هالیوود در خدمت زیست‌شناسی

تا به حال فیلم‌ها و انیمیشن‌های علمی زیادی توسط اهالی سینما و تلویزیون در مورد زیست‌شناسی ساخته شده‌اند، ولی از این پس، خود زیست‌شناسان هم می‌توانند با کمک نرم افزار شرکت پیکسار، انیمیشن تولید کنند.

مجید جویا: به گفته دانشمندانی که در ماه جاری در گردهمایی انجمن زیست شناسی سلولی امریکا در سان دیگو، کاری در مورد انیمیشن را ارائه کرده بودند، برنامه‌های کامپیوتری، مانند آنهایی که در فیلم‌های انیمیشن همچون شرک از آنها استفاده شده است، بزودی خواهند توانست به بیولوژیست‌های سلولی برای توضیح فرضیه‌ها، و یا حتی انجام کشفیات جدید، کمک کنند.

به گزارش نیچر آدریان الکوک از دانشگاه آیوا واقع در آیوا سیتی می‌گوید: «ما می‌خواهیم به توانایی پیشگویی دست پیدا کنیم و کمترین چیزی که از مدل‌هایمان می‌خواهیم این است که رفتارهای شناخته شده را بازتولید کنند».

الکوک در حال شبیه‌سازی حرکت پروتئین‌ها و دیگر مولکول‌های بزرگ در سلول‌های باکتریایی مجازی است. او مدل هایی را از داده های شناخته شده (شامل ساختارهای اتمی پروتئین‌ها و غلظت‌های 50 ماکرومولکول با بیشترین فراوانی، در باکتری Escherichia coli) را ساخته است و سپس تحلیل کرده که چگونه ساختار مولکولی هرکدام از آنها ممکن خواهد بود که سبب چسبیدن پروتئین‌ها بهم دیگر می شوند. مدل وی، داده‌های تایید شده‌ای را که نشان می‌دهد که پروتئین فلورسانی سبز در محیط پرجمعیت سلول‌های باکتریایی، تقریبا 10 برابر کندتر از سلول باکتریایی در یک لوله آزمایش منتشر می‌شود، دوباره تولید می‌کند.

جانت آواسا از دانشکده پزشکی هاروارد در بوستون می‌گوید: «انیمیشن از هر چیز دیگری جذاب‌تر و در عین حال فقط برای تفریح بوده است. این روند می‌تواند تغییر کند». آواسا که بخش مربوط به تجسم سه بعدی را اداره می‌کند، انیمیشن‌هایی را برای پژوهش گران تولید می کند که به آنها برای توضیح فرضیه هایشان به یکدیگر کمک می کنند. او می‌گوید که انگیزه گسترش این بخش زمانی ایجاد شد که یکی از انیمیشن‌های وی که در آن پروتئین کلاسرین را نمایش داده بود که به سلولها برای پذیرش مواد از سمت غشاء سلول کمک می کند، جایزه CellDance را در گردهمایی سال گذشته به خود اختصاص داد. (برای تماشای این انیمیشن باید از کوییک تایم استفاده کنید)

او می گوید که تقاضا برای خدمات وی معمولا بعد از آن است که دانشمندان یک انیمیشن را می بینند که فرضیه رقیب نظریه آنها را نمایش می‌دهند، و آنها هم می‌خواهند که بتوانند دیدگاه خود را در مورد چیزی که اتفاق می‌افتد به دیگران نشان بدهند.

شعبده بازی هالیوودی

جاناتان آلبرتز از دانشگاه واشنگتن در فرایدی هاربور می‌گوید که مغزهای ما به خوبی از عهده تعقیب برهمکنش‌های بیشماری که در سلول‌ها اتفاق می‌افتند، برنمی‌آیند. او همچنین می‌گوید: «بینش ما در این رابطه ضعیف است. ما به ابزاری برای کمک به فهم درست آن نیاز داریم».

آلبرتز بخش‌های سلولی همچون پروتئین‌های محرک و رشته های اکتین را شبیه سازی کرد و آنها را برای پیروی از قواعد ریاضی که نیروهای فیزیکی را منعکس‌ می‌کنند، برنامه ریزی کرد و دریافت که آنها قادرند که رفتارشان را در سلولها بر روی صفحه کامپیوتر، باز تولید کنند. او گفت که از آنجایی که سیستم های زیستی بسیار قوی هستند، «همه آنچه که ما واقعا به انجام آن نیاز داریم، این است که این موارد به درستی انجام گیرد، در آن صورت ما شاهد ظهور برخی از ویژگی‌های آن خواهیم بود».

آلبرتز کار خود را در مدل‌سازی یک حلقه قابل انقباض در شکافتن یک نوع مخمر نشان داد، یک زنجیره از پروتئین‌ها که در اطراف یک سلول میله ای شکل بر روی هم سوار می‌شوند و تا زمان تقسیم سلولی آن را منقبض می‌کنند. او پارامترها را در این مدل وارد کرد و به مشاهده نتیجه نشست. در ابتدا همه چیز خوب به نظر می رسید، پروتئین ها در گره‌هایی متشکل شدند و در یک حلقه دور هم جمع شدند. سپس به صورت یک خوشه متلاشی شدند. با این حال، او می‌گوید که نتایج اولیه دلگرم کننده است. او می افزاید: « شما واقعا یک خود سازمان‌دهی را مشاهده می کنید».

پیش از این نیز بسیاری از دانشمندان از آرایه ای از نرم‌افزارها برای تجسم پروتئین‌ها در فضای سلولی استفاده می‌کردند. ولی این برنامه ها چگونگی رفتار این پروتئین‌ها را در فضای سلولی، نمایش نمی‌دادند. به همین دلیل، انیمیشن سازان علمی به سوی مایا رو آوردند، که برنامه شبیه پیکسار و دیگر شرکت های هالیوودی وابسته به آن است. اما گایل مک‌گیل که مدیر اجرایی دیجیزیم است، و تجسم مولکولی را در دانشکده پزشکی هاروارد در بوستون آموزش می‌دهد، می‌گوید که وارد کردن داده‌های علمی بر روی یک زیرساخت، یک مشکل عمده است. او همچنین می‌افزاید: « بنیادی‌ترین سوال ما این است: آیا ما می‌توانیم ظاهر مایا را طوری تغییر دهیم که گنجاندن داده‌ها در آن، برای دانشمندان آسانتر باشد؟».

مک‌گیل اعلام کرد که یک نرم‌افزار رایگان به نام Molecular Maya Toolkit ساخته است که به پژوهش‌گران این امکان را می‌دهد تا به طور اتوماتیک ساختارهای پروتئینی را با استفاده از داده‌های منابع آنلاین، وارد یک منظره سلولی کنند. پاتریک هیولز از دانشگاه ایندیانا در بلومینگتون، که در این گردهمایی حضور داشت، اعتقاد دارد که به طور گسترده‌ای از این ابزار استفاده خواهد شد، نه فقط توسط دانشمندانی که امیدوارند که افراد غیر متخصص را با دانش آشنا کنند. او می‌گوید که خود دانشمندان نیز در حال وابسته شدن به انیمیشن هستند. وی افزود: «این بیشتر شبیه به یک کشف جدید است تا یک نقطه پایان».