Ученые разработали способ исследовать точные 3D-модели биологических клеток в популярной игре, назвав этот инструмент "CraftCells: A Window into Biological Cells". Пользователям предлагается детально познакомиться со строением бактерий, дрожжевых клеток и клеток человека, перемещаясь по виртуальному миру и наблюдая наномасштабные структуры без необходимости обладать внушительными вычислительными ресурсами.
Проект возглавлен профессором химии и физики Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне Зайдой (Зан) Ласей-Шультен. В работе участвуют профессор биоинженерии Стивен Боппарт и профессор биоинженерии Рохит Бхаргава, занимающий должность директора Центра по изучению рака в Иллинойсе. Ключевой вклад внесли аспирант Кевин Тан, постдокторанты Зейн Торнбург и Сет Кенкел, а основным автором исследования выступил аспирант по биофизике Тянью У.
Все описанные результаты представлены в журнале The Biophysicist, а их фундамент основан на многолетних исследованиях, где за последнее десятилетие осуществлялось создание 3D- и 4D-моделей клеток. Разработчики стремятся к тому, чтобы каждый по-настоящему ощутил организацию клеточных структур в пространстве, выходя за рамки статичных изображений в учебниках.
Ранее существовавшие программы NAMD и VMD, также созданные в Иллинойсе, уже способны обрабатывать системы с миллионами атомов, но они требуют колоссальных ресурсов. Теперь же CraftCells предоставляет каждому возможность "прогуляться" по клетке, проникать сквозь мембраны органелл, исследовать цитоплазму и наблюдать распределение жизненно важных компонентов.
Инструмент доступен бесплатно на GitHub ( ) и совместим с Minecraft Java, Bedrock и Education. Все масштабируется до уровня 1–100 нанометров на каждый 3D-пиксель, что даёт возможность замечать даже мельчайшие детали клеточной структуры. Игроки могут включать и выключать отдельные элементы — белки, ДНК или мембраны — и тем самым целенаправленно изучать нужные сегменты.
Созданы модели дрожжевой клетки, эпителиальных клеток груди (как здоровых, так и раковых) и минимально жизнеспособной бактериальной клетки с удалёнными несущественными генами. У бактерии нет ядра, а ДНК располагается прямо в цитоплазме. В клетках рака груди заметны более вытянутая форма и увеличенные ядрышки — признак, часто связанный с агрессивностью опухоли.
Вычурные инструменты и стандартное "оружие" Minecraft переработаны для наглядных научных экспериментов, позволяя понять, как активные формулы (например, реактивные формы кислорода) могут влиять на ткани. Особый аттракцион организован в бактериальной клетке, где золотистые ленты олицетворяют волокна ДНК, а красные структуры представляют белки цитоплазмы, по которым можно путешествовать, будто в увлекательном "американском горке".
"Я посвятила последние 10 лет своей жизни созданию представлений трёх измерений пространства плюс времени в моделях и 4D-симуляциях клеток," — отмечает Ласей-Шультен, указывая на важность полного погружения для студентов и учёных. "В настоящее время нет реального способа для широкой публики получить такое трёхмерное представление биологических клеток," — говорит Кевин Тан. "Мы узнали из программы VMD, что крайне необходимо рассматривать систему в трёх измерениях, чтобы всё было логично," — добавляет Зейн Торнбург, подчёркивая уникальность новой разработки.
Разработчики планируют расширять функционал, чтобы отображать различные состояния клетки, например, процесс проникновения лекарств или изменения в дрожжевых клетках при выработке этанола. Исследования финансируются и проводятся при поддержке Национального научного фонда (NSF) в Центре квантитативной клеточной биологии при Институте Бекмана в Университете Иллинойса, где профессора Ласей-Шультен, Боппарт и Бхаргава также продолжают изучать новые возможности 3D-визуализации.
Изображение носит иллюстративный характер
Проект возглавлен профессором химии и физики Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне Зайдой (Зан) Ласей-Шультен. В работе участвуют профессор биоинженерии Стивен Боппарт и профессор биоинженерии Рохит Бхаргава, занимающий должность директора Центра по изучению рака в Иллинойсе. Ключевой вклад внесли аспирант Кевин Тан, постдокторанты Зейн Торнбург и Сет Кенкел, а основным автором исследования выступил аспирант по биофизике Тянью У.
Все описанные результаты представлены в журнале The Biophysicist, а их фундамент основан на многолетних исследованиях, где за последнее десятилетие осуществлялось создание 3D- и 4D-моделей клеток. Разработчики стремятся к тому, чтобы каждый по-настоящему ощутил организацию клеточных структур в пространстве, выходя за рамки статичных изображений в учебниках.
Ранее существовавшие программы NAMD и VMD, также созданные в Иллинойсе, уже способны обрабатывать системы с миллионами атомов, но они требуют колоссальных ресурсов. Теперь же CraftCells предоставляет каждому возможность "прогуляться" по клетке, проникать сквозь мембраны органелл, исследовать цитоплазму и наблюдать распределение жизненно важных компонентов.
Инструмент доступен бесплатно на GitHub ( ) и совместим с Minecraft Java, Bedrock и Education. Все масштабируется до уровня 1–100 нанометров на каждый 3D-пиксель, что даёт возможность замечать даже мельчайшие детали клеточной структуры. Игроки могут включать и выключать отдельные элементы — белки, ДНК или мембраны — и тем самым целенаправленно изучать нужные сегменты.
Созданы модели дрожжевой клетки, эпителиальных клеток груди (как здоровых, так и раковых) и минимально жизнеспособной бактериальной клетки с удалёнными несущественными генами. У бактерии нет ядра, а ДНК располагается прямо в цитоплазме. В клетках рака груди заметны более вытянутая форма и увеличенные ядрышки — признак, часто связанный с агрессивностью опухоли.
Вычурные инструменты и стандартное "оружие" Minecraft переработаны для наглядных научных экспериментов, позволяя понять, как активные формулы (например, реактивные формы кислорода) могут влиять на ткани. Особый аттракцион организован в бактериальной клетке, где золотистые ленты олицетворяют волокна ДНК, а красные структуры представляют белки цитоплазмы, по которым можно путешествовать, будто в увлекательном "американском горке".
"Я посвятила последние 10 лет своей жизни созданию представлений трёх измерений пространства плюс времени в моделях и 4D-симуляциях клеток," — отмечает Ласей-Шультен, указывая на важность полного погружения для студентов и учёных. "В настоящее время нет реального способа для широкой публики получить такое трёхмерное представление биологических клеток," — говорит Кевин Тан. "Мы узнали из программы VMD, что крайне необходимо рассматривать систему в трёх измерениях, чтобы всё было логично," — добавляет Зейн Торнбург, подчёркивая уникальность новой разработки.
Разработчики планируют расширять функционал, чтобы отображать различные состояния клетки, например, процесс проникновения лекарств или изменения в дрожжевых клетках при выработке этанола. Исследования финансируются и проводятся при поддержке Национального научного фонда (NSF) в Центре квантитативной клеточной биологии при Институте Бекмана в Университете Иллинойса, где профессора Ласей-Шультен, Боппарт и Бхаргава также продолжают изучать новые возможности 3D-визуализации.
