Молекулярный биолог Валерия Архипова и CGI художник Алексей Солодовников разработали атомарную модель вируса SARS-CoV-2 и анимировали ее. В рамках своей работы они делятся тем, сколько сил и времени потребовалось на создание этой модели, а также описывают данные, которые были использованы для построения изображения, сочетающего научную достоверность и эстетическую привлекательность.
Атомарная модель SARS-CoV-2 состоит из нескольких компонентов: S-белки (бирюзовые), M-белки (зеленые) и E-белки (красные); мембрана обозначена синим цветом, а олигосахариды — оранжевым. Вирус включает молекулы оболочки и три типа белков, а также олигосахаридные остатки, которые обеспечивают ему «камуфляж» от иммунной системы организма.
S-белки, или спайк-белки, позволяют вирусу прикрепляться к клеткам. Если они функционируют должным образом, вирус проникает в клетку и размножается. M-белки отвечают за контроль сборки новых вирионов, представляя собой каркас для других структурных белков, а E-белки образуют ионный канал для помощи в сборке вирусов в комплексе Гольджи.
Олигосахаридные остатки помогают вирусу скрываться от иммунной системы, затрудняя ее работу по распознаванию вируса, «обвешанного» сахарами.
Существующие изображения вируса можно условно разделить на два типа: художественные иллюстрации, не основанные на молекулярной биологии, и научные работы, где приоритет отдается достоверности. Архипова и Солодовников решили объединить эти подходы, создав модель, которая демонстрирует как красоту, так и сложность вируса.
Модель состоит из двух частей: внешней и внутренней. На данный момент они сконцентрировались на наружной части, оставив внутреннюю для отдельного обсуждения. Работая над моделью, они вдохновлялись другими работами, которые служили ориентиром для создания своей модели.
Одно из видео показало, что можно сделать модель цветной и более привлекательной, выделив разные части вируса цветом. Это улучшило восприятие изображения, а также впервые продемонстрировало движение вируса. Анализ других работ позволил уточнить структуру вируса и повысить уровень детализации модели.
Подход, основанный на четком цветовом решении, стал ключевым моментом работы. Прежде чем дойти до финальной версии, было отвергнуто 11 различных цветовых комбинаций. Работа студии Visual Science доказала, что атомарный подход был правильным.
Исходные данные для модели были взяты из базы Protein DataBank (PDB). Каждый белок в PDB представлен отдельным файлом, содержащим координаты атомов, химический состав и другую информацию. Разные белки имеют свои особенности размещения атомов в системе координат, что обеспечивает точность и детальность.
К сожалению, полная информация о молекулах оболочки коронавируса отсутствует в PDB. Поэтому исследователи использовали липиды из базы и самостоятельно собрали оболочку вируса, опираясь на данные о мембране клетки-хозяина.
С помощью консультаций с экспертами из МГУ и Уфимского Института химии удалось уточнить количество S-белков, что значительно повысило точность модели. В итоге количество S-белков было снижено с 90 до 38, что стало важным открытием в исследовании.
Подвижность S-белков, их структура и функция также были пересмотрены. Это изменение подтвердило гипотезу о том, что вирион не может быть плотно усеян S-белками, так как это мешало бы их взаимодействию.
Работа, проделанная Валерией Архиповой и Алексеем Солодовниковым, открывает новые горизонты в понимании структуры SARS-CoV-2 и подчеркивает важность совместного использования научных и художественных подходов в исследовании.