Le virus Zika a explosé sur la scène mondiale l'année dernière lorsque les autorités de la santé ont commencé à suspecter qu'il pouvait causer des anomalies congénitales chez les bébés. À l'instar de l'épidémie d'Ebola en 2014, la peur a rapidement fait son apparition. La destruction provoquée par la maladie est profondément troublante, en partie parce que les particules de contagion sont invisibles.
Rendre quelque chose visible, c'est mieux le contrôler, le rendre plus facile à gérer. En mars de cette année, Michael Rossmann de l’Université Purdue dans l’Indiana et ses collègues ont cartographié ce que Meghan Rosen, de Science News, a décrit comme «la structure cahoteuse en forme de balle de golf» de Zika. Grâce à la structure déduite, les scientifiques ont maintenant un point de départ pour apprendre comment le virus fonctionne et s'il peut être arrêté. Les chercheurs rechercheront des points dans la structure qui pourraient constituer une cible pour un médicament.
Dans cette optique, mais avec une touche plus artistique, un autre scientifique a brossé un tableau de ce à quoi il pourrait ressembler lorsque Zika infecte une cellule.
L'aquarelle de David S. Goodsell représente une zone d'environ 110 nanomètres de large, rapporte Maggie Zackowitz pour NPR . C'est presque 1 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain typique. Dans la peinture, une sphère rose représentant le virus a été coupée en deux pour révéler des enchevêtrements du matériel génétique viral. Des protubérances charnues à la surface du virus saisissent des tours vertes incrustées dans une courbe vert clair qui semble renfermer un fouillis de bleu. Les protéines de surface du virus se lient aux récepteurs situés à la surface d’une cellule qu’il infectera bientôt.
Les virus mortels n’ont jamais été aussi beaux que sous le pinceau de Goodsell. Le biologiste moléculaire, qui travaille conjointement au Scripps Research Institute de La Jolla, en Californie, et à la Rutgers State University, dans le New Jersey, peint des formes aux couleurs vives et moelleuses ressemblant à des jellybeans, des ballons de football et des spaghettis qui se pressent. En tant qu'images abstraites, elles sont délicieuses, mais le travail de Goodsell est également fermement ancré dans la science.
Le scientifique-artiste fait des suppositions éclairées pour ses peintures. "Certains objets et interactions sont très bien étudiés et d'autres pas", explique-t-il. "La science est toujours un domaine en pleine croissance." Mais son expertise lui permet de manier le pinceau avec confiance.
Visualiser le monde biologique microscopique a intrigué pour la première fois, à l’université de troisième cycle, Goodsell s’appuyait sur des techniques telles que la cristallographie aux rayons X pour déduire les plis, les contorsions et les contorsions des protéines et des acides nucléiques.
La structure est essentielle pour donner aux molécules des cellules leur fonction, qu’elles soient des enzymes qui clivent d’autres molécules, des brins d’ARN qui apprennent la construction de protéines ou des fibres qui soutiennent et façonnent les tissus. Les poches dans les protéines offrent des endroits où d'autres molécules peuvent se lier et catalyser ou empêcher les réactions. Lorsque Rosalind Franklin a réussi à capturer la première image de l’ADN, en utilisant la cristallographie aux rayons X, James Watson et Francis Crick ont rapidement été en mesure de déduire comment la décompression de la double hélice pourrait fournir un modèle pour la réplication de matériel génétique.
"Si vous vous tenez à l'extérieur d'une automobile et que le capot est fermé, vous ne pouvez pas voir le moteur, vous n'avez aucune idée du fonctionnement de la machine", déclare Stephen K. Burley, chercheur en protéomique à l'université Rutgers. Les cellules elles-mêmes sont des machines minuscules et complexes. Comprendre leur fonctionnement ou les parties et les processus qui se détériorent sous l’influence de la maladie nécessite un examen attentif.
C'est pourquoi Goodsell devait comprendre comment les molécules étaient formées et comment elles s'emboîtaient à l'intérieur de la cellule.
Au milieu des années 80, l’infographie commençait tout juste à faire son apparition sur la scène des laboratoires de recherche et donnait à des scientifiques comme Goodsell, maintenant âgé de 55 ans, un aperçu sans précédent des molécules qu’ils avaient étudiées. Mais même les meilleurs programmes ont eu du mal à montrer toutes les subtilités d'une seule molécule. "Les objets de la taille d'une protéine constituaient un véritable défi", dit-il. Visualiser de multiples protéines et leur place par rapport aux structures cellulaires dépassait les capacités matérielles et logicielles de l’époque.
"Je me suis dit: à quoi ressemblerait-il si nous pouvions faire sauter une partie de la cellule et voir les molécules?" Dit Goodsell. Sans les capacités graphiques de pointe actuelles, il s'est tourné littéralement vers la planche à dessin pour rassembler toutes les connaissances en matière de structure qu'il pouvait et pour créer cette image de l'intérieur surchargé d'une cellule. Son objectif était "de revenir à une vision globale de la science", dit-il.
Les images qu'il crée sont censées être des illustrations scientifiques, pour inciter les chercheurs et le grand public à réfléchir aux structures qui sous-tendent les réactions chimiques et aux fonctions des cellules.
De manière générale, Goodsell consacre quelques heures à parcourir la littérature scientifique pour apprendre tout ce que les chercheurs savent sur le sujet qu'il souhaite illustrer. Ensuite, il dresse un grand dessin au crayon basé sur ce qu’il a appris. Le papier carbone l'aide à transférer ce croquis sur du papier aquarelle. Les molécules à l'intérieur des cellules étant souvent plus petites que la longueur d'onde de la lumière, une vision réelle d'un paysage moléculaire serait incolore, mais Goodsell ajoute de la couleur et des ombres pour aider les gens à interpréter ses peintures. Le résultat est une vue détaillée de la machinerie moléculaire au travail.
Dans une peinture Ebola, par exemple, le virus ressemble à un énorme ver qui se dresse la tête. Le virus a volé les composants d'une membrane cellulaire dans une cellule infectée, représentée en violet clair, écrit pour la ressource en ligne, la banque de données sur les protéines (PDB) du RCSB. Les têtes de brocoli turquoises recouvrant l'extérieur de la membrane sont des glycoprotéines, qui peuvent s'accrocher à la surface d'une cellule hôte et attirer la particule virale suffisamment près pour que son matériel génétique (en jaune, protégé par la nucléoprotéine verte) puisse être inséré à l'intérieur. Ces glycoprotéines ont été une cible majeure pour les médicaments contre le virus.
Le tableau a remporté les Wellcome Image Awards de cette année, un concours qui attire des experts en illustration et visualisation scientifiques du monde entier.
La peinture Ebola et de nombreuses autres images de Goodsell résident à l'APB, sous la supervision de Burley, le directeur du référentiel. La PDB contient plus de 119 000 structures de protéines, d'ARN, d'ADN et d'autres molécules. Quelques statistiques démontrent à quel point la structure est importante pour les biologistes: Chaque jour, environ 1, 5 million de téléchargements d'informations structurelles 3D détaillées sont téléchargés de la banque de données. Au cours des quatre dernières années, des personnes de 191 des 194 États indépendants reconnus dans le monde ont eu accès à la ressource.
En juillet, Goodsell publiera sa 200ème "Molécule du mois", une série présentant ses représentations de protéines et d'autres molécules, ainsi qu'une explication écrite du fonctionnement et de l'importance de ces structures.
Le travail de Goodsell aide à sensibiliser les lycéens et autres aux structures qui se cachent derrière les particules responsables des maladies et aux conditions de santé dans les actualités. Pour la soi-disant série PDB-101, ses molécules aident les étudiants à mieux comprendre les mécanismes derrière le diabète de type 2 ou l'intoxication par le plomb. Il a une peinture à grande échelle à venir qui couvrira le cycle de vie du virus VIH.
Même les experts peuvent apprendre des illustrations de Goodsell. Très tôt, il se rappelle avoir visité l’institut pour demander à ses collègues à quel point ils pensaient qu’il y avait une cellule. Les estimations qu'il a reçues étaient très diluées. Ce n’est que quand il s’est retiré pour regarder la situation dans son ensemble qu’il est devenu évident que les cellules sont très denses et complexes.
"Je ne suis pas au courant de nombreuses autres personnes qui fonctionnent de la même manière que [Goodsell]", a déclaré Burley. Le travail de Goodsell allie interprétation artistique et connaissances scientifiques. "Il est capable de raconter davantage l'histoire de la structure 3D à la main que vous ne le pouvez en infographie. C'est, je pense, la vraie beauté de son travail."
On peut voir le travail de Goodsell à la série " Molécule du mois " de la RCSB Protein Data Bank et sur son site Web . Son site Web fournit également plus de détails sur certaines images de cet article.
