Структура хромосом вдохновляет на создание сложных произведений искусства

Коллаборация профессора энтомологии, профессора искусства и профессора компьютерных наук, работающих в области биофизики в Virginia Tech, привела к созданию впечатляющих произведений искусства. Эти работы могут помочь исследователям и широкой публике лучше понять функцию ДНК и хромосом во многих важных клеточных процессах.

Эта работа стала возможной благодаря Институту креативности, искусств и технологий (ICAT), который поддерживает междисциплинарные проекты на стыке науки, инженерии, искусства и дизайна.

Хроматин — это вещество, из которого состоят хромосомы. Оно отвечает за упаковку нескольких футов ДНК внутри ядра размером всего в несколько микрометров, одновременно защищая структуру и последовательность ДНК. Трехмерная организация хроматина играет ключевую роль во многих клеточных процессах, включая репликацию, репарацию и транскрипцию ДНК, а также может сигнализировать о прогрессировании рака и других патологиях.

Из-за высокой плотности упаковки ДНК исследователям сложно создавать детальные вычислительные модели её иерархии с помощью стандартных инструментов визуализации. Для создания интерактивных, информативных визуализаций необходимы новые инструменты и концепции, основанные на мощных вычислениях.

«Визуальное представление хроматина в вычислительной модели важно для лучшего понимания того, как организована и функционирует ДНК внутри клеточного ядра. Вычислительные модели позволяют сосредоточиться на визуализации наиболее релевантной информации в рамках высоко сложной организации хроматина», — сказал исследователь Игорь Шарахов, профессор энтомологии.

Шарахов и Алексей Онуфриев, профессор компьютерных наук, используют экспериментальные данные вместе с вычислительными моделями организации хромосом у плодовых мушек и комаров. Они создают прототип инструмента, который предоставляет визуализации хроматина на различных масштабах, раскрывая фрактальную архитектуру, наполненную сложными паттернами.

«Сложность компактизации ДНК внутри клеточного ядра приводит к множеству проблем при моделировании структуры и динамики соответствующих структурных форм, включая фракталы», — пояснил Онуфриев.

Именно эти геометрические сложности вдохновляют Эрика Стэндли, доцента студийного искусства, на создание серии артефактов — многослойных бумажных вырезок, которые визуально представляют фундаментальные строительные блоки жизни. Проще говоря, эта работа переводит язык трехмерной организации хромосом на язык искусства.

«Когда я впервые встретился с Игорем и Алексеем, мы сразу поняли, что наши независимые исследовательские цели связаны с выражением сложностей, которые нельзя передать традиционным способом. Было ясно, что моя роль будет не иллюстратора, а художника», — сказал Стэндли.

Эти уникальные произведения искусства являются доступными репрезентациями математической и визуальной сложности феномена упаковки ДНК. Работы Стэндли будут выставлены в художественных музеях и галереях для аудитории всех возрастов, выводя науку из лаборатории на публику. Часть его работ была недавно представлена на выставке «ICAT: Open (at the) Source» в Moss Arts Center.