Как заработать на гриппе и вирусе Эбола
Модель черной дыры, занимающей видное место во вселенной «Интерстеллара» Кристофера Нолана, создавалась целый год. Над ней работали 30 человек и тысячи компьютеров, а руководитель проекта астрофизик Кип Торн собирается печатать по следам фильма новые научные статьи – результат работы поразил даже его.
Все усилия были затрачены вопреки очевидному тезису, что большинство зрителей не смогут отличить научно достоверную модель черной дыры от художественной анимации. Скорее всего, не смогут этого сделать и два биолога, которые увлеченно обсуждают работу Нолана за столиком в кафе: «Представляете, сколько можно вложить сил в работу, которую никто не способен оценить!»
Меньше не имело смысла
Иван Константинов и Юрий Стефанов несколько лет решают задачу, с которой столкнулись создатели «Интерстеллара»: строят научно достоверные модели объектов неизвестного внешнего вида, только не в макро-, а в микромире. Они моделируют вирусы. Их модель вируса иммунодефицита человека признавалась лучшей научной иллюстрацией в мире, а сделанный ими вирус гриппа попал на обложку журнала Science.
Константинов начал заниматься 3D-моделированием еще на старших курсах биологического факультета МГУ, который окончил в 2006 году. Небольшая компания Visual Science выросла на пересечении двух его увлечений. Сейчас там работает с десяток человек (не считая приглашенных научных консультантов), которые выполняют самые разные заказы, связанные с визуализацией научной и технической информации. Среди клиентов – издательские дома и фармацевтические компании, некоммерческие организации, «Роснано» и Московский университет. Но визитной карточкой Visual Science остается вирусный проект.
В поисках информации консультанты Visual Science пишут письма вирусологам по всему миру и время от времени находят неопубликованные данные
В отличие от черных дыр, вирусы повсюду. С ними умеют работать ученые, им посвящены тысячи теоретических и экспериментальных работ, однако их внешний вид все равно остается загадкой: ученым-вирусологам очень редко нужно знать, как выглядит вирус. Его взаимодействие с клетками человека или бактериями не включает в себя визуального контакта. Оптические микроскопы не могут показать объект, линейные размеры которого уступают длине световой волны: фотографии вирусов выглядят так, как будто у камеры сбился фокус. И даже эти размытые изображения из университетских учебников двухмерные.
Создать красивую и достоверную модель – это просветительский проект. Стефанов, который отвечает за достоверность моделей, признает, что решает не научную задачу. Впрочем, количество научных статей, которые ему приходится перелопатить во время работы над следующим вирусом, не дает соскучиться по профессии. Несколько лет назад, уже защитив диссертацию, он ушел в Visual Science из академического института.
Трудная жизнь
Вирус – самая простая живая структура, но невероятно сложная по меркам неживого мира. Он включает в себя до нескольких десятков белков, каждый из которых состоит из десятков-сотен тысяч атомов и имеет сложную пространственную структуру. Генетическая информация в виде ДНК или РНК намотана на эти белки часто неизвестным науке образом. Работа над новым объектом начинается с составления карты белых пятен, неизученных деталей строения вируса.
В парке вирусов, который надеется создать Visual Science, есть сравнительно простые и трудные объекты. Сложность работы определяется в первую очередь тем, насколько хорошо изучен вирус и какие белые пятна исследователям приходится закрывать собственными усилиями. Пространственная структура многих белков неизвестна.
Взаимодействие молекул иногда приходится выяснять самостоятельно, методами биоинформатики. В поисках информации консультанты Visual Science пишут письма вирусологам по всему миру и время от времени находят неопубликованные данные, которые можно пустить в ход. Главный успех компании – вирус гриппа – состоялся благодаря помощи испанских биологов, которые как раз готовили статью в Science, посвященную укладке его генетического материала. В результате сотрудничества вирус появился на обложке.
Поскольку вирусы меньше длины световой волны, у них нет цвета. Сотрудники Visiual Science исправляют этот эстетический недостаток, а заодно добавляют в модель дополнительную информацию. Белки, которые кодируются собственным геномом вируса, раскрашиваются цветом, а белки, которые кодируются зараженной клеткой, изображаются в черно-белой гамме (вирусы заставляют механизмы человеческой клетки работать на воспроизводство своих поработителей). Когда какой-то пурист в интернете указал Константинову на это очевидное погрешение против истины, он специально обесцветил модель вируса, чтобы продемонстрировать, как скучно тот выглядит без цвета.
Физические размеры вируса, как ни странно, тоже усложняют моделирование: с ростом числа молекул геометрически растет необходимое для расчетов компьютерное время. Самые большие известные вирусы поражают, на счастье, амеб, а не людей, поэтому не интересуют Visual Science. Но даже на рендеринг вируса Эбола, заметно более крупного, чем грипп или ВИЧ, коллеги потратили месяц компьютерного времени. Неделю потеряли из-за того, что во дворе дома, где проводились расчеты, под землю провалился КамАЗ и отрубил питание в лаборатории.
Человеческих вирусов хватит еще на много лет работы. Например вирус гепатита, при его упоминании у Стефанова появляется огонек в глазах. Когда-нибудь можно будет замахнуться на кусок настоящей живой клетки, но это потом: они на несколько порядков больше вирусов.
Недавно в Visual Science произвели на свет свою первую модель в трех измерениях: по заказу фонда «Династия» ученые сконструировали аденовирус человека для Дарвиновского музея. Константинов, которому принадлежит Visual Science, с большим интересом смотрит на рынок образовательных пособий, бесконечный по сравнению со скромными масштабами его компании.
Пока у компании Visual Science нет даже постоянного офиса. Зато есть собственная лаборатория, где разрабатываются новые продукты и тестируются производственные процессы. Тут ему можно только поверить на слово: ее местоположение скрывается так тщательно, как будто там стоит бэтмобиль. Даже Стефанов, с которым они работают бок о бок много лет, в лаборатории ни разу не был. «Мне и неинтересно», – говорит он то ли всерьез, то ли не очень.
