Il virus Zika è esploso sulla scena globale lo scorso anno quando i funzionari sanitari hanno iniziato a sospettare che potesse causare difetti alla nascita nei bambini. Come l'epidemia di Ebola nel 2014, la paura è cresciuta rapidamente. La distruzione provocata dalla malattia è profondamente inquietante, in parte perché le particelle di contagio sono invisibili.
Rendere visibile qualcosa è meglio gestirlo, renderlo più gestibile. Nel marzo di quest'anno, Michael Rossmann della Purdue University in Indiana e i suoi colleghi hanno mappato quella che Meghan Rosen per Science News ha descritto come la "struttura irregolare a forma di pallina da golf" di Zika. Con la deduzione della struttura, gli scienziati hanno ora un punto di partenza per imparare come funziona il virus e se può essere fermato. I ricercatori cercheranno punti nella struttura che potrebbero offrire un obiettivo per un farmaco.
In tale ottica, ma con un tocco più artistico, un altro scienziato ha dipinto un'immagine di come potrebbe apparire quando Zika infetta una cellula.
L'acquerello di David S. Goodsell raffigura un'area larga circa 110 nanometri, riferisce Maggie Zackowitz per NPR . Questo è quasi 1.000 volte più piccolo della larghezza di un tipico capello umano. Nel dipinto, una sfera rosa che rappresenta il virus è stata tagliata a metà per rivelare grovigli del materiale genetico virale. Protuberanze carnose sulla superficie del virus afferrano torri verdi incastonate in una curva verde chiaro che sembra racchiudere un miscuglio di blu. Le proteine di superficie del virus si legano ai recettori sulla superficie di una cellula che presto infetterà.
I virus mortali non sono mai stati così belli come lo sono sotto il pennello di Goodsell. Il biologo molecolare con appuntamenti congiunti presso lo Scripps Research Institute di La Jolla, in California e la Rutgers State University nel New Jersey dipinge forme dai colori vivaci e dall'aspetto squishy che ricordano jellybeans, palloni da calcio e spaghetti che si affollano e si mescolano insieme. Come immagini astratte sono deliziose, ma anche il lavoro di Goodsell è saldamente basato sulla scienza.
Lo scienziato-artista fa alcune ipotesi colte per i suoi dipinti. "Alcuni degli oggetti e delle interazioni sono molto ben studiati e altri no", spiega. "La scienza è ancora un campo in crescita." Ma la sua esperienza gli permette di maneggiare il pennello con sicurezza.
La visualizzazione del microscopico mondo biologico ha incuriosito per la prima volta Goodsell nella scuola di specializzazione, quando ha fatto affidamento su tecniche come la cristallografia a raggi X per dedurre pieghe, colpi di scena e contorsioni di proteine e acidi nucleici.
La struttura è la chiave per dare alle molecole nelle loro funzioni, siano essi enzimi che scindono altre molecole, filamenti di RNA che istruiscono la costruzione di proteine o le fibre che supportano e modellano i tessuti. Le tasche nelle proteine offrono punti in cui altre molecole possono legarsi e catalizzare o prevenire reazioni. Quando Rosalind Franklin riuscì a catturare la prima immagine del DNA, usando la cristallografia a raggi X, James Watson e Francis Crick furono rapidamente in grado di dedurre come decomprimere la doppia elica potesse fornire un modello per la replica di materiale genetico.
"Se ti trovi fuori da un'automobile e il cofano è chiuso in modo da non poter vedere il motore, non hai idea di come funzioni la macchina", afferma Stephen K. Burley, un ricercatore che studia proteomica alla Rutgers University. Le cellule stesse sono macchine minuscole e complesse e capire come funzionano o quali parti e processi si guastano sotto l'influenza della malattia, richiede uno sguardo sotto il cofano.
Ecco perché Goodsell aveva bisogno di capire come venivano modellate le molecole e come si adattano insieme all'interno della cellula.
La computer grafica stava appena entrando nella scena del laboratorio di ricerca a metà degli anni '80 e dando a scienziati come Goodsell, che ora ha 55 anni, uno sguardo senza precedenti alle molecole che avevano studiato. Ma anche i migliori programmi hanno faticato a mostrare tutte le complessità di una singola molecola. "Gli oggetti delle dimensioni di una proteina sono stati una vera sfida", afferma. La visualizzazione di più proteine e il loro posto rispetto alle strutture cellulari andava al di là delle capacità hardware e software.
"Mi sono detto: come sarebbe se potessimo far saltare in aria una porzione della cellula e vedere le molecole?" Dice Goodsell. Senza le potenti capacità di computer grafica di oggi, si è rivolto, letteralmente, al tavolo da disegno per mettere insieme tutti i pezzi di conoscenza sulla struttura che poteva e creare quell'immagine dell'affollato interno di una cella. Il suo obiettivo era "tornare a guardare il quadro generale della scienza", dice.
Le immagini che crea sono intese come illustrazioni scientifiche, per ispirare i ricercatori e il pubblico in generale a pensare alle strutture alla base delle reazioni chimiche e delle funzioni delle cellule.
In genere, Goodsell trascorre alcune ore a scavare nella letteratura scientifica per apprendere tutto ciò che i ricercatori sanno sull'argomento che vuole illustrare. Quindi, disegna un grande schizzo a matita basato su ciò che ha imparato. La carta carbone lo aiuta a trasferire quel disegno su carta per acquerello. Le molecole all'interno delle cellule sono spesso più piccole della lunghezza d'onda della luce, quindi una vera visione di un paesaggio molecolare sarebbe incolore, ma Goodsell aggiunge colore e ombreggiatura per aiutare le persone a interpretare i suoi dipinti. Il risultato sono viste dettagliate delle macchine molecolari al lavoro.
In un dipinto di Ebola, ad esempio, il virus sembra un enorme verme che gli solleva la testa. Il virus ha rubato i componenti di una membrana cellulare da una cellula infetta, raffigurata in viola chiaro, Goodsell scrive per la risorsa online, la Protein Data Bank (PDB) di RCSB. Le teste di broccoli turchesi che stuccano l'esterno di quella membrana sono glicoproteine, che possono aggrapparsi alla superficie di una cellula ospite e tirare la particella virale abbastanza vicino da poter spingere all'interno il suo materiale genetico (in giallo, protetto dalla nucleoproteina verde). Quelle glicoproteine sono state un bersaglio importante per i farmaci per combattere il virus.
Il dipinto ha vinto quest'anno il Wellcome Image Awards, un concorso che attira esperti di illustrazione scientifica e visualizzazione da tutto il mondo.
Il dipinto di Ebola e molte altre immagini di Goodsell vivono al PPB, sotto la supervisione di Burley, il direttore del repository. Il PDB contiene oltre 119.000 strutture di proteine, RNA, DNA e altre molecole. Alcune statistiche dimostrano quanto sia importante la struttura per i biologi: ogni giorno ci sono circa 1, 5 milioni di download di informazioni strutturali 3D dettagliate dalla banca dati. Negli ultimi quattro anni, persone provenienti da 191 dei 194 stati indipendenti riconosciuti nel mondo hanno avuto accesso alla risorsa.
A luglio, Goodsell pubblicherà la sua 200a "Molecola del mese", una serie che mostra le sue rappresentazioni di proteine e altre molecole insieme a una spiegazione scritta della funzione e dell'importanza delle strutture.
Il lavoro di Goodsell aiuta a educare gli studenti delle scuole superiori e altri sulle strutture dietro le particelle che causano malattie e le condizioni di salute nelle notizie. Per la cosiddetta serie PDB-101, le sue molecole aiutano gli studenti a comprendere meglio i meccanismi alla base del diabete di tipo 2 o l'avvelenamento da piombo. Ha un prossimo dipinto su larga scala che coprirà il ciclo di vita del virus dell'HIV.
Anche gli esperti possono imparare dalle illustrazioni di Goodsell. All'inizio, ricorda di andare in giro per l'istituto per chiedere ai suoi colleghi quanto affollato pensassero fosse una cella. Le stime che ha ottenuto erano molto diluite. Solo quando si è ritirato per guardare il quadro generale è diventato evidente che le cellule sono molto dense e complesse.
"Non sono a conoscenza di molte altre persone che operano come [Goodsell]", afferma Burley. Il lavoro di Goodsell unisce l'interpretazione artistica e la conoscenza scientifica. "È in grado di raccontare a mano più della storia della struttura 3D di quanto tu possa fare con la computer grafica. Questa, credo, è la vera bellezza del suo lavoro."
Il lavoro di Goodsell può essere visto nella serie " Molecule of the Month " della RCSB Protein Data Bank e sul suo sito web . Il suo sito Web fornisce anche maggiori dettagli su alcune delle immagini di questo articolo.
