ジカウイルスは昨年、保健当局が赤ちゃんの先天異常を引き起こす可能性があると疑い始めたときに、世界的な舞台に爆発しました。 2014年のエボラ流行のように、恐怖は急速に高まりました。 伝染の粒子が目に見えないこともあるため、この病気によって引き起こされる破壊は非常に不安にさせています。
何かを目に見えるようにすることは、それをより良く扱い、管理しやすくすることです。 今年の3月、インディアナ州パーデュー大学のMichael Rossmannと彼の同僚は、 科学ニュースの Meghan RosenがZikaの「ゴツゴツしたゴルフボールの形をした構造」と表現したものをマッピングしました。 推定された構造により、科学者は現在、ウイルスがどのように機能し、それを阻止できるかどうかを知るための出発点を持っています。 研究者は、薬物のターゲットを提供する可能性のある構造内のポイントを探します。
その流れの中で、より芸術的なひねりを加えた別の科学者は、ジカが細胞に感染したときにどのように見えるかのイメージを描きました。
David S. Goodsellの水彩画は、約110ナノメートルの幅の領域を描いています、とNPRの Maggie Zackowitzは報告しています 。 これは、典型的な人間の髪の毛の幅のほぼ1, 000倍です。 絵画では、ウイルスを表すピンク色の球体が半分にスライスされて、ウイルスの遺伝物質のもつれが明らかになっています。 ウイルスの表面にある肉質の隆起は、青の寄せ集めを囲むように見える明るい緑の曲線に埋め込まれた緑の塔をつかみます。 ウイルスの表面タンパク質は、すぐに感染する細胞の表面の受容体に結合しています。
致命的なウイルスは、グッドセルのブラシのように美しく見えることはありませんでした。 カリフォルニア州ラホーヤのスクリップス研究所とニュージャージー州のラトガース州立大学で共同任命された分子生物学者は、ジェリービーンズ、サッカー、スパゲッティに似た鮮やかな色のスクイーズのような形を描きます。 抽象イメージとしては楽しいものですが、グッドセルの研究は科学にもしっかりと根付いています。
科学者-芸術家は、彼の絵についていくつかの経験に基づいた推測を行います。 「いくつかのオブジェクトと相互作用は非常によく研究されており、他のものはそうではありません」と彼は説明します。 「科学はまだ成長している分野です。」 しかし、彼の専門知識により、彼は自信を持って絵筆を振るうことができます。
顕微鏡の生物学的世界を視覚化することは、タンパク質や核酸の折り目、ねじれ、ゆがみを推定するためにX線結晶学などの技術に頼ったとき、大学院でグッドセルに最初に興味をそそられました。
構造は、他の分子を切断する酵素、タンパク質の構築を指示するRNA鎖、または組織を支えて形作る繊維であるかどうかにかかわらず、細胞内の分子に機能を与える鍵です。 タンパク質のポケットは、他の分子が結合し、反応を触媒または防止できるスポットを提供します。 ロザリンド・フランクリンがX線結晶学を使用してDNAの最初の写真を撮ることに成功したとき、ジェームズ・ワトソンとフランシス・クリックは、二重らせんの解凍が遺伝物質の複製のテンプレートを提供する方法をすぐに推測できました。
ラトガーズ大学でプロテオミクスを研究している研究者のスティーブン・K・バーリーは、「自動車の外に立っていて、エンジンが見えないようにボンネットが閉じていると、機械がどのように機能するかわかりません」と述べています。 細胞自体は小さく複雑な機械であり、病気の影響下で細胞がどのように機能するのか、どの部分やプロセスが故障するのかを理解するには、内部を見る必要があります。
そのため、グッドセルは分子がどのように形作られているか、またそれらがどのように細胞内に収まるかを理解する必要がありました。
コンピューターグラフィックスは1980年代半ばに研究室のシーンに侵入し、現在55歳であるGoodsellのような科学者に、彼らが研究した分子の前例のない外観を与えました。 しかし、最高のプログラムでさえ、単一分子のすべての複雑さを示すのに苦労しました。 「タンパク質ほどの大きさのオブジェクトを作成するのは本当に大変でした」と彼は言います。 複数のタンパク質とその細胞構造に対する位置を視覚化することは、当時のハードウェアおよびソフトウェアの能力を超えていました。
「私は自分自身に言った：細胞の一部を爆破して分子を見ることができたらどうだろうか？」 グッドセルは言う。 今日の強力なコンピューターグラフィック機能がなければ、文字通り、彼は可能な限り構造に関するすべての知識をつなぎ合わせ、セルの内部の混雑したイメージを作成するために、図面に目を向けました。 彼の目標は「科学の全体像に立ち返ること」でした。
彼が作成する画像は、科学的なイラストであり、研究者や一般の人々に化学反応や細胞の機能の基礎となる構造について考えるよう促します。
通常、グッドセルは科学文献を掘り下げるために数時間を費やし、研究者が説明したいトピックについて研究者が知っていることすべてを学びます。 それから、彼は学んだことに基づいて大きな鉛筆スケッチを作成します。 カーボンペーパーは、そのスケッチを水彩紙に転送するのに役立ちます。 セル内の分子は多くの場合光の波長よりも小さいため、分子の風景の真の見方は無色になりますが、グッドセルは色と陰影を付け加えて人々の絵を解釈しやすくしています。 その結果、作業中の分子機械の詳細なビューが得られます。
たとえば、エボラの絵では、ウイルスは頭を育てる巨大な虫のように見えます。 ウイルスは、感染細胞から細胞膜の成分を盗みました。これは、明るい紫色で描かれています。Goodsellは、オンラインリソースであるRCSBのProtein Data Bank（PDB）について書いています。 その膜の外側をスタッコ化するターコイズブロッコリーの頭は糖タンパク質であり、宿主細胞の表面にラッチし、ウイルス粒子を十分に引き寄せて、その遺伝物質（黄色で、緑色の核タンパク質によって保護されている）を内側に押し込むことができます。 これらの糖タンパク質は、ウイルスと戦う薬物の主要な標的でした。
この絵は今年のウェルカムイメージ賞を受賞しました。これは、世界中から科学的なイラストと視覚化の専門家を集めたコンテストです。
エボラの絵やグッドセルによる他の多くの画像は、リポジトリのディレクターであるバーリーの監督の下、PDBに住んでいます。 PDBは、タンパク質、RNA、DNA、その他の分子の119, 000以上の構造を保持しています。 いくつかの統計は、生物学者にとって構造がいかに重要であるかを示しています。毎日、データバンクから約150万件の詳細な3D構造情報がダウンロードされています。 過去4年間で、194の認識された世界の194の独立した州の191人がこのリソースにアクセスしました。
グッドセルは7月に、タンパク質と他の分子の描写と構造の機能と重要性の書面による説明を特徴とするシリーズである彼の200番目の「今月の分子」を投稿します。
Goodsellの研究は、高校生や他の人々に、病気の原因となる粒子や健康状態の背後にある構造についてニュースで教育するのに役立ちます。 いわゆるPDB-101シリーズの場合、彼の分子は、学生が2型糖尿病または鉛中毒の背後にあるメカニズムをよりよく理解するのに役立ちます。 彼は、HIVウイルスのライフサイクルをカバーする大規模な絵画を予定しています。
専門家でもGoodsellのイラストから学ぶことができます。 早い段階で、彼は研究所を回って同僚にセルがどうであると思ったかを尋ねたことを思い出します。 彼が戻ってきた推定値は非常に希薄でした。 全体像を見るために引き戻されたときだけ、細胞が非常に密で複雑であることが明らかになりました。
「他の多くの人々が[Goodsell]のやり方を操作していることを知りません」とバーリーは言います。 グッドセルの作品は、芸術的解釈と科学的知識を結び付けます。 「彼は、コンピューターグラフィックスでできる以上に、3D構造のストーリーを手で伝えることができます。それが彼の作品の本当の美しさだと思います。」
Goodsellの研究は、RCSB Protein Data Bankの「 Molecule of the Month 」シリーズおよび 彼のウェブサイト で見ることができます 。 彼のウェブサイトでは、この記事の画像のいくつかについてさらに詳しく説明しています。
