Нанотехнологии встречают пиксели: учёные переносят клетки в мир Minecraft

Учёные из Университета Иллинойса перевели результаты экспериментов и вычислительных моделей на наномасштабе в точные 3D-модели клеток, доступные для исследования в игре Minecraft. Этот проект называется CraftCells: A Window into Biological Cells. Он помогает увидеть внутреннее устройство бактериальных клеток, дрожжей, а также клеток эпителия, здоровой груди и раковых клеток молочной железы.

Внутри виртуальных клеток легко перемещаться, проходить сквозь мембраны органелл и изучать их содержимое. Разработчики нацелены на то, чтобы школьники, студенты и исследователи любого уровня могли лучше понять устройство клеток. Программа бесплатна и работает с разными версиями Minecraft (Java, Bedrock и Education). Скачать её можно на GitHub .

В исследовании участвовали профессора химии и физики Заида (Зан) Лутхи-Шультен, биоинженеры Стивен Боппарт и Рохит Бхаргава, а также аспиранты и научные сотрудники. Результаты опубликованы в журнале The Biophysicist. По словам создателей, CraftCells даёт детализированное представление о трёхмерной структуре клеток, куда можно окунуться с помощью виртуальной реальности или обычного экрана.

В проекте применяли данные с высокоточным микроскопическим разрешением, чтобы показать наиболее интересные для науки и общества клетки. Бактериальные клетки не содержат ядра: ДНК свободно плавает в цитоплазме. Раковые клетки молочной железы выглядят более вытянутыми, а их ядро и нуклеоли заметно отличаются от здоровых клеток. Такая форма часто связана с метастазированием и более агрессивным течением болезни.

В CraftCells можно отключать разные компоненты, чтобы увидеть конкретные структуры, например белки, ДНК или мембраны. Внутри бактериальных клеток есть аттракцион в виде “американских горок”, пролегающих между лентами ДНК и белков. Разработчики планируют добавить инструменты для имитации медицинских процедур, например стрельбы по раковым клеткам, чтобы воспроизвести лазерную абляцию.

Программы вроде NAMD и VMD уже позволяют изучать огромные молекулярные системы, но требуют больших вычислительных ресурсов. CraftCells отличается простотой и доступностью, что делает 3D-модели клеток реальным инструментом для широкой аудитории. В будущем разработчики надеются показать разные состояния клеток, такие как влияние лекарств или процесс выработки этанола дрожжами.

Работа выполнена в сотрудничестве со специалистами из Института Бекмана при Университете Иллинойса и при поддержке Национального научного фонда США. Руководители проекта уверены, что CraftCells откроет новые горизонты в популяризации науки и поможет улучшить понимание ключевых биологических процессов.

Public Release.