मानव वायरस का 3D मॉडल कैसे बनाएं। भाग एक: वैज्ञानिक डेटा का संग्रह और विश्लेषण

ब्लेड रनर के खंडन में, रटगर होउर के नायक का कहना है कि उन्होंने बहुत कुछ देखा कि लोग कल्पना भी नहीं कर सकते - अंतरिक्ष युद्ध, ज्वलंत युद्धपोत - लेकिन क्या वास्तव में कंप्यूटर ग्राफिक्स के साथ खराब हुए आधुनिक व्यक्ति के लिए यह सब कल्पना करना इतना कठिन है? इसी समय, हम कई चीजों से घिरे हैं जिन्हें हम मौलिक भौतिक सीमाओं के कारण कभी भी विस्तार से नहीं सोच सकते हैं। इसके अलावा, हम खुद ऐसी चीजों से बने हैं। हालांकि, अच्छी खबर यह है कि इन वस्तुओं को वर्तमान में विकसित 3 डी टूल का उपयोग करके मॉडलिंग और कल्पना की जा सकती है। और यदि आप एक ऐसी टीम को इकट्ठा करते हैं जिसमें न केवल तीन आयामी मॉडलर, विज़ुअलाइज़र और डिज़ाइनर होंगे, बल्कि वैज्ञानिक भी होंगे, तो आप परिणाम को वास्तविकता के जितना करीब ला सकते हैं।



कट के तहत, वैज्ञानिक रूप से विश्वसनीय वायरस मॉडल बनाने में हमारे अनुभव के बारे में कहानी का पहला हिस्सा।



आणविक मशीनों और वायरस की दुनिया सीजी टीमों के लिए दिलचस्प चुनौतियों का एक टन प्रदान करती है। समस्या यह है कि अभी तक कोई सार्वभौमिक वैज्ञानिक तकनीक नहीं है जो एक वायरल कण की संरचना का पूरी तरह से वर्णन करने की अनुमति देगा। वायरस की संरचना का वर्णन करने के लिए, आपको कई तरीकों का उपयोग करने की आवश्यकता होती है जो अंतिम पहेली के व्यक्तिगत टुकड़ों का एक विचार देते हैं। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी आपको वायरसों के आकार और आकार का मूल्यांकन करने की अनुमति देता है, एक्स-रे विश्लेषण व्यक्तिगत प्रोटीन या उनके टुकड़ों का वर्णन कर सकता है, और आणविक जैविक और जैव रासायनिक तरीके इस बात की जानकारी प्रदान करते हैं कि कितने अणु वायरस का हिस्सा हैं और वे एक दूसरे के साथ कैसे संपर्क करते हैं। यह कुछ हद तक विरोधाभासी स्थिति पैदा करता है: कई विषाणुओं का बड़े पैमाने पर और विस्तार से अध्ययन किया गया है, लेकिन ऐसी कोई भी छवि नहीं है जो एक वैज्ञानिक रूप से विश्वसनीय और पूरी तस्वीर दे कि वे कैसे व्यवस्थित हैं।



उदाहरण के लिए, इन्फ्लूएंजा वायरस कणों के आधुनिक इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ इस तरह दिखते हैं ( स्रोत )।







इन्फ्लूएंजा ए के वायरस के जीनोमिक कॉम्प्लेक्स के क्रायोइलेक्ट्रॉनिक माइक्रोस्कोपी डेटा का दृश्य और प्रोटीन बी और सी द्वारा आरएनए पैकेजिंग (पीला टेप) का पुनर्निर्माण । मैड्रिड के वायरोलॉजिस्टों के एक समूह द्वारा पत्रिका साइंस में इन आंकड़ों के साथ काम 2012 के अंत में प्रकाशित किया गया था, जिसने हमें ए / एच 1 एन 1 इन्फ्लूएंजा वायरस का एक मॉडल बनाने में मदद की।







सभी उपलब्ध जानकारी एकत्र करना तकनीकी रूप से संभव है। लेकिन एक 3 डी मॉडल में इसके व्यवस्थितकरण, प्रसंस्करण और अनुवाद के लिए टीम के दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। उसी समय, यहां तक ​​कि एक सक्षम वैज्ञानिक सलाहकार के पास इस विषय पर अत्यधिक विशिष्ट ज्ञान का पूरा सामान नहीं हो सकता है, इसलिए उन वैज्ञानिकों को शामिल करना महत्वपूर्ण है जिन्होंने परियोजना के लिए वायरस के साथ काम करने के लिए अपने पूरे कैरियर को समर्पित किया है। जैविक शिक्षा के बिना एक मॉड्यूलर प्रोटीन डेटा बैंक से प्रकाशित वैज्ञानिक डेटा और प्रोटीन संरचनाओं को समझ नहीं पाएगा, और आणविक गतिशीलता का उपयोग करके आणविक मॉडल को सही ढंग से पूरा करने में भी सक्षम नहीं होगा, जहां आवश्यक (लगभग 80-90% प्रोटीन हमारे पास अपूर्ण हैं) स्थानिक संरचना 10-90%)। एक वैज्ञानिक, यहां तक ​​कि सभी जानकारी अलग-अलग होने के बावजूद, त्रि-आयामी मॉडलिंग के लिए पेशेवर कार्यक्रमों में पूर्ण मॉडल को इकट्ठा और कल्पना नहीं कर सकता है। हमारे अनुभव में, इन विशेषज्ञों की केवल करीबी बातचीत एक स्वच्छ और सूचनात्मक परिणाम दे सकती है।



विस्तार से परमाणुओं के साथ इन्फ्लूएंजा वायरस की छवि। कणों की संरचना में सभी प्रोटीन और प्रोटीन परिसरों, साथ ही साथ उनके मात्रात्मक अनुपात और स्थिति वैज्ञानिक साहित्य ( सभी घटकों के हस्ताक्षर ) में प्रकाशित आंकड़ों के अनुरूप हैं। मॉडल को Jaime मार्टिन-बेनिटो और सहयोगियों (स्पेनिश नेशनल सेंटर फॉर बायोटेक्नोलॉजी, मैड्रिड, स्पेन) की भागीदारी के साथ बनाया गया था। 2013 का साल।







मानव इम्युनोडेफिशिएंसी वायरस की आंतरिक संरचना। झिल्लीदार झिल्ली का किनारा दिखाई देता है, विषाणु के आरएनए, कैप्सिड और टुकड़े के अंदर मौजूद प्रोटीन, इसमें संलग्न वायरस ( सभी घटकों के हस्ताक्षर )। मॉडल Egor Voronin (ग्लोबल HIV वैक्सीन एंटरप्राइज) की भागीदारी के साथ बनाया गया था। 2011 में विज्ञान और इंजीनियरिंग विज़ुअलाइज़ेशन चैलेंज में सर्वश्रेष्ठ वैज्ञानिक चित्रण के लिए पुरस्कार।







मानव पेपिलोमावायरस जीनोम के प्रस्तावित तह का एक मॉडल। मॉडल को क्रिस्टोफर बक (नेशनल कैंसर इंस्टीट्यूट, यूएसए) की भागीदारी के साथ बनाया गया था। 2012 साल।







इबोला वायरस के कण और व्यक्तिगत प्रोटीन। मॉडल को रोनाल्ड हार्टी (यूनिवर्सिटी ऑफ पिस्नलानिया, यूएसए) की भागीदारी के साथ बनाया गया था। माननीय ने 2010 के विज्ञान और इंजीनियरिंग विज़ुअलाइज़ेशन चैलेंज का उल्लेख किया। 2012 में टोरंटो में एसोसिएशन ऑफ मेडिकल इलस्ट्रेटर के सैलून का प्रदर्शन।







हमारे स्टूडियो ने कई साल पहले एक गैर-लाभकारी परियोजना शुरू की थी, जिसका सार सबसे आम और खतरनाक मानव वायरस का मॉडल और कल्पना करना है। हमने इसे वायरल पार्क, या "वायरस चिड़ियाघर" नाम दिया है। इस परियोजना में अब तक चार वायरल मॉडल शामिल हैं, कई और विकास में हैं, और लगभग बीस वायरसों की एक श्रृंखला बनाने की योजना है। परियोजना पर काम करने के दौरान, हम इसमें मास्टर करने और प्रक्रिया को समायोजित करने में कामयाब रहे, इसमें कई चरणों को उजागर किया गया:

• पता चला डेटा की साहित्य समीक्षा और व्यवस्थितकरण
• आणविक मॉडलिंग और गतिशीलता
• व्यक्तिगत तत्वों से एक पूर्ण मॉडल की तरह
• 3 डी दृश्य और डिजाइन
• पोस्टर, एप्लिकेशन, विजेट और प्लास्टिक मॉडल से मॉडल पर आधारित सामग्री बनाना।

इस पोस्ट में हम अपने काम के पहले चरण के बारे में थोड़ी बात करेंगे।



अध्ययन किए जा रहे विषय के बारे में जानकारी इकट्ठा करना एक ऐसा कार्य है जिसे वैज्ञानिक लगातार हल कर रहे हैं। आपके सामने जो प्रकाशित हुआ था, उसे जाने बिना एक नई परियोजना बनाना असंभव है। इसके लिए, पहले समीक्षा की खोज और विश्लेषण करना आवश्यक है, और फिर ब्याज के मुद्दे पर शोध प्रकाशन। जब वायरस की संरचना के बारे में जानकारी एकत्र की जाती है तो वही योजना काम करती है। मुख्य विश्व पत्रिकाओं PubMed और Google विद्वान के प्राकृतिक विज्ञान प्रकाशनों के डेटाबेस के लिए धन्यवाद , इस प्रक्रिया को बहुत कुशलता से आयोजित किया जा सकता है। यदि आपको वायरस के जीव विज्ञान के बारे में पृष्ठभूमि की जानकारी की आवश्यकता है, तो आप वायरल ज़ोन वेबसाइट का उपयोग कर सकते हैं और यूनीप्रोट डेटाबेस में व्यक्तिगत प्रोटीन पर बहुत अधिक डेटा उपलब्ध है। परमाणु चुंबकीय अनुनाद और एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण के तरीकों का उपयोग करते हुए वैज्ञानिकों की विभिन्न टीमों द्वारा प्राप्त प्रोटीन या उनके टुकड़ों की संरचना, पहले से उल्लेख किए गए प्रोटीन डेटा बैंक में सभी परमाणुओं के निर्देशांक के रूप में उपलब्ध हैं या, कुछ मामलों में, केवल एक प्रोटीन श्रृंखला के अल्फा परमाणु।



वायरस मॉडल बनाने की प्रक्रिया में वैज्ञानिक के लिए कार्य सभी सूचनाओं को एक ऐसे रूप में एकत्रित करना, संसाधित करना और तैयार करना है जो टीम के बाकी सदस्यों के लिए सुविधाजनक होगा। सभी प्रकार के अणुओं की एक पूरी सूची बनाना आवश्यक है जो एक कण बनाते हैं, और उनके सभी इंटरैक्शन। प्रोटीन के अलावा, ये झिल्ली लिपिड और वायरल जीनोम अणु हो सकते हैं जो डीएनए या आरएनए द्वारा दर्शाए जाते हैं। अगला, आपको यह समझने की आवश्यकता है कि कण में कितनी मात्रा में अणु मौजूद हैं, और वे किन स्थानों पर कब्जा करते हैं। खोज और अक्सर विरोधाभासी और अधूरी जानकारी के लिए यह सबसे कठिन है, क्योंकि विभिन्न विधियाँ अलग-अलग अनुमान दे सकती हैं। कुछ मुद्दों को स्पष्ट करने के लिए, हम उन लेखों के लेखकों से संपर्क करते हैं जिनमें उनकी चर्चा की गई है। यह वैज्ञानिक समुदाय में एक पूरी तरह से स्वीकृत अभ्यास है, और वैज्ञानिक अक्सर खुशी के साथ, कभी-कभी बिना संपर्क के, कभी-कभी अपने परिकल्पना और यहां तक ​​कि अप्रकाशित डेटा को साझा करते हैं, जैसा कि पहले से ही उल्लेखित स्पेनिश virologists के मामले में इन्फ्लूएंजा मॉडल के साथ था।



साहित्य के एक अध्ययन का परिणाम भविष्य के मॉडल का सबसे विस्तृत मौखिक चित्र होना चाहिए। आपको यह समझने की आवश्यकता है कि वायरल कण में क्या, कैसे और किस मात्रा में पैक किया जाता है। इसे एक विवरण, मात्राओं और अंतःक्रियाओं की एक तालिका और वांछित पैमाने पर मॉडल की एक योजना के लिए कम किया जा सकता है।



काम के आगे के चरणों में सभी आवश्यक घटकों के तीन आयामी मॉडल प्राप्त करना शामिल है। यहां एक समस्या यह है कि सभी प्रोटीन और उनके परिसरों में परमाणु संरचना नहीं हो सकती है। वैज्ञानिकों ने अभी तक वायरल प्रोटीन के एक महत्वपूर्ण हिस्से का वर्णन नहीं किया है। अपने काम में, हम इस अंतर को भरने के लिए संरचनात्मक जैव सूचना विज्ञान विधियों का उपयोग करते हैं। हम इस बारे में निम्नलिखित पोस्ट में बात करेंगे। हम यह भी बताने का प्रयास करेंगे कि पूरा मॉडल कैसे इकट्ठा होता है, इसका विज़ुअलाइज़ेशन और परिणाम के आधार पर शैक्षिक एड्स और विजेट्स का निर्माण।



हम मानते हैं कि आणविक जैविक वस्तुओं के मॉडलिंग के लिए इस तरह के एक विस्तृत दृष्टिकोण की शिक्षा में इसके आवेदन, विज्ञान और वैज्ञानिक संचार के लोकप्रियकरण के संदर्भ में काफी संभावनाएं हैं। इस मॉडल को इस तथ्य का समर्थन भी है कि इस तरह के मॉडल वैज्ञानिक चित्रण और डिजाइन की प्रमुख अंतरराष्ट्रीय प्रतियोगिताओं में उच्च अंक प्राप्त करते हैं, प्रसिद्ध सहयोगियों से सकारात्मक समीक्षा करते हैं , और फ्रैंकोइस बर्रे-सिनौसी को भी अपनी प्रस्तुतियों में ऐसी छवियां शामिल करना अच्छा है, जिन्हें एचआईवी की खोज के लिए नोबेल पुरस्कार मिला है।



विषय की निरंतरता में, वायरस चिड़ियाघर के ढांचे में मॉडलिंग वायरस के अलावा, हम सामान्य रूप से वैज्ञानिक और चिकित्सा चित्रण के दायरे पर चर्चा करेंगे, यह बात करेंगे कि यह प्रासंगिक क्यों है, यह बढ़ती वैज्ञानिक कला, या विज्ञान कला से कैसे अलग है, और यह कैसे दुनिया को एक बेहतर जगह बनाने में मदद करेगा। और विज्ञान स्पष्ट है।