Визуализация в VR помогает исследовать молекулярные сети

Сети — мощный инструмент для визуализации и анализа сложных систем. Однако многие визуализации ограничены размером и сложностью сети. Белковые взаимодействия в человеческом теле — пример такой сложной системы, которую почти невозможно визуализировать. Йорг Менче, адъюнкт-главный исследователь в CeMM (Исследовательский центр молекулярной медицины Австрийской академии наук), профессор Венского университета и руководитель группы в Max Perutz Labs, и его команда разработали иммерсивную платформу виртуальной реальности (VR), которая решает эту проблему. С помощью VR-визуализации белковых взаимодействий в будущем станет возможным лучше распознавать корреляции и выявлять те генетические аберрации, которые ответственны за редкие заболевания.

Тело как сеть

Представление сложных данных особенно важно в поиске причины редких заболеваний, поскольку человеческое тело с его примерно 20 000 белков, закодированных в геноме и взаимодействующих друг с другом, представляет собой огромную сложную сеть. Все биологические процессы на молекулярном уровне основаны на взаимодействии белков. Если изобразить эти взаимодействия в виде сети, получится почти не представимая картина из около 18 000 точек (белков) и около 300 000 линий между ними. Менче и его группа использовали разработанную ими VR-платформу, чтобы сделать это изображение «читаемым», и в сотрудничестве с St. Anna Children's Cancer Research впервые смогли визуализировать всю совокупность белковых взаимодействий. Это позволяет интерактивно исследовать обширную и сложную сеть.

Приближение к причине редких иммунных заболеваний

В своём исследовании, опубликованном в Nature Communications, первый автор Себастьян Пирч и группа Менче выявили паттерны связей между различными белковыми комплексами в организме и связали их с биологическими функциями. Также учёные использовали глобальные базы данных для идентификации специфических белковых комплексов, ассоциированных с определёнными заболеваниями. «В то время как обычные формы представления выглядели бы как буквальный "клубок", трёхмерное представление позволяет точно анализировать и наблюдать различные белковые комплексы и их взаимодействия», — говорит автор исследования Пирч. Это может быть особенно важно для идентификации редких генетических дефектов и критично для терапевтических мер. «С одной стороны, наше исследование представляет собой важное доказательство концепции нашей VR-платформы; с другой — напрямую демонстрирует огромный потенциал визуализации молекулярных сетей», — говорит руководитель проекта Менче. «Особенно при редких заболеваниях, тяжёлых иммунных болезнях, можно детальнее анализировать белковые комплексы, связанные с конкретными клиническими симптомами, чтобы разрабатывать гипотезы об их соответствующих патобиологических механизмах. Это облегчает подход к причинам болезней и последующий поиск целенаправленных терапевтических мер».

О VR-платформе

Платформа, разработанная группой Менче, создана для максимальной гибкости и расширяемости. Ключевые особенности включают импорт пользовательского кода для анализа данных, лёгкую интеграцию внешних баз данных и высокую степень свободы дизайна для произвольных элементов пользовательских интерфейсов. Исследователи смогли использовать технологии, обычно применяемые в разработке 3D-компьютерных игр, таких как популярная во всём мире Fortnite. Публикуя исходный код, исследователи надеются убедить других разработчиков в потенциале виртуальной реальности для анализа научных данных.