Comments 67
UFO landed and left these words here
Кстати, некоторые вирусы из списка просто космически сложные. Герпес, например. Его моделировать будет, пожалуй, труднее всего. И, конечно, не все одинаково хорошо изучены.
Также пока зепредельными по сложности представляются всяческие мимивирусы или вот эти товарищи:
Giant viruses open Pandora's box
Giant virus resurrected from 30,000-year-old ice
Их размеры в могут быть в полтора десятка раз больше, чем то, что на картинках в этом посте. То есть это уже приближается к клеткам бактерий. Когда-нибудь, возможно, замахнемся на нечто подобное, но это крайне сложно с точки зрения моделирования и рендера пока что.
А могут ли результаты такого моделирования увеличить шансы на создание более эффективных лекарств? Ведь одно дело, когда специалист работающий над лекарством ищет вслепую нужный состав веществ и совсем другое, если визуально представить как вирус действует и на каком этапе его проще нейтрализовать. Мне думается в «спящем» состоянии с вирусами бороться намного сложней. Хотя разумеется я не могу претендовать на какую-либо объективность в суждениях, так как не специалист ни разу.

З.Ы. А еще визуализация напомнила графику из игры «Вангеры».
Такие модели полезны в образовании вирусологов и специалистов, которые затем будут заниматься разработкой вакцин. Например, иллюстрации ВИЧ входят в несколько ведущих учебников и справочников по вирусологии и вакцинам, среди которых Vaccines 6 Стенли Плоткина. К слову, авторитетный научный журнал Lancet пишет о книге следующее: «Widely regarded as The Bible for vaccinologists… the book remains the work of reference that every person working in the field of vaccines and those with an interest in infectious diseases should have.» Если говорить о науке, то по опыту модели также используются для иллюстрации в статьях, которые так или иначе уточняют существующую картину строения вируса. Праллельно мы с коллегами учеными готовим несколько пилотных рассчетов укладки генома набольших вирусов, где такие модели очень помогут. Проблема пространственной организации генома до сих пор актуальна для большинства вирусов.

Грипп по цветам действительно оказался похож на Вангеров.
Сифилис вызывается бактерией Treponema pallidum, мы же сфокусированы на вирусах. На такое моделирование и визуализацию уходит действительно много сил и времени. Некоторые вирусы мы делаем по 4-7 месяцев, но результат того стоит, я считаю.
Да, в серии giant microbes есть и вирусы и клетки человека. Вообще, это прекрасная форма популяризации науки среди детей. Мне самому доводилось рассказывать о бактериях племяннику на примере плюшевой E.coli — гораздо интереснее чем на пальцах.

Стеклянные работы Люка действительно впечатляют, но это как раз Science Art или фантазия художника, которые имеют мало общего с реальностью. Science Art хочется посвятить отдельный пост)
Сейчас мы готовим научно достоверную модель одного из вирусов из стеклоподобного пластика для Дарвиновского музея при поддержке гранта фонда Династия. Осенью его можно будет увидеть в музее.
Восхитительное по качеству и деталям исполнение. Спасибо большое. Вопрос — можно ли использовать ваши материалы для обучения студентов, наглядных пособий и т.п.?
Можно, и мы всячески привествуем это. Для студентов и некоммерческих организаций по всму миру эти изображения бесплатны в достаточно высоком разрешении. Веб-виджеты, которые позволяют разобраться в строении можно увидеть на сайте. В ближайшее время для всех вирусов появятся новые более крупные интерактивные «крутилки», где можно будет выбрать любой элемент модели и разглядеть его. К финальному посту серии про создание образовательных материалов они будут готовы.
Спасибо большое. Обязательно поделюсь ссылками на вас с нашими микробиологами и биохимиками. Им будет очень актуально для лекций.
Кстати, если изображения бесплатны в образовательных целях, вы не думали о публикации на википедии с описанием ограничений по материалам? Они принимают изображения с ограниченной лицензией от авторов.
Часть наших иллюстраций и анимаций, например связывания кислорода с гемоглобином, или классификация переломов лицевых костей по Ле Фору, есть как ссылки в соответствующих темах википедии. Хотя встречается, что смотрители топиков по непонятной мне причине их удаляют.
Мой внутренний стоматолог начинает танцевать и жечь костры при виде иллюстраций переломов по Ле Фору. У нас были чудовищные рисунки чуть ли не начала 20 века.
Да, интересно, что среди иллюстраций 18-19 века встречаются такие шедевры, которые мало какой атлас 20-го века видел. До сих пор не понимаю причины такого провала качества.
А менно эта наша модель довольно слаба в плане стоматологии. Следующая версия Виталика будет адекватно отражать детали области.
У вас там с прикусом проблемы есть и с формой коронок. Но это если придираться. А для иллюстрации очень наглядно.
Верно. Интересно сделать анимацию смены молочных зубов постоянными, с возможностью видеть процесс на визульных срезах, как тут
image
твою ж… это что получается ребенок рождается со всеми зубами сразу? Что происходит с полостью когда взрослые зубы вылазят?
Хе. У меня есть компьютерные томограммы детей. Там как у акулы… Зарастает кость потом и все.
А у вас нет случаем какого-нибудь набора по возрасту, чтобы сделать «time-lapse» процесса и создать модель развития зубной системы от новорожденного до взрослого?
Нет, к сожалению, детям можно нормально делать КТ только со среднего шкьного возраста. Плюс тот материал, что у меня есть с аномалиями. Не от хорошей жизни делают КТ. Хотите, я могу дать свой КТ в хорошем разрешении. У меня ровный, правильный череп и прикус. Поможет при моделировании. Конусно-лучевой томограф с хорошей картинкой.
Разумеется, и буду признателен, если подскажете коллектив или специалиста в этой области, кому может быть интересно выступить внешним консультантом на проекте.
Можете контактировать со мной. Я стоматолог и неплохо разбираюсь в КТ. Если моих знаний не хватит — буду подключать коллег про возможности. Кафедра хирургической со стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Кубанского государственного медицинского университета.
КТ залью к себе на сервер и ссылку дам вам в личку. Других пациентов без их согласия не могу, так как медицинская тайна. Меня — пожалуйста.
Я когда-то работал с 3D в качестве хобби, хотя я и врач. Вот, наброски мои. Я проектировал учебные модели для ортодонтов. Vray, нижняя челюсть.

Прекрасная визуализация, но описание деталей скромновато.

1) Очевидно что проделана колоссальная работа,
однако до боли досадно что она скрыта за ширмой «детализация для младшей школы».
На примере вируса гриппа мы видим оргомное разноцветие компонентов, а описано всего 10 элементов.
К примеру мембрана у вас состоит из темных и светлых серых элементов — почему одни темные другие светлые?
Нейраминидаза — зеленая имеет серые вкрапления, что они означают?
Очень бы хотелось видеть описание исключительно всех деталей модели если вы позиционируте это как научно достоверную модель.
Иначе возникает беспокойство что дизайнер «приукрасил» чтото на свой лад.

2) Нейраминидаза — когда смотрел картинку мне стало интересно что это такое, и мне пришлось делать поиск по странице, причем набирать это незатейливое название пришлось вручную скопировать его не удалось.
Добавте переход с подписей в картинке к описанию элементов — это было бы крайне удобно.
Верно, эту проблему решат интерактивные виджеты «крутилки» с возможностью выбора, подсветки и вывода описания любого компонента, которые я упомянул выше, и которые будут готовы совсем скоро.

Во всей серии у нас принята следующая схема цветового кодирования: цветом показаны компоненты вируса, кодируемые геномом самого вируса, оттенками серого те компоненты, которые вирус «позаимствовал» у клетки хозяина, в данном случае человека. Интересно сравнить какие вирусы активнее используют «материал» клетки, как делает, например ВИЧ, а какие, существенно меньше — как ВПЧ.

Мембраны состоят из липидов. Липидный состав мембраны вириона повторяет липидный состав клетки человека, в которой он образовался. В данном случае это основные — фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, сфингомиелин и холестерин, с характерным соотношением количеств. Именно они обозначены разными оттенками серого.

Наш ведущий научный консультант stefych расскажет про гликозилирование поверхностных белков — серые точки на нейраминидазе (и почему они серые а не в цветных оттенках остальных компонентов).
Надеюсь иметь возможность оставить фидбек на ваши крутилки в ближайшем будущем.
Всяческих успехов вам!
Да, все, что отмечено серым — это структуры, которые либо забираются вирусом из хозяйской клетки, как мембранные оболочки (вирус не может их сам синтезировать), либо присоединяются к вирусным белкам клеточными ферментами, как в случае с гликозилированием — присоединением остатков углеводов. Это не всегда необходимо вирусу напрямую.
На софте мы планировали остановиться подробнее в следующих частях про молекулярное моделирование, 3D молелирование и визуализацию. Stay tuned.

ePMV можно использовать на этапе перевода модели из научной среды в CG. Выбрать его или альтернативные средства зависит от предпочтений и 3Д пакета, куда переносятся данные.

Вы собирали в научной среде на основе данных симметрии (регулярные капсиды) или что-то мембранное, вроде ВИЧ или Гриппа?
Да, действительно для сравнительно небольших вирусов вроде Денге или папилломы есть структуры основных белков капсида и данные о симметрии, на основе которых, например в программах типа Chimera можно восстановить вид вириона:

image

Недостаток таких моделей — обычно низкое разрешение (24А для денге, что далеко от атомного) и неполнота структур (не всех белков хватает и не все описаны полностью). В частности, опубликованная модель Денге (1k4r) содержит 180 Е-белков, но не имеет М-белков и никак не отражает строение внутренних компонентов и укладку генома. При работе с вирусом папилломы мы столкнулись с похожей исходной ситуацией. В результате по низкодетализованной модели основного белка с помощью структурной биоинформатики мы построили полноатомную модель в высоком разрешении, смоделировали минорные белки капсида и даже сделали предположение о том, как они могут взаимодействовать с геномом вируса.
Уважаемые Visualscience!
Как можно получить ваши потрясающие иллюстрации для использования в нашей школе?
Михаил, напишите мне в почту konst@ какие именно иллюстрации нужны. В почту я вышлю простые стандартные условия использования. Кстати мы можем передать вам 20-30 плакатов с вирусом Гриппа A/H1N1 для лучших учеников, чтобы реже болели.
почему гадость? Если из кондитерских материалов сделать… будет очень даже вкусно выглядеть!
Типа, в продуктовом будешь заказывать себе к чаю вирус гриппа…
Модели выглядят как вязанные. Надо бабушке предложить…
Обязательно предложите, если свяжет, предложим вашей бабушке отличную вакансию.
UFO landed and left these words here
Рад, что вам нравится. Действительно, хочется увидеть эти процессы в динамике. Однако, кроме сложностей с визуализацией, возникает много научных вопросов, которые пока не имеют ответов. Почти все данные о структурах касаются стабильных «статичных» состояний, в то время как промежуточные, время жизни которых исчисляется долями секунд, — предмет дискуссий и предположений. В данном случае более абстрактное и менее детализованное отображение может быть более уместно, т.к. мы сохраним высокую степень научной достоверности в общих моментах, не вдаваясь в детали, которые неизвестны.
хм, а модель мембраны откуда брали?
я простил пошукал реальную мембрану нейрона, и даже простой клетки — ничего не нашел, только стандартные искуственные, а это не совсем то, интересна реальная картинка.
Мембраны мы делали сами из моделей отдельных фосфолипидов и холестерина. Старались соблюсти те соотношения компонентов, которые встречаются в липидных рафтах — областях клеточных мембран, из которых чаще всего почкуются вирусные частицы с оболочкой. К реальности еще можно приближаться, конечно. Некоторые обращают внимание на то, что отдельные молекулы в несколько неестественном «прямолинейном» состоянии. Мы придумаем, как это забороть в какой-то момент.
все эти lipid rafts и прочее — очень интересный вопрос, но целостной картины нет.
Только мне одному кажется, что делать такие миленькие визуализации, которые хочется поставить себе на обои рабочего стола для смертоносных и неизлечимых вирусов — то еще извращение?
На рабочий стол, пожалуй и я бы не поставил. А на обложку научного журнала, например к годовщине открытия ВИЧ — вполне. Спрос на качественную научно достоверную графику такой высокой детализации большой, а качество предложения по рынку очень низкое. Например по теме, научный фотобанк №1 (да, есть и такие; если не ошибаюсь аудитория ококло 1 млн человек в мес.) выдает в среднем такое:





Визуальное оформление можно оставить за скобками, т.к. это во многом «вкусовщина», но о качестве научной экспертизы коллег по профессии мы обязательно поговорим в одном из постов.
Ну пока лишь аннотация :)

подождем обещанного: «В нашей работе мы используем методы структурной биоинформатики, чтобы заполнить этот пробел. Об этом мы расскажем в следующих постах. Также постараемся раскрыть детали того, как происходит сборка полной модели, ее визуализация и создание образовательных пособий и виджетов на основе полученного результата.»
Ну и писать надо бы в раздел Биоинформатики — а то совершенно случайно нашел
Верно, первая часть аннотация и о науке, а биоинформатика среди прочего в следующих постах, которые пойдут в соотвующие хабы.
К сожалению, у наших биоинформатиков нет аккаунтов на Хабре, будем как-то выкручиваться в комментариях сами :)
Хм… Если вдруг у вас есть модели-текстуры-шейдеры, то при должном энтузиазме можно сделать это все онлайн с помощью webgl.

Мне одному это кажется мегакрутым?
Для чего-то попроще, вроде анатомии — возможно да. Если нет задачи сделать приличную графику. Проблема с уровенем визуализации вопрос актуальный даже при нынешем развитии графических карт тач-устойств и компьютеров. Чтобы обеспечить высокое качество и адекватную частоту смены кадров, модели должны быть низко-полигональными. Пример из современных онлайн-атласов, которые так и рендерятся на стороне пользователя.



Мы изначально выбрали более высокие стандарты визуализации, т.к. считаем что уровень подачи материала не менее важен, чем научная достоверность.



Визуализация одного такого кадра модели мозга человека на одном из самых мощных сейчас компьютеров (dual xeon 2687w) занимает минуты, в то время как для плавного вращения модели пользователем нужно «выдавать» минимум 15 кадров в секунду. Чуть лучше обстоят дела с рассчетом на профессиональных графических картах, а не на ЦП. Но все это решения стоимостью в десятки тысяч долларов, которых нет на стороне пользователя. Именно поэтому для онлайн виджетов и приложений мы выбрали вариант с предварительным рассчетом и отправкой пользователю без задержки уже готовой графики. Минусы, разумеется, есть — ограничение степеней свободы вращения моделей, большой объем трафика на передачу изображений при больших разрешениях. Но если логика приложения продумана хорошо, то первый «минус» можно обратить в плюс, зашив изменения прозрачности, появлений нужных подписей, срезов в саму визуализацию, что здорово насытит информацией конечный продукт.

Если говорить о вирусах, то например в модели вируса Эбола более 2 000 000 молекул, каждая из которых существенно сложнее поверхности полушарий головного мозга. А размер модели ВИЧ около 1,5 Гб. Думаю тут ответ на ваш вопрос очевиден.

Ого.

Я ожидал что они большие, но чтобы настолько…

Но ведь с другой стороны, вы все равно представляете информацию в более удобном виде — картинки разного разрешения, срезы и аннотации. Хороший путь и удобный.

Но ведь точно так же можно действовать и при отображении моделей в 3D у клиента — подгружать информацию не сразу, а по мере того как пользователь изучает модель. Правда объем работы тоже существенный. Тут и создание низкополигональных моделей и алгоритмы постепенной их замены при увеличении. Создание срезов потребует отдельного интерфейса и самое главное — в идеале на выходе получится примерно то же самое что задумали и вы, просто по другому.

Я просто потихоньку завидую вашей работе и думаю про себя «как бы сделал я»…
Вы правы, но опять же подгрузка модели на «графически слабый» клиент не решает проблему скорости визуализации. Рендерить надо много кадров и быстро, что пока невозможно. Кроме того возникает вопрос защиты моделей от копирования. Просто для справки один из поставщиков моделей того же уровня научной достоверности, который выбрали мы, пердлагает свои серийные модели по 25 т. долл. И тут речь именно о серийных, что говорить об уникальных.
Вот кстати появился вариант такого веб-приложения www.zygotebody.com/ от автора одних из лучших моделей (Zygote.com).
Видно на какие уступки в плане качества моделей и визуализации приходится идти ради скорости работы.
Сравините с их же моделями, рендеры которых созданы в профессиональных пакетах.
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.
Information
Founded

7 November 2007

Location

Россия

Employees

11–30 employees

Registered

13 March 2014