Vidieť vírus znamená pochopiť ho

, 06.02.2021 06:00
cryo-et-1
Autor:

Koronavírus je taký malý, až je pre nás neviditeľný. Nie však pre Petra Mindeka. Vyštudoval vo Viedni, s pedagógom si založil spoločnosť Nanographics, ktorá ako prvá na svete vytvorila a ukázala 3D obraz koronavírusu. Ľudia podľa neho musia vedieť, ako vírus vyzerá. Potom ho dokážu uchopiť a chrániť sa. Vedcom zasa ich práca pomôže pri hľadaní správnej a účinnej liečby.

Ako sa tvorí vizualizácia koronavírusu?

Vizualizáciu sme vytvorili zo snímok z kryoelektrón-tomografických dát. Tieto dáta pochádzajú z elektrónového mikroskopu, ktorý vytvára snímky skúmanej vzorky z viacerých uhlov, ktoré spoločne vytvárajú 3D obraz. Rovnako ako CT u doktora. Problém je, že takto získané dáta sú veľmi zašumené, a nedali by sa priamo zobraziť v 3D existujúcimi algoritmami tak, aby tam niečo bolo vidno. Takže ďalším krokom bolo odstránenie šumu z týchto snímok. O to sa postarala výskumná skupina Ivana Violu. Odšumené snímky následne poslali mne. Vytvoril som počítačový algoritmus, ktorý odšumené snímky zobrazil v 3D.

Čo bolo pri vašej práci najťažšie?

Zobraziť tomografické dáta v 3D nie je ťažké. Ale pri snímkach ako sú tieto, kde je veľa šumu, nie je potom v 3D takmer nič vidno. Najťažšie teda bolo ukázať 3D štruktúru koronavírusu a potlačiť šum. V mojom algoritme som použil trik, ktorý sa používa pri 4D ultrazvuku – ultrazvukové snímky sú tiež veľmi zašumené, takže pri zobrazení v 3D treba použiť zobrazovaciu metódu, pri ktorej šum nemá až taký veľký vplyv na výsledný obraz. Trik spočíva vo vypočítaní, ktoré časti obrazu by boli v tieni, keby na objekt svietilo svetlo. Vďaka tomu je možné zvýrazniť 3D štruktúru aj v zašumených dátach. Ale to je asi príliš technický opis.

Ak som to pochopila správne, ak by sme na vírus zasvietili baterkou, časť by sme videli zreteľne, časť v tieni. Vy ste však nesvietili, vy ste rátali. Ako dlho trvalo vytvorenie 3D vizualizácie koronavírusu?

Áno, je to podobné, ako keď fotografi používajú svetlo na zvýraznenie tvarov fotografovaných objektov. My však svetlo použiť nemôžeme, keďže vírus je príliš malý. Musíme vytvoriť počítačovú simuláciu svetla, ktorú použijeme na namerané tomografické dáta a tým ukážeme reálny tvar vírusovej častice. V tomto prípade trvalo vytvorenie vizualizácie niekoľko mesiacov, keďže sme museli vyvinúť potrebné algoritmy na odšumenie dát a ich následné zobrazenie. Ja osobne som robil na tej zobrazovacej časti, prvú verziu som mal hotovú o dva dni po tom, čo som dostal prvé dáta. A ďalšie dva mesiace som po večeroch vylaďoval detaily.

+1

Váš 3D model zobrazuje vírus z čínskeho Wu-chanu?

Áno, táto konkrétna vzorka je z januára 2020 a pochádza od pacienta, ktorý sa nakazil na konferencii s účastníkmi z Wu-chanu.

Prečo je dôležité vedieť, ako vírus vyzerá?

Je to dôležité pre pochopenie toho, ako presne funguje. V tejto nanoskopickej škále, lebo jeden virión – častica koronavírusu – má okolo 100 nanometrov, veci fungujú na základe chemických reakcií medzi molekulami. Tie molekuly sú napríklad proteíny ako hoci známy spike, ktorý sme v našej vizualizácii zafarbili ružovo. Majú komplikované tvary, ale práve na základe týchto tvarov dokážu alebo nedokážu interagovať, spolupracovať s inými molekulami. Preto je poznanie tvaru dôležité pre poznanie funkcie. A poznanie funkcie je dôležité pri hľadaní možných spôsobov liečby.

Je teda napríklad britská mutácia vírusu v niečom iná? Myslím viditeľne iná?

Mutácie spôsobujú, že sa zmení tvar niektorých proteínov, napríklad spike proteínu, ktorý je dôležitý pre vstup vírusu do bunky. Tie zmeny tvaru ale môžu byť iba v niektorých malých, ale dôležitých častiach proteínovej molekuly, a preto nemusia byť nutne viditeľné pod elektrónovým mikroskopom. Vedci tieto mutácie odhaľujú skúmaním ich genetického kódu, ktorý určuje podobu proteínov, z ktorých sa vírus skladá. Tu musím povedať, že ja nie som biológ, som informatik. My dostávame dáta od biológov, oni nám povedia, ako dáta vznikli, a my podľa toho vyvinieme algoritmy, ktoré tieto dáta verne zobrazia. Analýza výsledných obrázkov je už opäť na biológoch.

V čom pomôže bežnému človeku takýto model?

Podľa mňa je dobré ukazovať zábery ako tento bežným ľuďom. Aby si vírus vedeli predstaviť, aby vedeli, ako o ňom rozmýšľať. Všetky 3D zobrazenia, ktoré doteraz videli, boli ručne vyrobené 3D modely. To je, akoby sme ukázali nejakému mimozemšťanovi, ktorý nikdy predtým nevidel ľudí, animovanú postavičku z kresleného seriálu a chceli by sme od neho, aby si predstavil, ako ľudia v skutočnosti vyzerajú. Vírus nemôžeme vidieť, je menší ako vlnová dĺžka svetla, a tak ho „na vlastné oči“ nikdy neuvidíme. Preto je pre mnohých ľudí niečím abstraktným, čo nevedia v mysli uchopiť. Naša vizualizácia im dáva niečo konkrétne, keďže ukazuje reálny tvar vírusu. Hovorím tvar, pretože farby sú samozrejme umelé – farby tak ako ich poznáme pri objektoch na takejto malej škále neexistujú.

Peter Mindek (32) Študoval na Technickej univerzite vo Viedni. Jeho pedagógom bol aj Ivan Viola. Po doktorandskom štúdiu začal u Violu pracovať ako výskumný pracovník. Spolu sa venovali metódam počítačovej vizualizácie v biológii. Neskôr spoločne založili firmu Nanographics, kde sa tiež venujú vizualizáciám vedeckých dát, ilustrácií. Vyvíjajú vizualizačný softvér. Peter Mindek pôsobí vo Viedni.

© AUTORSKÉ PRÁVA VYHRADENÉ

0 debata debata
Viac na túto tému: #vedec #snímky #koronavírus #Covid-19