Zika-viruset eksploderte på den globale scenen i fjor da helsetjenestemenn begynte å mistenke at det kan forårsake fødselsdefekter hos babyer. I likhet med ebolaepidemien i 2014, spiret frykten raskt. Ødeleggelsen av sykdommen er dypt urovekkende, delvis fordi smittepartiklene er usynlige.
Å synliggjøre noe er å få et bedre håndtak på det, å gjøre det mer håndterbart. I mars i år kartla Michael Rossmann fra Purdue University i Indiana og kollegene det Meghan Rosen for Science News beskrev som den "humpete, golfballformede strukturen" til Zika. Med strukturen som er utledet, har forskere nå et utgangspunkt for å lære hvordan viruset fungerer og om det kan stoppes. Forskere vil se etter punkter i strukturen som kan tilby et mål for et medikament.
På den måten, men med en mer kunstnerisk vri, har en annen forsker malt et bilde av hvordan det kan se ut når Zika smitter en celle.
David S. Goodsells akvarell viser et område rundt 110 nanometer bredt, melder Maggie Zackowitz for NPR . Det er nesten 1000 ganger mindre enn bredden på et typisk menneskehår. I maleriet har en rosa sfære som representerer viruset blitt skåret i to for å avsløre floker av det virale genetiske materialet. Kjøttfulle fremspring på virusets overflate tar tak i grønne tårn som er innebygd i en lysegrønn kurve som ser ut til å omslutte et virvar av blått. Overflateproteinene til viruset binder seg til reseptorer på overflaten av en celle det snart vil infisere.
Dødelige virus så aldri så vakre ut som de gjør under Goodsells børste. Molekylærbiologen med felles avtaler ved Scripps Research Institute i La Jolla, California og Rutgers State University i New Jersey, maler fargerike og squishy-utseende former som ligner geleer, fotballer og spaghetti som publiserer og virler sammen. Som abstrakte bilder er de herlige, men Goodsells arbeid er også godt kjent i vitenskapen.
Forskeren-kunstneren gjør noen utdannede gjetninger for maleriene sine. "Noen av objektene og samhandlingene er veldig godt studert, og andre er det ikke, " forklarer han. "Vitenskapen er fremdeles et voksende felt." Men ekspertisen hans lar ham bruke penselen med selvtillit.
Visualiseringen av den mikroskopiske biologiske verdenen fascinerte først Goodsell på grunnskolen, da han stolte på teknikker som røntgenkrystallografi for å trekke fra foldene, vendinger og kontorsjoner av proteiner og nukleinsyrer.
Struktur er nøkkelen til å gi molekyler i celler deres funksjon, enten det er enzymer som spalter andre molekyler, RNA-tråder som instruerer proteinbygging eller fibrene som støtter og former vev. Lommer i proteiner gir flekker der andre molekyler kan binde og katalysere eller forhindre reaksjoner. Da Rosalind Franklin lyktes med å fange det første bildet av DNA ved å bruke røntgenkrystallografi, kunne James Watson og Francis Crick raskt utlede hvordan unzipping av dobbelt helix kunne gi en mal for replikering av genetisk materiale.
"Hvis du står utenfor en bil og panseret er lukket slik at du ikke kan se motoren, har du ingen anelse om hvordan maskinen fungerer, " sier Stephen K. Burley, en forsker som studerer proteomikk ved Rutgers University. Selve cellene er små, komplekse maskiner, og for å forstå hvordan de fungerer eller hvilke deler og prosesser som går galt under påvirkning av sykdom, krever det en titt under panseret.
Derfor trengte Goodsell å forstå hvordan molekyler ble formet, samt hvordan de passet sammen inne i cellen.
Datagrafikk brøt nettopp inn i forskningslaboratoriet på midten av 1980-tallet og ga forskere som Goodsell, nå 55 år, et enestående blikk på molekylene de studerte. Men selv de beste programmene kjempet for å vise alle intrikatene til et enkelt molekyl. "Objekter på størrelse med et protein var en virkelig utfordring, " sier han. Visualisering av flere proteiner og deres plass i forhold til cellulære strukturer var utenfor maskinvare- og programvarefunksjonene den gangen.
"Jeg sa til meg selv: Hvordan ville det se ut hvis vi kunne sprenge en del av cellen og se molekylene?" Goodsell sier. Uten dagens høydrevne datamaskingrafiske evner vendte han seg bokstavelig talt til tegnebrettet for å brette sammen alle kunnskapene om strukturen han kunne og skape det bildet av det overfylte interiøret i en celle. Målet hans var "å komme tilbake til å se på det store bildet av vitenskapen, " sier han.
Bildene han lager er ment å være vitenskapelige illustrasjoner, for å inspirere forskere og allmennheten til å tenke på strukturene som ligger til grunn for kjemiske reaksjoner og cellers funksjoner.
Vanligvis bruker Goodsell noen timer på å grave gjennom vitenskapelig litteratur for å lære alt forskere vet om emnet han ønsker å illustrere. Deretter tegner han opp en stor blyantskisse basert på hva han har lært. Karbonpapir hjelper ham å overføre den skissen til akvarellpapir. Molekylene i cellene er ofte mindre enn lysets bølgelengde, så et sant syn på et molekylært landskap ville være fargeløst, men Goodsell legger til farge og skyggelegging for å hjelpe folk til å tolke maleriene hans. Resultatet er detaljerte bilder av molekylær maskineri på jobb.
I et ebolamaleri, for eksempel, ser viruset ut som en enorm orm som hiver hodet. Viruset har stjålet komponentene i en cellemembran fra en infisert celle, avbildet i lys lilla, skriver Goodsell for nettressursen, RCSBs Protein Data Bank (PDB). Turkis brokkoli-hoder som stukker på utsiden av membranen er glykoproteiner, som kan klemme seg til overflaten av en vertscelle og trekke den virale partikkelen nær nok til at dens arvemateriale (i gult, beskyttet av det grønne nukleoproteinet) kan skyves inni. Disse glykoproteinene har vært et viktig mål for medisiner for å bekjempe viruset.
Maleriet vant årets Wellcome Image Awards, en konkurranse som trekker eksperter på vitenskapelig illustrasjon og visualisering fra hele verden.
Ebolamaleriet og mange andre bilder av Goodsell bor på PDB, under tilsyn av Burley, depotets direktør. PDB inneholder mer enn 119 000 strukturer av proteiner, RNA, DNA og andre molekyler. Noen få statistikker viser hvor viktig struktur er for biologer: Det er omtrent 1, 5 millioner nedlastinger av detaljert 3D-strukturell informasjon fra databanken hver dag. I løpet av de siste fire årene har mennesker fra 191 av de 194 anerkjente uavhengige statene i verden fått tilgang til ressursen.
I juli legger gods ut sin 200. månedens molekyl, en serie med hans skildringer av proteiner og andre molekyler sammen med en skriftlig forklaring av strukturenes funksjon og viktighet.
Goodsells arbeid hjelper med å utdanne elever på videregående skole og andre om strukturene bak sykdomsfremkallende partikler og helsemessige forhold i nyhetene. For den såkalte PDB-101-serien hjelper molekylene studentene bedre å forstå mekanismene bak diabetes type 2 eller blyforgiftning. Han har et kommende maleri i stor skala som vil dekke livssyklusen til HIV-viruset.
Til og med ekspertene kan lære av gods illustrasjoner. Tidlig husker han at han gikk rundt på instituttet for å spørre kollegene hvor overfylt de trodde en celle var. Anslagene han fikk tilbake var veldig utvannede. Først da han trakk seg tilbake for å se på det store bildet, ble det tydelig at celler er veldig tette og sammensatte.
"Jeg kjenner ikke til mange andre mennesker som opererer slik [Goodsell] gjør det, " sier Burley. Goodsells arbeid forener kunstnerisk tolkning og vitenskapelig kunnskap. "Han er i stand til å fortelle mer om historien om 3D-strukturen for hånd enn du kan med datamaskingrafikk. Det tror jeg er den virkelige skjønnheten i arbeidet hans."
Goodsells arbeid kan sees på RCSB Protein Data Banks serie " Månedens måned " og på hans nettsted . Nettstedet hans gir også mer detalj om noen av bildene i denne artikkelen.
