24 noviembre, 2010

Animación molecular, cuando el cine llega a la biología

Hace unos cuatro años, Bio Visions, un grupo de científicos, profesores, estudiantes y profesionales de la animación de la Universidad de Harvard crearon, lo que para mí es la animación más asombrosa de la biología, llamada “La vida interna de la célula”.

Una de las cabezas de este proyecto es el Dr. Robert A. Lue, profesor de Biología Celular y Molecular y director de la carrera de Educación en Ciencias de la Vida en la Universidad de Harvard, quien ha sido uno de los pioneros en esta rama de la animación computarizada: la animación molecular; la cual usa toda la tecnología alcanzada por la industria del cine para mostrar al público que es lo que ocurre dentro de nosotros a una escala y resolución que, ni con los microscopios más potentes, podríamos alcanzar.

Ver de esta manera la biología nos abre una nueva perspectiva, donde la enseñanza será la más favorecida. A veces es muy difícil explicar el mecanismo de acción de el sistema inmune, o la forma como las mitocondrias hacen la respiración y generan energía, o como se lleva a cabo la fotosíntesis; ya que a pesar que existan excelentes diagramas del proceso, con muchos colores como para hacerlos más didácticos, es muy difícil imaginar como se llevan a cabo esos procesos en un ambiente tridimensional… y en movimiento!.

Otra de las grandes exponentes de la animación molecular es la Dra, Janet Iwasa, quien luego de obtener su PhD en la UC San Francisco trabajando en la dinámica de la actina en el citoesqueleto, obtuvo una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias para estudiar por tres meses en la Escuela Gnomon de Efectos Visuales, que es donde los más grandes animadores de Hollywood se capacitaron. A diferencia de sus compañeros de clase que se pasaban horas diseñando monstros y naves espaciales, ella lo hacía diseñando moléculas. Por ejemplo, muchas de las proteínas en 3D que encontramos en el PDB (Base de Datos de Proteínas) han sido diseñadas por ella.

Pero si hay alguien al quien debe llamarse el Steven Spielberg de la animación molecular es el Dr. Drew Berry del Instituto de Investigación Médica Walter & Eliza Hall en Melbourne, Australia. Su trabajo ha llegado a ser expuesto en el Museo de Arte Modernos en Nueva York y en el Centro Pompidou en París.

biovision

Regresando a Bio Vision, el mes pasado estrenaron su segunda obra de arte: “Mitocondria: Potenciando la célula” [el cual lo pueden ver directamente desde su página web: http://biovisions.mcb.harvard.edu/] Este video nos muestra como las células convierten los nutrientes en energía de una forma nunca antes vista, ni yo como biólogo me imaginaba que fuera de esa manera.

Pero, ¿como diseñan una proteína en 3D en un programa de animación? Seguro, los que manejan animación 3D saben que se pueden hacer diseños usando coordenadas (X, Y, Z). cientos de proteínas que están depositadas en el PDB ya tienen sus estructuras 3D definidas, esto gracias al uso de la cristalografía de rayos X y la Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear. El PDB para diseñar las estructuras también usan coordenadas y son estas mismas las cargadas a un programa de animación en 3D, como Autodesk® Maya® que es el más usado por los animadores moleculares. Luego, una vez cargada la estructura 3D de la proteína hay que darle movimiento.

Para darle movimiento a las proteínas, biomoléculas y otras estructuras celulares, se basan en investigaciones realizadas usando métodos de marcación de proteínas con moléculas fluorescentes – que emiten luz al ser excitadas con radiación UV – y fotos o videos desarrollados con microscopios especiales que permiten distinguir esa fluorescencia que emiten las moléculas. De esta manera, transforman esos datos obtenidos en movimiento.

Claro que debemos tener en cuenta que los colores son ficticios ya que muchas de esas estructuras, bueno, casi todas esas estructuras y moléculas no tienen color porque su tamaño es mucho menor a la longitud de onda de la luz visible (400 – 700nm).

Bueno aquí un video desarrollado por The NY Times que muestra las entrevistas realizadas a estos animadores moleculares:

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