Жутчайшее создание: как рисовали вирус SARS-CoV-2
Миллионы атомов
Очередной рекорд компании — максимально научно достоверная модель коронавируса SARS-CoV-2, которую сегодня можно увидеть на страницах и экранах всего мира. Над ней три месяца работала команда из 13 специалистов Visual Science и 3 ведущих внешних эксперта. «В этом проекте мы решили пойти еще дальше и смоделировать все компоненты вплоть до последнего атома. Такого в мире никто не делал, — объясняет «Популярной механике» основатель Visual Science Иван Константинов, — раньше такое разрешение мы не могли посчитать даже технически, для нас это было технологическим вызовом. Мы точно рассчитали и расположили несколько миллионов отдельных атомов».
Работа началась со сбора и анализа всего объема информации, которая была на тот момент по вирусу. Специалисты компании изучили огромное количество профильных публикаций, после чего определили список экспертов, которые сделали максимальный вклад в эту область и имеют признанную международную экспертизу. «Как и всегда в науке, часть информации имеет характер гипотез, нет однозначного устоявшегося мнения, — поясняет Иван. — Поэтому мы вступали в коммуникации с экспертами, пытаясь определить наиболее вероятные, наиболее перспективные направления в тех или иных областях».
Модель ВИЧ в 2010 году была удостоена первого места в Science and Engineering Visualization Challenge — конкурсе, проводимом журналом Science и Национальным фондом науки США.
Год спустя трехмерная модель вируса Эбола получила второе место в The Vizzies 2011 — премии, также организованной Science и НФН. Франсуаза Барре-Синусси, получившая Нобелевскую премию 2008 года за открытие вируса иммунодефицита человека, использовала модель вируса от Visual Science в своих презентациях.
Visual Science создали целый проект «Зоопарк вирусов», включающий модели Эбола, Зика, гриппа и другие.
Если сначала ребятам приходилось объяснять экспертам, кто они и чем занимаются, то сейчас команда Visual Science встречает очень благосклонный прием. Ученые пишут, что им приятно поработать с компанией и хорошо, что обратили внимание на эту тему.
После сбора и систематизации научной информации наступает следующий этап вычислительной биологии, где специалисты используют самые современные методы, которые даже не имеют точных аналогов в русском языке: молекулярное моделирование, молекулярный докинг, подходы, позволяющие восстановить недостающие фрагменты тех или иных компонентов или определить межмолекулярные взаимодействия. Довольно часто молекулы требуют домоделирования — иногда достаточно крупных фрагментов.
«Мы берем за основу опубликованную информацию о вирусе и строении его компонентов, доступную в научных публикациях и базах данных молекулярных структур. После детального анализа мы реконструируем полные модели вирусных белков, их комплексов и модификаций. При этом используются программные и методологические решения, применяемые в структурной биоинформатике. Затем на основе данных о качественном и количественном составе, морфологии и особенностях сборки частицы из отдельных компонентов создается модель целого вириона», — поясняет кандидат биологических наук Юрий Стефанов, научный директор Visual Science.
Узнать врага в лицо
Компания использует те же методы, которые применяют структурные биоинформатики в фундаментальных исследованиях и разработке лекарств. Модель SARS-CoV-2 отражает текущее понимание архитектуры и строения отдельных компонентов вируса. Она включает поверхностные белки, которые взаимодействуют с рецепторами на поверхности клетки, чтобы вирус мог попасть внутрь, липидную оболочку с помещенными в нее белками матрикса и сборку вирусного генома, реконструированную на основе доступных научных данных.
Сбор информации занял два месяца, причем молекулярное моделирование и сборка частицы велись параллельно с исследованиями: как что-то становилось понятно, начинали моделировать. Последний месяц ушел на сборку и визуализацию. Настоящий вирус под электронным микроскопом не имеет цвета, картинка всегда будет мутновато-серой. «Мы стараемся сделать визуализацию максимально понятной, применяя наше традиционное цветовое кодирование, — поясняет Иван Константинов. — Цветные фрагменты — компоненты, которые кодируются геномом вируса, а оттенки серого — компоненты, который вирус похищает из клетки хозяина, либо модифицированные белки клеток человека. Мы еще отдельно достраиваем белые молекулы сахаров, которые показывают статус гликозилирования».
Работа над таким проектом требует привлечения специалистов высочайшего мирового уровня, и она очень дорогостоящая — даже журналы вроде National Geographic не могут себе позволить профинансировать подобный проект. Хотя, как говорит Иван, было нетрудно под этот проект привлечь спонсоров из фармацевтических гигантов мира, но компания принципиально не стала этого делать, создав модель на собственные средства. «Мы не хотим, чтобы проект принадлежал кому-то. Это дает возможность использовать изображения вируса в учебниках и музейных экспозициях», — заканчивает Иван Константинов.
«Мы берем за основу опубликованную информацию о вирусе и строении его компонентов, доступную в научных публикациях и базах данных молекулярных структур. После детального анализа мы реконструируем полные модели вирусных белков, их комплексов и модификаций. При этом используются программные и методологические решения, применяемые в структурной биоинформатике. Затем на основе данных о качественном и количественном составе, морфологии и особенностях сборки частицы из отдельных компонентов создается модель целого вириона», — поясняет кандидат биологических наук Юрий Стефанов, научный директор Visual Science.
