Пластиковые белки водят для биологов атомный хоровод
Как создать ДНК? Вот несложный рецепт.
Заберите несколько оснований (держите их двумя руками, да покрепче) и с опаской сближайте их, пока они не притянутся друг к другу. Тогда переложите взятую цепочку в левую руку, а правой рукой берите следующую молекулу.
Доктор наук молекулярной биологии Арт Олсон (Art Olson) и его коллеги из исследовательского университета Скриппса (Scripps Research Institute) создали новую совокупность расширенной действительности, разрешающую без всякого оружия проводить манипуляции со сложными молекулами.
Именуется совокупность «Материальный интерфейс для структурной молекулярной биологии» (Tangible Interfaces for Structural Molecular Biology).
Сперва посредством трёхмерного принтера из полимера были напечатаны десятки пластмассовых моделей (поперечником приблизительно в 5-15 сантиметров) громадных органических молекул, вирусов, ДНК, РНК, белков и без того потом.
Так видит собственные руки биолог.
Все химические связи в виртуальных молекулах, их «электронные тучи» — ведут себя в строгом соответствии с законами химии и физики (фото с сайта scripps.edu).
В этих моделях подробно воспроизводились взаимное расположение и размеры атомов. Роль химических связей, воздействующих на сотрудничество этих молекул с другими, делали маленькие магнитики, вплавленные в соответствующие места.
Так, ДНК составлена из последовательности пластмассовых «оснований», прилипающих друг к другу. Форма впадин и выступов в «атомах» несёт ответственность за верное соединение нужных подробностей.
Дабы пощупать работу молекулы и заметить, как она подходит к второй молекуле, учёный берёт в руки модель и садится за компьютер.
Над столом укреплена камера, направленная вертикально вниз. Она снимает руки биолога и модель в них.
Эта картина и выводится на монитор перед глазами, но не совсем напрямую.
Программа распознаёт перемещение в кадре и положение маркеров на поверхности молекулы. В соответствии с законами физики и химии, программа дорисовывает на экране разные электронные тучи, ниточки водородных либо углеродных связей и накладывает на объект другую научную данные.
В этом пресс-релизе возможно отыскать большое количество видеороликов и интересных фотографий, показывающих работу совокупности.
Расширенная действительность – мир биологических молекул – поставлен на научную базу.
Исследователю предлагается выбирать массу параметров собственного «подопытного» предмета (фото с сайта scripps.edu).
В следствии сочетания тактильных ощущений от упругого изображения и пластика на экране у человека появляется иллюзия прямой манипуляцией молекулами. Наряду с этим он видит, в то время, когда атомы смогут соединяться при сближении объектов, а в то время, когда — нет.
В случае если сблизить «неправильные» стороны белков, их края окрашиваются красным.
Так что модели в руках биолога – не игрушки, а часть исследовательского инструмента. А их изображение на экране сопровождается замечательными «биологическими» вычислениями, каковые программа проделывает за кадром в реальном времени.
Авторы проекта уже продемонстрировали, как в руках учёного долгая цепь аминокислоты сворачивается в компактный белок, как белки соединяются между собой.
В одном из опытов Олсон кидает в стеклянную баночку десяток-второй однообразных «протеиновых молекул», закрывает банку, энергично встряхивает её, и через некое время подробности сами планируют в сферическую оболочку вируса размером приблизительно с грецкий орех.
Так выглядит работа совокупности со стороны и глазами пользователя (фото с сайта scripps.edu).
Это, само собой разумеется, трюк, но как раз в наглядности преимущество новой совокупности, с которой биологи сохраняют надежду лучше разобраться в тонкостях сотрудничества биологических веществ.
В некоем роде — это возврат к истокам. Когда-то лишь посредством макетов биологи и имели возможность моделировать молекулы.
Вспомните хотя бы «наглядные пособия» из кабинета химии.
Но создание таких моделей, в особенности – громадных молекул — было тяжёлой задачей. Время от времени требовались месяцы усердной работы, дабы склеить тысячи частей из бальзы либо пластмассы в модель.
И в то время, когда макеты были закончены, многие из них выяснялись такими хрупкими, что должны были содержать массу проволочных подпорок, либо их необходимо было, не дыша, поместить в стеклянный кожух, дабы не развалились.
Неудивительно, что с ростом мощи компьютеров моделирование биологических молекул всецело ушло в виртуальный мир. Но с этим, считает Олсон, было утрачено что-то серьёзное.
Что сейчас и воссоздают в университете Скриппса.
Участники проекта Лиза Крэйг (Lisa Craig) и Эхад Кейнан (Ehud Keinan) показывают модели разных биологических структур (фото с сайта scripps.edu).
Забавно, что встряхивание массы подробностей в банке – не только метод продемонстрировать правильность модели (как при с вирусом), но и метод проверить версию о самосборке сложных молекул.
Встряхивание имитирует броуновское перемещение. Вот в одной громадной пластиковой фляге у Олсона «живёт» огромное количество маленьких молекул, снабжённых выступами и магнитами-впадинами, как в детском конструкторе.
Эту флягу учёный трясёт в далеком прошлом – часть подробностей уже собралась в сложные структуры, а часть никак не желает занимать собственное место.
«Это – молекула, которую мы всё ещё пробуем создать, – говорит Олсен, и развивает собственную философию. — Чем несложнее будет возможность подержать биологическую молекулу в руках, тем легче будет узнать то, что она делает в теле человека».
