Zika-virus eksploderede på den globale fase sidste år, da sundhedsembedsmænd begyndte at mistænke for, at det kunne forårsage fødselsdefekter hos babyer. Som ebola-epidemien i 2014 voksede frygt hurtigt ud. Den ødelæggelse, der er foretaget af sygdommen, er dybt foruroligende, delvis fordi smittepartiklerne er usynlige.
At synliggøre noget er at få et bedre greb om det, at gøre det mere håndterbart. I marts i år kortlagde Michael Rossmann fra Purdue University i Indiana og hans kolleger, hvad Meghan Rosen for Science News beskrev som Zika's "ujævn, golfboldformet struktur". Når strukturen er udledt, har forskere nu et udgangspunkt for at lære, hvordan virussen fungerer, og om den kan stoppes. Forskere vil se efter punkter i strukturen, der kan give et mål for et lægemiddel.
I den ånd, men med et mere kunstnerisk twist, har en anden videnskabsmand malet et billede af, hvordan det kan se ud, når Zika inficerer en celle.
David S. Goodsells akvarel afbilder et område omkring 110 nanometer bredt, rapporterer Maggie Zackowitz for NPR . Det er næsten 1.000 gange mindre end bredden på et typisk menneskehår. I maleriet er en lyserød kugle, der repræsenterer virussen, skåret i to for at afsløre floker af det virale genetiske materiale. Kødagtige fremspring på virussens overflade griber de grønne tårne indlejret i en lysegrøn kurve, der ser ud til at omslutte et virvar af blåt. Virusens overfladeproteiner binder til receptorer på overfladen af en celle, som den snart inficerer.
Dødelige vira så aldrig så smukke ud, som de gør under Goodsells børste. Molekylærbiologen med fælles aftaler på Scripps Research Institute i La Jolla, Californien og Rutgers State University i New Jersey maler farvestrålende og squishy-udseende former, der ligner vandbønner, fodbold og spaghetti, der mængder og virvar sammen. Som abstrakte billeder er de dejlige, men Goodsells arbejde er også solidt knyttet til videnskab.
Forskeren-kunstneren laver nogle uddannede gæt til sine malerier. "Nogle af objekterne og interaktionerne er meget studerede, og andre er det ikke, " forklarer han. "Videnskaben er stadig et voksende felt." Men hans ekspertise lader ham anvende penslen med selvtillid.
Visualisering af den mikroskopiske biologiske verden fascinerede først Goodsell på kandidatskolen, da han stolte på teknikker som røntgenkrystallografi for at udlede foldene, vendinger og kontortioner af proteiner og nukleinsyrer.
Struktur er nøglen til at give molekyler i celler deres funktion, uanset om det er enzymer, der spalter andre molekyler, RNA-strenge, der instruerer proteinopbygning eller fibrene, der understøtter og former væv. Lommer i proteiner byder på pletter, hvor andre molekyler kan binde og katalysere eller forhindre reaktioner. Da det lykkedes Rosalind Franklin at fange det første billede af DNA ved hjælp af røntgenkrystallografi, var James Watson og Francis Crick hurtigt i stand til at udlede, hvordan unzipping af dobbelt helix kunne give en skabelon til replikation af genetisk materiale.
"Hvis du står uden for en bil, og hætten er lukket, så du ikke kan se motoren, har du ingen idé om, hvordan maskinen fungerer, " siger Stephen K. Burley, en forsker, der studerer proteomik ved Rutgers University. Cellerne i sig selv er små, komplekse maskiner, og for at forstå, hvordan de fungerer, eller hvilke dele og processer, der går galt under påvirkning af sygdom, kræves det et kig under hætten.
Det var derfor, at Productsell havde brug for at forstå, hvordan molekyler blev formet, og hvordan de passer sammen inde i cellen.
Computergrafik var lige ved at bryde ind i forskningslaboratoriet i midten af 1980'erne og gav forskere som Goodsell, nu 55, et hidtil uset kig på molekylerne, de studerede. Men selv de bedste programmer kæmpede for at vise alle forviklingerne ved et enkelt molekyle. ”Objekter på størrelse med et protein var en reel udfordring, ” siger han. Visualisering af flere proteiner og deres placering i forhold til cellulære strukturer var ud over hardware- og softwarekapacitet på det tidspunkt.
"Jeg sagde til mig selv: Hvordan ville det se ud, hvis vi kunne sprænge en del af cellen og se molekylerne?" Goodsell siger. Uden de højdrevne computergrafikfunktioner i dag vendte han sig bogstaveligt talt til tegnebrættet for at styre al den viden om strukturen, han kunne, og skabe det billede af det overfyldte indre af en celle. Hans mål var "at vende tilbage til at se på det store billede af videnskab, " siger han.
De billeder, han skaber, er beregnet til at være videnskabelige illustrationer, til at inspirere forskere og offentligheden til at tænke over de strukturer, der ligger til grund for kemiske reaktioner og cellernes funktioner.
Productsell bruger typisk et par timer på at grave gennem videnskabelig litteratur for at lære alt, hvad forskere ved om det emne, han ønsker at illustrere. Derefter tegner han en stor blyantskitse baseret på hvad han har lært. Kulpapir hjælper ham med at overføre den skitse til akvarelpapir. Molekylerne i cellerne er ofte mindre end lysets bølgelængde, så et sandt billede af et molekylært landskab ville være farveløst, men Goodsell tilføjer farve og skygge for at hjælpe folk med at fortolke hans malerier. Resultatet er detaljerede visninger af molekylær maskiner på arbejdet.
I et ebolamaleri, for eksempel, ser virussen ud som en enorm orm, der hæver hovedet. Virussen har stjålet komponenterne i en cellemembran fra en inficeret celle, afbildet i lys lilla, skriver Goodsell for online-ressourcen, RCSB's Protein Data Bank (PDB). Turquoise broccoli-hoveder, der stukker ydersiden af den membran, er glycoproteiner, som kan klæbe fast på overfladen af en værtscelle og trække den virale partikel tæt nok til, at dens genetiske materiale (i gult, beskyttet af det grønne nucleoprotein) kan skyves indeni. Disse glycoproteiner har været et vigtigt mål for lægemidler til bekæmpelse af virussen.
Maleriet vandt dette års Wellcome Image Awards, en konkurrence, der trækker eksperter inden for videnskabelig illustration og visualisering fra hele verden.
Ebolamaleriet og mange andre billeder af Goodsell bor på PDB under overvågning af Burley, depotets direktør. PDB indeholder mere end 119.000 strukturer af proteiner, RNA, DNA og andre molekyler. Et par statistikker viser, hvor vigtig struktur er for biologer: Der er omkring 1, 5 millioner downloads af detaljerede 3D-strukturelle oplysninger fra databanken hver dag. I de sidste fire år har mennesker fra 191 af de 194 anerkendte uafhængige stater i verden adgang til ressourcen.
I juli udsender Goodsell sin 200. "Månedens molekyle", en serie med hans skildringer af proteiner og andre molekyler sammen med en skriftlig forklaring af strukturenes funktion og betydning.
Goodsells arbejde hjælper med at uddanne gymnasiestuderende og andre om strukturer bag sygdomsfremkaldende partikler og sundhedsmæssige forhold i nyhederne. I den såkaldte PDB-101-serie hjælper hans molekyler studerende med at forstå mekanismerne bag type 2-diabetes eller blyforgiftning. Han har et kommende maleri i stor skala, der vil dække HIV-virusets livscyklus.
Selv eksperterne kan lære af Goodsells illustrationer. Tidligt mindes han om at gå rundt på instituttet for at spørge sine kolleger, hvor overfyldte de troede, at en celle var. De skøn, han fik tilbage, var meget fortyndede. Først da han trak sig tilbage for at se på det store billede blev det tydeligt, at celler er meget tætte og komplekse.
"Jeg er ikke opmærksom på, at mange andre mennesker fungerer som [Goodsell] gør, " siger Burley. Goodsells arbejde forener kunstnerisk fortolkning og videnskabelig viden. "Han er i stand til at fortælle mere om historien om 3D-strukturen i hånden, end du kan med computergrafik. Det tror jeg er den virkelige skønhed ved hans arbejde."
Goodsells arbejde kan ses på RCSB Protein Data Banks serie " Månedens molekyle " og på hans hjemmeside . Hans websted giver også mere detaljerede oplysninger om nogle af billederne i denne artikel.
