ラトガー・ハウアーの主人公であるブレードランナーの非難で、彼は人々が想像することすらできない多くのことを見たと言います-宇宙戦、燃えるような軍艦-しかし、コンピューターグラフィックスに甘やかされた現代人のためにこれをすべて想像するのは本当に難しいですか？ 同時に、私たちは、根本的な物理的制限のために、私たちが決して詳細に考えることのできない多くのことに囲まれています。 さらに、私たち自身もそのようなもので構成されています。 ただし、これらのオブジェクトは、現在開発されている3Dツールを使用してモデル化および視覚化できることをお知らせします。 また、3次元モデラー、ビジュアライザー、デザイナーだけでなく科学者もいるチームを編成すると、結果を可能な限り現実に近づけることができます。
カットの下で、科学的に信頼できるウイルスモデルを作成した経験に関するストーリーの最初の部分。
分子機械とウイルスの世界は、CGチームに多くの興味深い挑戦を提供します。 問題は、これまでのところ、ウイルス粒子の構造を完全に記述することを可能にする普遍的な科学技術がないことです。 ウイルスの構造を記述するために、最終的なパズルの個々のピースのアイデアを与える多くの方法を使用する必要があります。 電子顕微鏡検査では、ビリオンのサイズと形状を評価でき、X線分析では個々のタンパク質またはその断片を説明でき、分子生物学的および生化学的方法は、ウイルスの一部である分子の数とそれらが相互作用する方法に関する情報を提供します。 これは幾分逆説的な状況を作り出します。多くのウイルスは非常に詳細かつ詳細に研究されていますが、それらがどのように配置されているかを科学的に信頼できる完全な画像を与える画像はありません。
たとえば、インフルエンザウイルス粒子の最新の電子顕微鏡写真は、このように見えます（ ソース ）。
インフルエンザAウイルスのゲノム複合体の低温電子顕微鏡データの可視化とタンパク質BおよびCによるRNAパッケージングの再構築（黄色のテープ） これらのデータの研究は、2012年の終わりに、Science誌にマドリードのウイルス学者グループによって発表され、A / H1N1インフルエンザウイルスのモデルの作成を支援しました。
入手可能なすべての情報を収集することは技術的に可能です。 しかし、その体系化、処理、3Dモデルへの変換には、チームアプローチが必要です。 同時に、有能な科学コンサルタントでさえ、そのトピックに関する高度に専門化された知識の全荷物を所持することはできません。そのため、プロジェクトに特定のウイルスを扱うことに全キャリアを注いだ科学者を巻き込むことが重要です。 生物学的教育を受けていないモデラーは、 Protein Data Bankから公開されている科学データとタンパク質構造を理解できず、必要に応じて分子動力学を使用して分子モデルを正しく完成させることもできません（遭遇するタンパク質の約80-90％が不完全な記述を持っています10〜90％の空間構造）。 科学者は、すべての情報を別々に持っていても、3次元モデリング用のプロフェッショナルプログラムで完全なモデルを組み立てて視覚化することはできません。 私たちの経験では、これらの専門家との密接なやり取りだけが、きちんとした有益な結果をもたらします。
原子に詳細なインフルエンザウイルスの画像。 粒子の組成に含まれるすべてのタンパク質およびタンパク質複合体、ならびにそれらの定量的比率と位置は、科学文献で公開されているデータ（ すべての成分の署名 ）に対応しています。 このモデルは、Jaime Martin-Benitoと同僚（スペイン国立マドリッドのスペイン国立センター）の参加により作成されました。 2013年。
ヒト免疫不全ウイルスの内部構造。 膜の膜の端が見え、ビリオンの内側に存在するタンパク質、キャプシド、それに含まれるウイルスのRNAの断片（ すべての成分の特徴 ）。 このモデルは、Egor Voronin（グローバルHIVワクチンエンタープライズ）の参加により作成されました。 2011年のScience and Engineering Visualization Challengeで最高の科学イラスト賞を受賞。
提案されたヒトパピローマウイルスゲノムの折りたたみのモデル。 このモデルは、クリストファー・バック（米国国立がん研究所）の参加により作成されました。 2012年。
エボラウイルスの粒子および個々のタンパク質。 このモデルは、ロナルドハーティ（米国ペンニスラニア大学）の参加により作成されました。 2010年のScience and Engineering Visualization Challengeを称えましょう。 2012年にトロントで開催された医療イラストレーター協会のサロンの展示。
私たちのスタジオは数年前に非営利プロジェクトを立ち上げましたが、その本質は最も一般的で危険な人間のウイルスをモデル化して視覚化することです。 私たちはこれをウイルス公園、または「ウイルス動物園」と名付けました。 これまでのプロジェクトには4つのバイラルモデルが含まれ、さらにいくつかが開発中であり、約20のビリオンを作成する計画です。 プロジェクトの作業中に、プロセスをマスターして調整し、その中のいくつかの段階を強調しました。
- 文献レビューと検出データの体系化
- 分子モデリングと動力学
- 個々の要素から完全なモデルを組み立てる
- 3D視覚化と設計
- ポスターからアプリケーション、ウィジェット、プラモデルまで、モデルに基づいてマテリアルを作成します。
この投稿では、作業の最初の段階について少しお話しします。
研究されているトピックに関する情報を収集することは、科学者が常に解決しているタスクです。 あなたの前に公開されたものを知らずに新しいプロジェクトを作成することは不可能です。 このためには、最初にレビューを見つけて分析し、次に関心のある問題に関する研究出版物を見つけて分析する必要があります。 同じスキームは、ウイルスの構造に関する情報が収集されるときに機能します。 世界の主要な雑誌であるPubMedとGoogle Scholarの自然科学出版物のデータベースのおかげで、このプロセスは非常に効率的に整理できます。 ウイルスの生物学に関する背景情報が必要な場合は、 Viral Zone Webサイトを使用して、 Uniprotデータベースで個々のタンパク質に関する多くのデータを利用できます。 核磁気共鳴およびX線回折分析の方法を使用してさまざまな科学者チームによって取得されたタンパク質またはそのフラグメントの構造は、すべての原子の座標の形で、または場合によってはタンパク質鎖のアルファ原子のみで、前述のタンパク質データバンクで入手できます。
ウイルスモデルの作成プロセスにおける科学者のタスクは、チームメンバーの残りにとって便利な形式ですべての情報を収集、処理、および準備することです。 粒子を形成するすべてのタイプの分子、およびそれらのすべての相互作用の完全なリストを作成する必要があります。 タンパク質に加えて、これらはDNAまたはRNAで表される膜脂質およびウイルスゲノム分子です。 次に、粒子に含まれる分子の量と、それらが占める位置を理解する必要があります。 これは、検索が最も難しく、多くの場合、矛盾した不完全な情報です。異なる方法では異なる推定値が得られるためです。 特定の問題を明確にするために、それらが議論されている記事の著者に連絡します。 これは科学界で完全に受け入れられた慣行であり、科学者はしばしば喜びを持ち、時には接触なしで、すでに言及されたスペインのウイルス学者の場合のインフルエンザモデルの場合のように、時には彼らの仮説や未発表のデータさえ共有します。
文献の研究の結果は、将来のモデルの最も詳細な言葉による描写であるべきです。 ウイルス粒子に何がどのような量でどのようにパッケージされているかを理解する必要があります。 これは、説明、数量と相互作用の表、および目的の規模でのモデルの計画に縮小できます。
作業のさらなる段階には、必要なすべてのコンポーネントの3次元モデルの取得が含まれます。 ここでの問題の1つは、すべてのタンパク質とその複合体が原子構造を持つことができないことです。 科学者は、ウイルスタンパク質のかなりの部分をまだ説明することができていません。 私たちの仕事では、このギャップを埋めるために構造バイオインフォマティクス手法を使用します。 これについては、次の投稿で説明します。 また、完全なモデルの組み立て方法の詳細、その視覚化、およびその結果に基づいた教育支援とウィジェットの作成を明らかにしようとします。
分子生物学的オブジェクトのモデリングに対するこのような詳細なアプローチは、教育への応用、科学の普及、科学コミュニケーションの観点から大きな展望があると信じています。 このモデルは、科学的なイラストとデザインの主要な国際大会で有名な同僚からの肯定的なレビューでそのようなモデルが高い評価を受けるという事実によってもサポートされています .HIVを発見したノーベル賞を受賞したFrancoise Barre-Sinoussiへのプレゼンテーションにそのような画像を含めることは素晴らしいことです。
トピックの続きでは、ウイルス動物園のフレームワークでのウイルスのモデリングに加えて、科学的および医学的イラスト全体の範囲について議論し、これが関連する理由、成長する科学芸術または科学芸術との違い、そして世界をより良い場所にする方法について説明します。そして科学はより明確です。