îi ajută pe elevi să înțeleagă mai bine mecanismele din spatele diabetului de tip 2 sau al intoxicațiilor cu plumb. El are o pictură viitoare pe scară largă, care va acoperi ciclul de viață al virusului HIV.
Chiar și experții pot învăța din ilustrațiile de la Goodsell. La început, el își amintește să se ducă în jurul institutului pentru a-și întreba colegii cât de aglomerat au crezut că este o celulă. Estimările pe care le-a revenit erau foarte diluate. Doar când s-a tras înapoi pentru a privi imaginea cea mare, a devenit evident că celulele sunt foarte dense și complexe.
„Nu sunt la curent cu multe alte persoane care operează așa cum face [Goodsell]”, spune Burley. Opera lui Goodsell unește interpretarea artistică și cunoștințele științifice. "El este capabil să spună mai multe despre povestea structurii 3D de mână decât puteți cu ajutorul graficii pe calculator. Aceasta, cred, este adevărata frumusețe a operei sale."
Lucrarea Goodsell poate fi văzută în seria „ Molecula lunii ” a Băncii RCSB Protein Data Bank și pe site-ul său web . Site-ul său oferă, de asemenea, mai multe detalii despre unele imagini din acest articol.
