Инновации

➲ Як заробити на грип і вірус Ебола

Невелика московська компанія Visual Science краще за всіх у світі вміє робити 3D-моделі вірусів

Візитною карткою Івана Константинова (ліворуч) і Юрія Стефанова залишається вірусний проект
Фото: Артем Голощапов для РБК

Опубліковано в журналі РБК №12-1 за 2014 рік

Модель чорної діри, яка займає чільне місце у всесвіті «Интерстеллара» Крістофера Нолана, створювалася цілий рік. Над нею працювали 30 чоловік і тисячі комп’ютерів, а керівник проекту астрофізик Кіп Торн збирається друкувати слідами фільму нові наукові статті — результат роботи вразив навіть його.

Всі зусилля були витрачені всупереч очевидному тези, що більшість глядачів не зможуть відрізнити науково достовірну модель чорної діри від художньої анімації. Швидше за все, не зможуть цього зробити і два біолога, які захоплено обговорюють роботу Нолана за столиком в кафе: «Уявляєте, скільки можна вкласти сил в роботу, яку ніхто не здатен оцінити!»

Менше не мало сенсу

Іван Константинов і Юрій Стефанов кілька років вирішують завдання, з якою зіткнулися творці «Интерстеллара»: будують науково достовірні моделі об’єктів невідомого зовнішнього вигляду, тільки не макро-, а в мікросвіті. Вони моделюють віруси. Їх модель вірусу імунодефіциту людини визнавалася кращою наукової ілюстрацією в світі, а зроблений ними вірус грипу потрапив на обкладинку журналу Science.

Константинов почав займатися 3D-моделюванням ще на старших курсах біологічного факультету МДУ, який закінчив у 2006 році. Невелика компанія Visual Science зросла на перетині двох його захоплень. Зараз там працює з десяток чоловік (не рахуючи запрошених наукових консультантів), які виконують різні замовлення, пов’язані з візуалізацією наукової і технічної інформації. Серед клієнтів — видавничі будинки і фармацевтичні компанії, некомерційні організації, «Роснано» і Московський університет. Але візитною карткою Visual Science залишається вірусний проект.

У пошуках інформації консультанти Visual Science пишуть листи вірусологам по всьому світу і час від часу знаходять неопубліковані дані

На відміну від чорних дір, віруси всюди. З ними вміють працювати вчені, їм присвячені тисячі теоретичних і експериментальних робіт, однак їх зовнішній вигляд все одно залишається загадкою: вченим-вірусологам дуже рідко потрібно знати, як виглядає вірус. Його взаємодія з клітинами людини або бактеріями не включає в себе візуального контакту. Оптичні мікроскопи не можуть показати об’єкт, лінійні розміри якого поступаються довжині світлової хвилі: фотографії вірусів виглядають так, як ніби у камери збився фокус. І навіть ці розмиті зображення з університетських підручників двомірні.

Створити красиву і достовірну модель — це просвітницький проект. Стефанов, який відповідає за достовірність моделей, визнає, що вирішує наукову задачу. Втім, кількість наукових статей, які йому доводиться перелопатити під час роботи над наступним вірусом, не дає скучити за професією. Кілька років тому, вже захистивши дисертацію, він пішов у Visual Science з академічного інституту.

Перша науково достовірна 3D-модель вірусу грипу людини в атомному дозволі

Важке життя

Вірус — найпростіша жива структура, але неймовірно складна за мірками неживого світу. Він включає в себе до декількох десятків білків, кожний з яких складається з десятків-сотень тисяч атомів і має складну просторову структуру. Генетична інформація у вигляді ДНК або РНК намотана на ці білки часто невідомим науці способом. Робота над новим об’єктом починається з складання карти білих плям, невивчених деталей будови вірусу.

У парку вірусів, який сподівається створити Visual Science, є порівняно прості і складні об’єкти. Складність роботи визначається в першу чергу тим, наскільки добре вивчений вірус і які білі плями дослідникам доводиться закривати власними зусиллями. Просторова структура багатьох білків невідома.

Взаємодія молекул іноді доводиться з’ясовувати самостійно, методами біоінформатики. У пошуках інформації консультанти Visual Science пишуть листи вірусологам по всьому світу і час від часу знаходять неопубліковані дані, які можна пустити в хід. Головний успіх компанії — вірус грипу — відбувся завдяки допомозі іспанських біологів, які якраз готували статті в Science, присвячену укладанні його генетичного матеріалу. В результаті співпраці вірус з’явився на обкладинці.

Оскільки віруси менше довжини світлової хвилі, у них немає кольору. Співробітники Visiual Science виправляють цей естетичний недолік, а заодно додають в модель додаткову інформацію. Білки, які кодуються власним геномом вірусу, розфарбовуються кольором, а білки, які кодуються зараженої клітиною, зображуються в чорно-білій гамі (віруси примушують механізми людської клітини працювати на відтворення своїх поневолювачів). Коли якийсь пурист в інтернеті вказав Константинова на це очевидне погрешение проти істини, він спеціально обесцветил модель вірусу, щоб продемонструвати, як нудно той виглядає без кольору.

Фізичні розміри вірусу, як не дивно, теж ускладнюють моделювання: з ростом числа молекул геометрично зростає необхідне для розрахунків комп’ютерний час. Найбільші відомі віруси вражають, на щастя, амеб, а не людей, тому не цікавлять Visual Science. Але навіть на рендеринг вірусу Ебола, помітно більш великого, ніж грип або ВІЛ, колеги витратили місяць комп’ютерного часу. Тиждень втратили із-за того, що у дворі будинку, де проводилися розрахунки, під землю провалився КамАЗ і відрубав харчування в лабораторії.

Людських вірусів вистачить ще на багато років роботи. Наприклад, вірус гепатиту, при його згадуванні у Стефанова з’являється вогник в очах. Коли-небудь можна буде замахнутися на шматок справжньої живої клітини, але це потім: вони на кілька порядків більше вірусів.

Нещодавно в Visual Science народили свою першу модель у трьох вимірах: за замовленням фонду «Династія» вчені сконструювали аденовірус людини для Дарвінівського музею. Константинов, якому належить Visual Science, з великим інтересом дивиться на ринок освітніх посібників, нескінченний порівняно зі скромними масштабами його компанії.

Поки у компанії Visual Science немає навіть постійного офісу. Зате є власна лабораторія, де розробляються нові продукти і тестуються виробничі процеси. Тут йому можна тільки повірити на слово: її розташування ховається так ретельно, як ніби там стоїть бетмобіль. Навіть Стефанов, з яким вони працюють пліч-о-пліч багато років, в лабораторії жодного разу не був. «Мені нецікаво», — говорить він то всерйоз, чи то не дуже.

 
Источник

You may also like...