Клетки в Minecraft

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.
Клетки в Minecraft
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.


Новое на сайте

19521Банковский троян VENON на Rust атакует Бразилию с помощью девяти техник обхода защиты 19520Бонобо агрессивны не меньше шимпанзе, но всё решают самки 19519Почему 600-килограммовый зонд NASA падает на Землю из-за солнечной активности? 19518«Липовый календарь»: как расписание превращает работников в расходный материал 19517Вредоносные Rust-пакеты и ИИ-бот крадут секреты разработчиков через CI/CD-пайплайны 19516Как хакеры за 72 часа превратили npm-пакет в ключ от целого облака AWS 19515Как WebDAV-диск и поддельная капча помогают обойти антивирус? 19514Могут ли простые числа скрываться внутри чёрных дыр? 19513Метеорит пробил крышу дома в Германии — откуда взялся огненный шар над Европой? 19512Уязвимости LeakyLooker в Google Looker Studio открывали доступ к чужим базам данных 19511Почему тысячи серверов оказываются открытой дверью для хакеров, хотя могли бы ею не быть? 19510Как исследователи за четыре минуты заставили ИИ-браузер Perplexity Comet попасться на... 19509Может ли женщина без влагалища и шейки матки зачать ребёнка естественным путём? 19508Зачем учёные из Вены создали QR-код, который невозможно увидеть без электронного... 19507Девять уязвимостей CrackArmor позволяют получить root-доступ через модуль безопасности...
Ссылка