O vírus Zika explodiu no cenário global no ano passado, quando autoridades de saúde começaram a suspeitar que isso poderia causar defeitos congênitos em bebês. Como a epidemia de Ebola em 2014, o medo cresceu rapidamente. A destruição causada pela doença é profundamente inquietante, em parte porque as partículas de contágio são invisíveis.
Para tornar algo visível é melhor lidar com isso, para torná-lo mais gerenciável. Em março deste ano, Michael Rossmann, da Universidade de Purdue, em Indiana, e seus colegas mapearam o que Meghan Rosen, da Science News, descreveu como a "estrutura esburacada em forma de bola de golfe" do zika. Com a estrutura deduzida, os cientistas agora têm um ponto de partida para aprender como o vírus funciona e se ele pode ser interrompido. Os pesquisadores procurarão pontos na estrutura que possam oferecer um alvo para um medicamento.
Nesse sentido, mas com um toque mais artístico, outro cientista pintou uma imagem do que poderia parecer quando o zika infecta uma célula.
A aquarela de David S. Goodsell mostra uma área de aproximadamente 110 nanômetros de largura, relata Maggie Zackowitz para a NPR . Isso é quase 1.000 vezes menor que a largura de um cabelo humano típico. Na pintura, uma esfera rosa representando o vírus foi cortada ao meio para revelar os emaranhados do material genético viral. Protuberâncias carnudas na superfície do vírus captam torres verdes embutidas em uma curva verde clara que parece envolver uma mistura de azul. As proteínas de superfície do vírus estão se ligando a receptores na superfície de uma célula que logo irá infectar.
Os vírus mortais nunca pareciam tão bonitos como sob o pincel de Goodsell. O biólogo molecular com nomeações conjuntas no Instituto de Pesquisa Scripps, em La Jolla, Califórnia, e na Universidade Estadual Rutgers, em Nova Jersey, pinta formas de cores vivas e de aspecto mole, lembrando jujubas, bolas de futebol e espaguete que se aglomeram e misturam. Como imagens abstratas, são deliciosas, mas o trabalho de Goodsell também é firmemente apoiado na ciência.
O cientista-artista faz algumas suposições para suas pinturas. "Alguns dos objetos e interações são muito bem estudados e outros não", explica ele. "A ciência ainda é um campo em crescimento". Mas sua experiência permite que ele manuseie o pincel com confiança.
A visualização do mundo biológico microscópico primeiro intrigou Goodsell na pós-graduação, quando ele se baseou em técnicas como a cristalografia de raios X para deduzir as dobras, contorções e contorções de proteínas e ácidos nucléicos.
A estrutura é fundamental para dar às moléculas das células sua função, sejam elas enzimas que clivam outras moléculas, fitas de RNA que instruem a construção de proteínas ou as fibras que sustentam e modelam os tecidos. Bolsas em proteínas oferecem pontos onde outras moléculas podem se ligar e catalisar ou prevenir reações. Quando Rosalind Franklin conseguiu capturar a primeira imagem do DNA, usando cristalografia de raios-x, James Watson e Francis Crick rapidamente conseguiram deduzir como o descompactamento da dupla hélice poderia fornecer um modelo para a replicação de material genético.
"Se você está do lado de fora de um automóvel e o capô está fechado, então você não pode ver o motor, você não tem idéia de como a máquina funciona", diz Stephen K. Burley, pesquisador que estuda proteômica na Universidade Rutgers. As células em si são máquinas minúsculas e complexas, e entender como elas funcionam ou quais partes e processos dão errado sob a influência de doenças requer um olhar sob o capô.
É por isso que Goodsell precisava entender como as moléculas eram moldadas e como elas se encaixavam dentro da célula.
Computação gráfica estava apenas entrando no cenário do laboratório de pesquisa em meados da década de 1980 e dando a cientistas como Goodsell, agora com 55 anos, uma visão sem precedentes das moléculas que estudaram. Mas até os melhores programas se esforçaram para mostrar todas as complexidades de uma única molécula. "Objetos do tamanho de uma proteína foram um verdadeiro desafio", diz ele. A visualização de múltiplas proteínas e seu lugar em relação às estruturas celulares estava além das capacidades de hardware e software da época.
"Eu disse a mim mesmo: como seria se pudéssemos explodir uma parte da célula e ver as moléculas?" Goodsell diz. Sem as capacidades gráficas computacionais de alta potência de hoje, ele virou-se, literalmente, para a prancheta para reunir todos os conhecimentos sobre a estrutura que ele poderia e criar essa imagem do interior lotado de uma célula. Seu objetivo era "voltar a olhar para o quadro geral da ciência", diz ele.
As imagens que ele cria destinam-se a ser ilustrações científicas, para inspirar pesquisadores e o público em geral a pensar sobre as estruturas subjacentes às reações químicas e funções das células.
Tipicamente, Goodsell passa algumas horas pesquisando literatura científica para aprender tudo o que os pesquisadores sabem sobre o assunto que ele quer ilustrar. Depois, ele desenha um grande esboço a lápis baseado no que aprendeu. O papel químico ajuda-o a transferir esse esboço para papel aquarela. As moléculas dentro das células são geralmente menores que o comprimento de onda da luz, então uma visão verdadeira de uma paisagem molecular seria incolor, mas Goodsell adiciona cor e sombreamento para ajudar as pessoas a interpretarem suas pinturas. O resultado é uma visão detalhada do maquinário molecular no trabalho.
Em uma pintura de Ebola, por exemplo, o vírus parece um enorme verme erguendo sua cabeça. O vírus roubou os componentes de uma membrana celular de uma célula infectada, retratada em roxo claro, escreve Goodsell para o recurso on-line, o Protein Data Bank (PDB) da RCSB. As cabeças de brócolis turquesa que rebocam o exterior dessa membrana são glicoproteínas, que podem se prender à superfície de uma célula hospedeira e puxar a partícula viral para perto o suficiente para que seu material genético (em amarelo, protegido pela nucleoproteína verde) possa ser empurrado para dentro. Essas glicoproteínas têm sido um dos principais alvos dos medicamentos para combater o vírus.
A pintura ganhou o Wellcome Image Awards deste ano, uma competição que atrai especialistas em ilustração científica e visualização de todo o mundo.
A pintura Ebola e muitas outras imagens da Goodsell vivem no APO, sob a supervisão de Burley, diretor do repositório. O PDB contém mais de 119.000 estruturas de proteínas, RNA, DNA e outras moléculas. Algumas estatísticas demonstram a importância da estrutura para os biólogos: existem cerca de 1, 5 milhão de downloads de informações estruturais 3D detalhadas do banco de dados todos os dias. Nos últimos quatro anos, pessoas de 191 dos 194 estados independentes reconhecidos no mundo acessaram o recurso.
Em julho, Goodsell publicará sua 200ª "Molécula do Mês", uma série com suas representações de proteínas e outras moléculas, juntamente com uma explicação por escrito da função e importância das estruturas.
O trabalho de Goodsell ajuda a educar estudantes do ensino médio e outros sobre as estruturas por trás de partículas causadoras de doenças e condições de saúde nas notícias. Para a chamada série PDB-101, suas moléculas ajudam os alunos a entender melhor os mecanismos por trás do diabetes tipo 2 ou envenenamento por chumbo. Ele tem uma pintura em grande escala que cobrirá o ciclo de vida do vírus HIV.
Até mesmo os especialistas podem aprender com as ilustrações da Goodsell. Logo no início, ele se lembra de ir ao redor do instituto para perguntar a seus colegas o quanto eles pensavam que uma célula estava lotada. As estimativas que ele recebeu foram muito diluídas. Somente quando ele recuou para olhar o quadro geral ficou óbvio que as células são muito densas e complexas.
"Não estou ciente de muitas outras pessoas operando da maneira que [Goodsell] faz", diz Burley. O trabalho de Goodsell une a interpretação artística e o conhecimento científico. "Ele é capaz de contar mais da história da estrutura 3D à mão do que você pode com computação gráfica. Essa, eu acho, é a verdadeira beleza do seu trabalho."
O trabalho de Goodsell pode ser visto na série " Molecule of the Month " do RCSB Protein Data Bank e em seu site . Seu site também fornece mais detalhes sobre algumas das imagens deste artigo.
