Науки о жизни идут по пути от крупного к мелкому. Совсем недавно биология описывала исключительно внешние черты животных, растений, бактерий. Молекулярная биология изучает живые организмы на уровне взаимодействий отдельных молекул. Биология структурная - исследует процессы в клетках на уровне атомов. Если хотите узнать, как «увидеть» отдельные атомы, как работает и «живет» структурная биология и какие использует приборы, вам сюда!
Генеральный партнер цикла - компания : крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Одна из главных миссий «Биомолекулы» - докопаться до самых корней. Мы не просто рассказываем, какие новые факты обнаружили исследователи - мы говорим о том, как они их обнаружили, стараемся объяснить принципы биологических методик. Как вытащить ген из одного организма и вставить в другой? Как проследить в огромной клетке за судьбой нескольких крошечных молекул? Как возбудить одну крохотную группу нейронов в огромном мозге?
И вот мы решили рассказать о лабораторных методах более системно, собрать воедино в одной рубрике самые главные, самые современные биологические методики. Чтоб было интереснее и нагляднее, мы густо проиллюстрировали статьи и даже кое-где добавили анимации. Мы хотим, чтобы статьи новой рубрики были интересны и понятны даже случайному прохожему. И с другой стороны - чтобы они были так подробны, что даже профессионал мог бы обнаружить в них что-то новое. Мы собрали методики в 12 больших групп и собираемся сделать на их основе биометодический календарь. Ждите обновлений!
Зачем нужна структурная биология?
Как известно, биология - это наука о жизни. Появилась она в самом начале XIX века и первые сто лет своего существования была сугубо описательной. Главной задачей биологии в то время считали найти и охарактеризовать как можно большее количество видов различных живых организмов, чуть позже - выявить родственные связи между ними. Со временем и с развитием других областей науки из биологии выделились несколько ветвей с приставкой «молекулярный»: молекулярная генетика, молекулярные биология и биохимия - науки, изучающие живое на уровне отдельных молекул, а не по внешнему виду организма или взаиморасположению его внутренних органов. Наконец, совсем недавно (в 50-х годах прошлого века) появилась такая область знания, как структурная биология - наука, изучающая процессы в живых организмах на уровне изменения пространственной структуры отдельных макромолекул. По сути, структурная биология находится на стыке трех различных наук. Во-первых, это биология, потому что наука изучает живые объекты, во-вторых, физика, поскольку используется широчайший арсенал физических экспериментальных методов, а в-третьих, химия, так как изменение структуры молекул - объект именно этой дисциплины.
Структурная биология изучает два основных класса соединений - белки (основное «рабочее тело» всех известных организмов) и нуклеиновые кислоты (главные «информационные» молекулы). Именно благодаря структурной биологии мы знаем, что ДНК имеет структуру двойной спирали , что тРНК нужно изображать в виде винтажной буквы «Г», а в рибосоме есть большая и малая субъединицы, состоящие из белков и РНК в определенной конформации.
Глобальная цель структурной биологии, как и любой другой науки, - «понять, как все устроено». В какую форму свернута цепь белка, который заставляет клетки делиться, как изменяется упаковка фермента во время химического процесса, который он осуществляет, какими местами взаимодействуют гормон роста и его рецептор - вот вопросы, на которые отвечает эта наука. Более того, отдельной целью является накопление такого объема данных, чтобы на эти вопросы (по еще неизученному объекту) можно было ответить на компьютере, не прибегая к дорогостоящему эксперименту.
Например, нужно понять, как работает система биолюминесценции у червей или грибов - расшифровали геном, на основании этих данных нашли нужный белок и предсказали его пространственную структуру вместе с механизмом работы. Стоит, правда, признать, что пока такие методы существуют только в зачаточной стадии, и точно предсказать структуру белка, имея только его ген, еще невозможно . С другой стороны, результаты структурной биологии имеют применение в медицине. Как надеются многие исследователи, знания о структуре биомолекул и о механизмах их работы позволят разрабатывать новые лекарства на рациональной базе, а не методом проб и ошибок (высокопроизводительного скрининга, если говорить строго), как это делается чаще всего сейчас. И это не научная фантастика: уже есть много лекарств, созданных или оптимизированных с применением структурной биологии .
История структурной биологии
История структурной биологии (рис. 1) достаточно коротка и стартует в начале 1950-х, когда Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на данных Розалинд Франклин по дифракции рентгеновских лучей на кристаллах ДНК, собрали из винтажного конструктора модель известной сейчас всем двойной спирали . Чуть раньше Лайнус Полинг построил первую правдоподобную модель -спирали , одного из базовых элементов вторичной структуры белков (рис. 2) .
Спустя пять лет, в 1958 году, была определена первая в мире структура белка - миоглобина (белка мышечных волокон) кашалота (рис. 3). Выглядела она, конечно, не так красиво, как современные структуры, но это была значительная веха развития современной науки.
Рисунок 3б. Первая пространственная структура белковой молекулы. Джон Кендрю и Макс Перутц демонстрируют пространственную структуру миоглобина, собранную из специального конструктора.
Через 10 лет, в 1984–1985 годах, первые структуры определили методом спектроскопии ядерного магнитного резонанса . С того момента произошло несколько ключевых открытий: в 1985 году получили структуру первого комплекса фермента с его ингибитором, в 1994 году определили структуру АТФ-синтазы , главной «машины» электростанций наших клеток (митохондрий), а уже в 2000 г. получили первую пространственную структуру «фабрики» белков - рибосомы, состоящей из белков и РНК (рис. 6) . В 21 веке развитие структурной биологии пошло семимильными шагами, сопровождаясь взрывным ростом количества пространственных структур. Были получены структуры многих классов белков: рецепторов гормонов и цитокинов, G-белоксопряженных рецепторов, толл-подобных рецепторов, белков иммунной системы и многих других .
С появлением в 2010-х годах новых технологий регистрации и обработки изображений криоэлектронной микроскопии появилось множество сложных структур мембранных белков в сверхвысоком разрешении , . Прогресс структурной биологии не остался незамеченным: за открытия в данной области были вручены 14 нобелевских премий, из них пять - уже в 21 веке.
Методы структурной биологии
Исследования в области структурной биологии ведут при помощи нескольких физических методов, из которых только три позволяют получать пространственные структуры биомолекул в атомарном разрешении. Методы структурной биологии основаны на измерении взаимодействия исследуемого вещества с различными видами электромагнитных волн или элементарных частиц. Все методики требуют значительных финансовых ресурсов - стоимость оборудования часто поражает воображение.
Исторически первый метод структурной биологии - рентгеноструктурный анализ (РСА) (рис. 7). Еще в начале 20 века выяснили, что по картине дифракции рентгеновских лучей на кристаллах можно изучать их свойства - тип симметрии ячейки, длину связей между атомами и пр. Если же в ячейках решетки кристаллов находятся органические соединения, то можно вычислить координаты атомов, и, следовательно, химическую и пространственную структуру этих молекул. Именно так была получена в 1949 году структура пенициллина, а в 1953 году - структура двойной спирали ДНК.
Казалось бы, все просто, но есть нюансы.
Во-первых, нужно как-то получить кристаллы, причем их размер должен быть достаточно большим (рис. 8). Если для не очень сложных молекул это выполнимо (вспомните, как кристаллизуются поваренная соль или медный купорос!), то кристаллизация белков - это сложнейшая задача, требующая неочевидной процедуры поиска оптимальных условий. Сейчас это делается при помощи специальных роботов, которые готовят и мониторят сотни различных растворов в поисках «проросших» кристаллов белков , . Однако на заре кристаллографии получение кристалла белка могло занимать годы ценного времени.
Во-вторых, на основе полученных данных («сырых» дифракционных картин; рис. 8) нужно структуру «рассчитать». Сейчас это также рутинная задача, однако 60 лет назад, в эру ламповой техники и перфокарт, было далеко не так просто.
В-третьих, даже если получилось вырастить кристалл, то совсем не обязательно, что будет определена пространственная структура белка: для этого во всех узлах решетки белок должен иметь одну и ту же структуру, что далеко не всегда так.
Ну и в-четвертых, кристалл - далеко не естественное состояние белка. Изучать белки в кристаллах - это как изучать людей, впихнув их вдесятером в малогабаритную прокуренную кухню: можно узнать, что у людей есть руки, ноги и голова, но поведение может быть не совсем таким, как в комфортной обстановке. Тем не менее, рентгеноструктурный анализ - это наиболее распространенный метод определения пространственных структур, и 90% содержимого PDB получено при помощи этого метода.
РСА требует мощных источников рентгеновских лучей - ускорителей электронов или лазеров на свободных электронах (рис. 9). Такие источники стоят дорого - несколько миллиардов долларов США, - но обычно один источник используют сотни или даже тысячи групп по всему миру за достаточно символическую плату. В нашей стране мощных источников нет, поэтому большинство ученых ездит из России в США или Европу для анализа полученных кристаллов. Подробнее об этих романтичных исследованиях можно прочесть в статье «Лаборатория перспективных исследований мембранных белков: от гена к ангстрему » .
Как уже было сказано, для рентгеноструктурного анализа необходим мощный источник рентгеновского излучения. Чем мощнее источник, тем меньшим размером кристаллов можно обойтись, и тем меньше мучений придется испытать биологам и генным инженерам, пытающимся получить несчастные кристаллы. Рентгеновское излучение проще всего получить, ускоряя пучок электронов в синхротронах или циклотронах - гигантских кольцевых ускорителях. Когда электрон испытывает ускорение, он излучает электромагнитные волны в нужном диапазоне частот. В последнее время появились новые сверхмощные источники излучения - лазеры на свободных электронах (XFEL) .
Принцип работы лазера достаточно простой (рис. 9). Сначала электроны разгоняются до высоких энергий при помощи сверхпроводящих магнитов (длина ускорителя 1–2 км), а потом проходят через так называемые ондуляторы - наборы магнитов разной полярности.
Рисунок 9. Принцип работы лазера на свободных электронах. Пучок электронов ускоряется, проходит через ондулятор и излучает гамма-кванты, которые попадают на биологические образцы.
Проходя через ондулятор, электроны начинают периодически отклоняться от направления пучка, испытывая ускорение и испуская рентгеновское излучение. Поскольку все электроны движутся одинаково, то излучение усиливается за счет того, что другие электроны пучка начинают поглощать и переизлучать рентгеновские волны одной и той же частоты. Все электроны испускают излучение синхронно в виде сверхмощной и очень короткой вспышки (длительностью менее 100 фемтосекунд). Мощность рентгеновского луча настолько высока, что одна короткая вспышка превращает небольшой кристалл в плазму (рис. 10) , однако за те несколько фемтосекунд, пока кристалл цел, можно получить изображение высочайшего качества благодаря высокой интенсивности и когерентности луча. Стоимость такого лазера составляет 1,5 миллиарда долларов, а в мире работает всего четыре такие установки (находятся в США (рис. 11), Японии, Корее и Швейцарии). В 2017 году планируется ввод в эксплуатацию пятого - европейского - лазера, в строительстве которого участвовала и Россия.
Рисунок 10. Превращение белков в плазму за 50 фс под действием импульса лазера на свободных электронах. Фемтосекунда = 1/1000000000000000 доли секунды.
При помощи ЯМР-спектроскопии определены около 10% пространственных структур в базе PDB. В России есть несколько сверхмощных чувствительных ЯМР-спектрометров, на которых ведут работы мирового уровня. Самая большая ЯМР-лаборатория не только в России, но и на всем пространстве к востоку от Праги и к западу от Сеула, расположена в Институте биоорганической химии РАН (Москва) .
ЯМР-спектрометр - замечательный пример торжества технологии над разумом. Как мы уже упоминали, для использования метода ЯМР-спектроскопии необходимо мощное магнитное поле, поэтому сердцем прибора является сверхпроводящий магнит - катушка из специального сплава, погруженная в жидкий гелий (−269 °C). Жидкий гелий нужен для достижения сверхпроводимости. Чтобы гелий не испарялся, вокруг него строят огромную цистерну с жидким азотом (−196 °C). Хоть это и электромагнит, он не потребляет электричества: сверхпроводящая катушка не имеет сопротивления. Однако, магнит нужно постоянно «подкармливать» жидким гелием и жидким азотом (рис. 15). Если не уследить, то произойдет «квенч»: катушка нагреется, гелий взрывоподобно испарится, а прибор сломается (см. видео). Также важно, чтобы поле в образце длиной 5 см было крайне однородным, поэтому в приборе присутствуют пара десятков небольших магнитов, нужных для тонкой настройки магнитного поля.
Видео. Запланированный «квенч» 21,14-теслового ЯМР-спектрометра.
Чтобы проводить измерения, нужен датчик - специальная катушка, которая как генерирует электромагнитное излучение, так и регистрирует «обратный» сигнал - осцилляцию магнитного момента образца. Чтобы повысить чувствительность в 2–4 раза, датчик охлаждают до температуры −200 °C, тем самым избавляясь от тепловых шумов. Для этого строят специальную машину - криоплатформу, которая охлаждает гелий до нужной температуры и прокачивает его рядом с детектором.
Есть целая группа методов, которая опирается на явление рассеяния света, рентгеновских лучей или пучка нейтронов. Данные методы по интенсивности рассеяния излучения/частиц на различных углах позволяют определять размер и форму молекул в растворе (рис. 16). При помощи рассеяния невозможно определить структуру молекулы, однако его можно использовать как подспорье при использовании другого метода, например, ЯМР-спектроскопии. Приборы для измерения рассеяния света относительно дешевы и стоят «всего» около 100 000 долларов, в то время как другие методы требуют наличия под рукой ускорителя частиц, который может создать пучок нейтронов или мощный поток рентгеновского излучения.
Другим методом, при помощи которого нельзя определить структуру, но можно получить кое-какие важные данные, является резонансный перенос энергии флуоресценции (FRET) . Метод использует явление флуоресценции - способность некоторых веществ поглощать свет одной длины волны, испуская свет другой длины волны. Можно подобрать пару соединений, у одного из которых (донора) испускаемый при флуоресценции свет будет соответствовать характерной длине волны поглощения второго (акцептора). Облучать донор лазером нужной длины волны и измерять флуоресценцию акцептора. Эффект FRET зависит от расстояния между молекулами, поэтому, если ввести донор и акцептор флуоресценции в молекулы двух белков или разные домены (структурные единицы) одного белка, можно изучать взаимодействия между белками или взаимное расположение доменов в белке . Регистрация осуществляется при помощи оптического микроскопа, поэтому FRET является дешевым, хотя и малоинформативным методом, использование которого сопряжено со сложностями в интерпретации данных.
Наконец, нельзя не упомянуть о «методе мечты» структурных биологов - компьютерном моделировании (рис. 17). Идея метода состоит в том, чтобы, пользуясь современным знанием о строении и законах поведения молекул, моделировать поведение белка в компьютерной модели. Например, используя метод молекулярной динамики , можно в реальном времени отслеживать движения молекулы или процесс «сборки» белка (фолдинг) за одним «но»: максимальное время, которое можно обсчитать, не превышает 1 мс , что чрезвычайно мало, но притом требует колоссальных вычислительных ресурсов (рис. 18) . Можно исследовать поведение системы в течение более длительного времени, только достигается это за счет неприемлемой потери точности.
Компьютерное моделирование активно используется для анализа пространственных структур белков. При помощи докинга ищут потенциальные лекарства , которые имеют высокую склонность к взаимодействию с белком-мишенью. В настоящий момент точность предсказаний все еще невелика, однако докинг позволяет существенно сузить круг потенциально активных веществ, которые необходимо проверить для разработки нового лекарства.
Основным полем практического применения результатов структурной биологии является разработка лекарств или, как это сейчас модно говорить, драг-дизайн. Существует два способа разработать лекарство на основе структурных данных: можно начинать от лиганда или от белка-мишени. Если уже известно несколько лекарств, действующих на белок-мишень, и получены структуры комплексов белок-лекарство, можно создать модель «идеального лекарства» в соответствии со свойствами «кармана» связывания на поверхности молекулы белка, выделить необходимые черты потенциального лекарства и провести поиск среди всех известных природных и не очень соединений. Можно даже построить зависимости между свойствами структуры лекарства и его активностью. Например, если у молекулы есть сверху бантик, то ее активность выше, чем у молекулы без бантика. И чем больше бантик заряжен, тем лучше работает лекарство. Значит, из всех известных молекул нужно найти соединение с самым большим заряженным бантиком.
Другой способ - используя структуру мишени, на компьютере провести поиск соединений, которые потенциально способны с ней взаимодействовать в нужном месте. При этом обычно используют библиотеку фрагментов - небольших кусочков веществ. Если найти несколько хороших фрагментов, которые взаимодействуют с мишенью в разных местах, но близко друг от друга, можно построить из фрагментов лекарство, «сшив» их между собой. Существует много примеров успешной разработки лекарств при помощи структурной биологии. Первый успешный случай датируется 1995 годом: тогда был одобрен к применению дорзоламид - лекарство от глаукомы.
Общая тенденция в биологических исследованиях все больше склоняется не только к качественному, но и количественному описанию природы. Структурная биология - яркий тому пример. И есть все основания полагать, что она будет и дальше приносить пользу не только фундаментальной науке, но и медицине, и биотехнологиям.
Календарь
На основе статей спецпроекта мы решили сделать календарь «12 методов биологии» на 2019 год. Эта статья представляет март.
Литература
- Биолюминесценция: возрождение ;
- Торжество компьютерных методов: предсказание строения белков ;
- Heping Zheng, Katarzyna B Handing, Matthew D Zimmerman, Ivan G Shabalin, Steven C Almo, Wladek Minor. (2015).
Урок 8. «Биологические иллюстрации: рисунки, фотографии, компьютерные модели»
Цели.
Предметные результаты:
1. сформировать умение различать основные иллюстрации в учебнике биология;
2. сформировать умение понимать роль биологических иллюстраций: рисунки, фотографии, изображения, полученные с помощью компьютерного моделирования.
Метапредметные и личностные результаты:
Личностные УУД
Познавательные УУД
1. Формирование умения ориентироваться в учебнике, находить и использовать нужную информацию.
2. Формирование умения анализировать, сравнивать, классифицировать и обобщать факты и явления; выявлять причины и следствия простых явлений (работа по анализу схем и иллюстраций из учебника).
3. Вычитывать все уровни текстовой информации.
Коммуникативные УУД
1. Формирование умения слушать и понимать речь других людей.
2. Формирование умения самостоятельно организовывать учебное взаимодействие в группе.
3. Понимать концептуальный смысл текстов/высказываний в целом: формулировать главную мысль; самостоятельно вычитывать концептуальную информацию текста.
Регулятивные УУД
Этап
Оборудование
Формирование УУД и технология оценивания учебных успехов
I . Проблемная ситуация и актуализация знаний.
1. Диалог Антошки и биолога
–Какой вопрос (проблему) будем обсуждать на уроке? Учитель выслушивает предположения детей! Лучшая формулировка фиксируется в тетради
Каково назначение иллюстраций?
Учебник, рисунки на слайдах.
Регулятивные УУД
Формирование умения самостоятельно обнаруживать и формировать учебную проблему, определять цель учебной деятельности (формулировка вопроса урока).
Коммуникативные УУД
1. Формирование умения слушать и понимать речь других людей.
II. Совместное открытие знаний .
1. – Какое значение имеют иллюстрации в учебниках, справочниках, научных изданиях?
Почему важно знать, что представляет собой та или иная иллюстрация?
(Зафиксируем вопросы и будем находить отвты ответы по мере их нахождения.)
2. – Какие иллюстрации использованы в вашем учебнике? Ст. 40- 44
3.
– Какую роль в научном познании окружающего мира имеют разные виды иллюстраций? Работа по вариантам, с текстом учебника. 1-й вариант рассматривает роль рисунка (с. 40-41).
2-й вариант рассматривает роль научной фотографии (с. 42-43).
3-й вариант рассматривает роль компьютерного моделирования (с. 44-45)
4. Как вы считаете, почему и с какого времени люди начали изображать животных, растения, явления природы?
5. – Каково значение для науки фотографии?
охарактеризуйте приспособления, необходимые для получения достоверных фотографий.
Ответы на вопросы, просмотр презентации
6. – В каких случаях для познания живых объектов следует использовать компьютерное моделирование? Ответы на вопросы, просмотр презентации
7. – Один и тот же живой объект можно изобразить различными способами, используя для этого рисунок, фотографию, компьютерную модель или даже муляж!
Работа с иллюстрациями учебника ст. 45
Как вы думаете, каковы плюсы и минусы каждого из этих изображений?
Работа в парах.
8. Подведение итогов изучения темы. Фиксируем в тетради найденный ответ на проблемный вопрос.
Для сохранения и передачи сведений об объектах живой природы в биологии используют различные иллюстрации: рисунки, фотографии, изображения, полученные с помощью компьютерного моделирования.
Учебник, вопросы на слайдах.
Коммуникативные УУД
2. Формирование умения самостоятельно организовывать учебное взаимодействие при работе в группе.
3. Понимать концептуальный смысл текстов/высказываний в целом: формулировать главную мысль; самостоятельно вычитывать концептуальную информацию текста.
Личностные УУД
1. Осознавать единство и целостность окружающего мира.
Познавательные УУД
1. Формирование умения ориентироваться в учебнике, находить и использовать нужную информацию.
2. Формирование умения анализировать, сравнивать, классифицировать и обобщать факты и явления; выявлять причины и следствия простых явлений (работа по анализу схем и иллюстраций из учебника для начальной школы).
3. Вычитывать все уровни текстовой информации.
III. Самостоятельное применение знаний.
Вопросы 3 на с. 46. Работа в парах
ТОУУ
IV . Итог урока. Рефлексия
– Какова роль иллюстраций в учебниках?
– Какие виды иллюстраций ты узнал на урок?
– Как вы работали, что удалось на уроке, что нет?
Домашнее задание:
1. Изучите § 8.
2. Выполните задание 1 рубрике «Проверьте свои знания» (с. 46).
3. Подберите фотографию или иллюстрацию на биологическую тему.
Пономарева Карина Михайловна
Задача создания иллюстраций, 3D моделей, анимации, которые содержат специфическую наукоемкую информацию, в последнее время становится актуальной для компаний медицинского, биотехнологического, фармацевтического и нанотехнологического профилей, издательств научной и научно-популярной литературы, журналов, киностудий, научных и образовательных учреждений.
Это может быть, например, схема биохимического процесса, 3d модель органа или другого медико-биологического объекта, модель наноматериала или взаимодействия молекулы лекарственного препарата с рецептором, модель белковой молекулы, анимация и интерактивный ролик, описывающий химический или физиологический процесс и т.д.
Рядовые задачи можно решить силами неспециализированных дизайн-агентств, но даже в этом случае велика вероятность фактических ошибок, неточностей. Действительно сложные масштабные проекты и образовательные программы практически невозможно реализовать без участия специализированных дизайн-студий.
В США, Канаде и Европе существуют специализированные студии наукоемкой графики. Среди них можно выделить несколько лидеров: XVIVO Scientific Animation , Zygote , Axis Biomedical Animation Studio , Hybrid Medical Animation , Nucleus Medical Art , InVivo communications , Healthcare studio at Iomedia . Особенностью специализированных студий является их подход к работе, сочетающий проработку фактической информации научными сотрудниками, решение задачи и воплощение идеи на высоком техническом уровне дизайнерами, художниками, моделлерами, аниматорами и визуализаторами.
Большинство студий предоставляет широкий спектр услуг, начиная с довольно простых иллюстраций и заканчивая подробными высокодетализованными анатомическими моделями, анимационными роликами и интерактивными обучающими программами. При этом существует определенная специализация: так XVIVO известна преимущественно благодаря своим видео роликам, в особенности The Inner Life of a Cell , созданным совместно с кафедрой Молекулярной и клеточной биологии Гарвардского университета. Подразделение 3D science компании Zygote представляет большое количество подробных анатомических 3D моделей. Hybrid и AXS помимо анимации занимаются созданием инфографики и интерактивных презентаций.
Наряду с крупными специализированными студиями на данном рынке присутствуют индивидуальные художники и дизайнеры, например Брайн Кристи Bryan Cristie Design , Джеймс Арчер Anatomyblue , Одра Джерас Geras Healthcare Productions и множество других, которые занимаются созданием в основном иллюстраций и инфографики.
Потребность в привлечении специализированных дизайн-студий давно осознали западные компании. Лидеры фармацевтического и биотехнологического рынка, такие как Pfizer, Novartis, Johnson&Johnson, Roche, Genetech и т.д. пользуются услугами студий наукоемкой графики, в частности XVIVO , для презентации и рекламы новых препаратов. BBC , рекламное агентство Ogilvi , студия Walt Disney, Discovery Channel также прибегают к услугам студий наукоемкой графики при создании моделей и анимации для образовательных, развлекательных проектов и рекламы.
В России до недавнего времени не было компаний, специализирующихся на наукоемкой графике. В 2006 году в Москве была основана компания . Цель компании - представление наукоемкой информации для нужд компаний медицинского биотехнологического, фармацевтического и нанотехнологического профилей, научных институтов, лабораторий, образовательных учреждений, издательств и рекламных агентств. Медицина, биология, фармацевтика, нанотехнологии , наука и о науке - грамотно. Сегодня в компании создаются самые разные продукты – от научно-популярных иллюстраций для журналов и рекламных материалов до сложных анатомических трехмерных моделей, пластиковых моделей медико-биологических объектов, молекулярной визуализации и иллюстрирования специализированных книг.
К настоящему времени компания Visual science разработала ряд технологий, которые позволяют делать продукт очень качественно, в ряде случаев лучше, чем в компаниях данного профиля в США и Европе. В частности, технологии молекулярной визуализации (изображения молекул ДНК, белков, лиганд-рецепторных комплексов по данным рентгеноструктурного анализа) позволяют получить иллюстрации полиграфического качества практически любого размера, для печати на обложках журналов, плакатов форматом до A0 и календарей.
Значительную часть проектов компании составляют иллюстрации и инфографика, позволяющие представить тот или иной биохимический, физиологический процесс, механизм действия препарата. Эти услуги востребованы прежде всего среди фармацевтических компаний, издательств, журналов и рекламных агентств. Качественная инфографика позволяет даже неспециалисту преодолеть путь от непонимания сложных механизмов до их осознания. Помимо детальной проработки научной части, важным оказывается выбор необходимого уровня детализации, который позволяет донести суть максимально простым образом, не потеряв смысл. При этом большое внимание уделяется качеству технической реализации: ставится задача делать интереснее и лучше, чем лидеры Западного рынка.
Отдел 3D моделирования компании решает спектр разных задач, вплоть до создания сложных анатомических трехмерных моделей, анимации, моделей для анимации и для изготовления в пластике. Особенностью работы в медико-биологической тематике является сложность создаваемых объектов, поэтому многие 3D-сцены оказываются чрезвычайно объемными. Эти проблемы решаются за счет знания сильных сторон каждого пакета моделирования и эффективного их сочетания в рамках одного проекта. Поиск, отработка алгоритмов и новых подходов ведется постоянно при работе над промо- проектами, в которых компания сама выступает в качестве заказчика и исполнителя. Такой подход позволяет постоянно расширять спектр услуг и средств достижения необходимого результата. В процессе работы находятся эффективные и выразительные способы решить задачу в короткие сроки, используя все технические возможности. Кроме того, компания располагает современными рендер фермами, что дает возможность решать комплексные ресурсоемкие задачи в разумные сроки.
Общей чертой работы над всеми проектами в компании Visual science является сотрудничество дизайнеров, моделлеров, визуализаторов с консультантами-рецензентами, имеющими степень кандидата или доктора наук. Такая схема работы дает возможность решать задачи на высоком техническом уровне, грамотно – без фактических ошибок и неточностей. Руководители проектов и Большая часть сотрудников имеет высшее биологическое или медицинское образование и продолжает вести научную работу. Это дает возможность свести к минимуму временные затраты специалистов компании клиента. Каждую задачу наших клиентов мы детально прорабатываем и можем предложить различные варианты решения, клиенту остается просто выбрать.
Помимо компьютерных 3D моделей медико-биологических объектов специалисты компании изготавливают модели из цветного пластика. Возможно создание модели фермента, активного вещества или другого белка в масштабе. При этом модель будет физически точной, с сохранением всех пропорций, т.к. она создается на базе данных рентгеноструктурного анализа. Любая модель, структура которой известна, может быть изготовлена из цветного пластика даже в единичном экземпляре с учетом всех пожеланий, в любом из принятых отображений. Подобные модели индивидуальных молекул или комплексов позволяют на качественно ином уровне взглянуть на объект исследования или предмет обучения. Принципы молекулярного взаимодействия и организации можно проще понять, подержав в руках пластиковую модель.
Урок по биологии 5 класс (ФГОС) на тему:
Биологические иллюстрации, рисунки, фотографии, компьютерные модели.
Цель урока: 1) Объяснить значение биологических материалов для научных исследований.
2) Охарактеризовать особенности и ценность разных видов биологических иллюстраций.
3) вызвать и поощрить желание учащихся иллюстрировать собственные впечатления о живой природе.
Средства обучения : все виды и формы биологических иллюстраций, выставка фотографий, посвященных живым объектам или явлениям природы.
Ход урока:
1 Организационный момент (проверка готовности класса к проведению урока).
2 Проверка домашнего задания
На прошлых уроках мы знакомились с методами Биологии, действиями для осуществления методов, оборудованием, необходимого для биологов. Итак, давайте вспомним.
А) Работа с карточками
Б) Общая разминка (Работа с презентацией)
3 Объяснение нового материала
_Подготовка учащихся у восприятию учебного материала
? Ответьте на вопрос – Какие животные помогали выжить первобытным людям.
? А откуда Об этом узнали мы- современные люди
? Что помогло нам представить облик древних животных
Или по- другому можем сказать иллюстрации.
Итак, тема нашего урока: биологические иллюстрации, рисунки, фотографии, компьютерные модели (Стр.40 учебник записать в тетрадь)
На уроке м ы узнаем для чего нам нужны иллюстрации, какое значение имеют разнообразные иллюстрации, почему важно знать, что представляют собой та или иная иллюстрация.
Рисунки- один из видов иллюстрации
Иллюстрации – способ сохранить и передавать сведения о каких-либо объектах и явлениях. Рисунки помогают нам рассмотреть внешний вид объекта, внутреннее строение . (демонстрация презентации)
Наука в современном мире движется вперед. Что же сейчас помогает нам изучать маленьких животных (внешний вид), растения, явления природы.
Помимо рисунков в современном мире для передачи информации служит научная фотография . Для фотографирования служит фотоаппарат. Сейчас у вас каждого имеется фотоаппарат, вы можете все вокруг себя фотографировать, фиксировать и передавать информацию .(демонстрация презентации).
Чтобы рассмотреть строение, внешний вид очень маленьких организмов биологи используют фотосъемку в режиме макросъемки (демонстрация презентации).
Это не только значимо для научных открытий, развития биологических наук, это еще очень интересно для себя.
Я с большим интересом сама занимаюсь этим. Я занимаюсь фотографией в режиме макросъемки.
(демонстрация альбома фотографии).
Ну и наконец, самый современный помощник в познании мира – компьютерное моделирование.
С помощью моделирования мы можем рассмотреть совсем маленькие предметы или очень большие.
Для создания таких моделей используют специальные компьютерные программы, а разработчикам приходится изучать множество (более сотни) научных публикаций. (демонстрация презентации).
Давайте подведем итог: Живой объект можно изобразить различными способами –рисунок, компьютерная модель, фотография.
Запишем в тетрадь: Иллюстрации (1 Фотографии
2 Рисунок
3 Компьютерная модель)
Физкультурная разминка (упражнения под музыку)
4 Закрепление
Работа с рабочей тетрадью упр.1.3.
Домашнее задание Параграф 8 , упр из раб. тетр.2,4.5 подобрать фотографию или рисунок на биологическую тему
