Компьютерра, 2007 № 44 (712) - [15]
Первые модели структуры белков конструировали из большого числа шариков, проволочек, втулок, винтиков и других деталей. Они были очень громоздки, хрупки и требовали огромного времени и усердия для изготовления, даже при использовании специальных "конструкторов" - наборов стандартных деталей для сборки. В настоящее время компьютеры почти полностью заменили такие конструкторы, но ведь возможность взглянуть на модель молекулы не только на компьютерном экране, но и "в реале" помогает лучше понять ее функцию и оценить красоту!
Одним из современных методов производства "твердых" моделей молекул (про "конструкторы" мы подробно говорить не будем1) является трехмерное прототипирование - способ изготовления объемных макетов любых объектов, используемый, в частности, в промышленном дизайне. Изготавливаются модели на автоматизированных установках (в том числе управляемых через Интернет), входными данными для которых является CAD-файл или файл с координатами атомов белка в общепринятом формате pdb. Одна из компаний, предлагающих изготовить "твердую" модель белка - 3D Molecular Designs (3dmoleculardesigns.com), - располагает целым арсеналом технологий прототипирования: стереолитография, избирательное спекание лазером, ламинирование, моделирование путем последовательного наплавления и трехмерная печать. Последняя технология аналогична струйной печати с той лишь принципиальной разницей, что вместо чернил используются полимеризующиеся композиты. На подложку наносится слой за слоем, пока модель не будет готова. Трехмерная печать превосходит другие технологии прототипирования в скорости, но не всегда - в качестве. Для молекулярных макетов очень важна правильная раскраска атомов, и только трехмерная печать позволяет сразу получать цветные объекты (за счет использования разноцветных "чернил"). Модели, созданные с помощью других технологий, после изготовления необходимо красить.
Преподаватели отмечают, что подобные модели чрезвычайно полезны в обучении, ведь если студент сможет подержать в руках молекулу хемотрипсина, гемоглобина или рибосомы, он немедленно, на интуитивном уровне, почувствует, как структура белка связана с его функцией - а ведь это один из важнейших аспектов молекулярной биологии!
Не следует думать, что вопросы визуального представления молекул и наукоемкого материала занимают умы только зарубежных ученых. Московская компания Visual science создает научные иллюстрации, пластиковые модели биомолекул, пространственные модели медико-биологических объектов, изготавливаемые с помощью трехмерной печати. Иллюстративный материал такого рода делает научную информацию весьма наглядной. Компания ставит своей целью обеспечить профессиональное иллюстрирование учебников и научно-популярных публикаций, не допуская при этом фактических ошибок, которыми изобилуют многие издания.
Обычно под белковыми кристаллами подразумевают специальным образом приготовленные образцы белка, за счет своей высокоупорядоченной структуры способные давать четкую дифракционную картину при рентгеновском облучении (этот эффект используется для экспериментального исследования структуры белков). Однако есть и другие кристаллы - своеобразные миниатюрные произведения искусства на тему структуры белка, выполненные прямо в толще стеклянного блока.
Бэтшиба Гроссман (Bathsheba Grossman) работала и программистом, и машинисткой, и техническим писателем, но всегда только по совместительству со своей главной страстью - скульптурой, основанной на законах симметрии, математике и науках о жизни. Несколько лет назад она заинтересовалась технологией лазерной гравировки в массиве стекла, позволяющей внутри геометрически идеального блока оптического кристалла создавать картины с помощью лазерного "выжигания" микродефектов. Конический луч иттрий-алюминий-гранатового лазера фокусируется на определенной точке внутри кристалла и создает микроскопический (примерно 0,1 мм) дефект, видимый как белая точка [По некоторым данным, эту технологию разработали еще в СССР]. Множество (до миллиона!) таких точек, последовательно "расставляемых" в стеклянном блоке под управлением компьютера, порождает целостную картину - такую, например, как структура комплекса ДНК с полимеразой (рис. на странице слева).
Один из друзей Гроссман, биолог, увидев ее эксперименты с лазерной гравировкой, попросил изготовить изображение молекулы белка. Художница заинтересовалась визуализацией биомолекул и взялась писать собственные программы для управления лучом лазера: ведь заставить "облако" точек выглядеть как белковая молекула - очень трудная задача! Начавшись как невинное увлечение, "стеклянная" скульптура переросла в бизнес - на принадлежащем Бэтшибе сайте www.crystalprotein.com идет бойкая торговля белковыми молекулами, "запечатанными" в кристаллы, как древнее насекомое в янтарь. Справедливости ради отметим, что белки - не единственный интерес Гроссман. Некоторые ее скульптуры напоминают загадочные клубки сложной топологии и изготавливаются по технологии трехмерной печати металлическим порошком. Работа Гроссман под названием Metatrino даже попала в популярный в Америке сериал про ученых "Numb3rs" (Бёрд Киви посвятил ему статью в "КТ" #684).
