Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021

Фаворит студии Visual Science в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

---

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

---

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

---

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Тактические боеприпасы

Биологическая система защиты от патогенов — иммунитет — вариативен в выборе инструментов сопротивления «чужакам»: вирусам, бактериям, спорам, паразитам, пыльце. Так, антитела — это растворимые глобулярные белки плазмы крови, которые умеют с огромной точностью распознавать характерные мишени — антигены [1].

Антитела относятся к белковому суперсемейству иммуноглобулинов и обладают Y-образной формой молекулы. В иммунной системе млекопитающих можно обнаружить пять изотипов иммуноглобулинов — IgA, IgG, IgD, IgE и IgM.

Все изотипы иммуноглобулинов немного различаются строением и функциями. Например, IgG существует в виде мономера. Он производится в организме на поздних стадиях иммунного ответа и обладает значительной специфичностью к антигену, а также активирует другие иммунные клетки.

Антитела производятся В-клетками, или по-другому — В-лимфоцитами, и умеют, с одной стороны, распознавать антиген, а с другой — активировать клетки иммунной системы и запускать иммунный ответ [2].

Карта иммунобитвы

Когда организм атакуют патогены, в первую очередь в бой вступают клетки врожденного иммунитета — нейтрофилы, базофилы и эозинофилы. Они выделяют вовне секрет, повреждающий клеточную стенку бактерий и усиливающий кровоток в зоне инфицирования. Одновременно с этим дендритная клетка поглощает патоген и спешит в ближайший лимфоузел, где передает информацию о чужеродном госте находящимся там Т- и В-лимфоцитам. Те активируются и путешествуют по крови в поисках патогена [3].

В-лимфоциты несут на своей поверхности В-клеточный рецептор. При контакте с антигеном эти клетки активируются и превращаются в особый клеточный подтип — плазматические клетки, обладающие уникальной способностью секретировать свой B-клеточный рецептор в окружающую среду — именно эти молекулы мы называем антителами. Антитела составляют главную часть гуморального иммунитета.

IgG — главный тип антител крови и межклеточной жидкости, поэтому принимает участие в контроле инфекции по всему телу, связываясь с самыми разными патогенами: вирусами, бактериями, грибками. Молекула IgG представлена мономером и имеет привычную глазу Y-образную форму. Покрывание поверхности патогена молекулами IgG позволяет фагоцитам распознать его, поглотить и уничтожить. Кроме того, IgG активирует классический путь системы комплемента, который приводит к образованию белков, уничтожающих патоген.

IgM — самый сложноорганизованный тип иммуноглобулина, представляет собой пентамер. Этот тип первым начинает синтезироваться в плоде человека всего на 20-й неделе, и при встрече с неизвестным антигеном IgM также образуются первыми. Они выделяются и при повторных столкновениях с антигеном, но уже в меньших количествах. Наличие в плазме крови IgM против определенных возбудителей свидетельствует о ранних этапах инфекции. IgM, также как и IgG, может активировать специальный каскад иммунологических реакций, называемый системой комплемента, который приводит к перфорации клеточной мембраны патогена и его гибели.

Таким образом, антитело имеет сродство к распознаваемому им антигену, и «прилипает» к нему — тем самым обволакивая клетки и вирусные частицы и привлекая макрофаги и другие иммунные клетки для уничтожения патогена [3].

Далее Т-киллеры распознают определенные антигены и уничтожают зараженные клетки нашего организма, а Т-хелперы помогают макрофагам и В-лимфоцитам запустить механизмы защиты. В конце концов, патоген гибнет, а клетки-победители отправляются на покой. Большинство из них погибает за ненадобностью, но некоторые становятся клетками памяти, которые поселяются в костном мозге и ждут, когда их помощь снова понадобится организму.

А сейчас мы покажем вам анимационный ролик, чтобы на примере IgG продемонстрировать роль иммуноглобулинов в защите организма от вирусных частиц (злодей дня — ротавирус).

Для приготовления ролика об иммуноглобулинах вам понадобятся:

1. Сочный Houdini . Начать можно с версии Apprentice. Она бесплатна(!) и для кулинарных экспериментов ее достаточно.

Мощнейший 3D-софт. Используется в кино/рекламе для спецэффектов (огонь, вода, взрывы, разрушения) и не только.

2. Для придания продукту нежного, спокойного вкуса можно использовать соус Mantra. Он размеренно и неспешно насытит ролик цветом, глубиной резкости и моушн-блюром .

Встроенный рендер в Houdini.

Размытие объектов в зависимости от их удаления от камеры.

Размытие объектов в движении. Вжух!

3. Если вам ближе терпкий и дерзкий вкус, дающий мгновенное восприятие, то используйте соус Redshift . В этом случае для приготовления соуса вам понадобятся дополнительные кастрюльки GPU .

Сторонний рендер. Требует наличия видеокарт NVidia.

Видеокарты. Прирост производительности в Redshift линейный.

4. Обязательным ингредиентом является основа блюда — иммуноглобулин и ротавирус. В сыром виде они растут вот тут. Но помните, что их нужно хорошенько очистить от гнилых плодов .

Много файлов с ошибками, которые Houdini не может прочитать.

5. Томлениеблюда в соусе Mantra заняло у нас 7 дней.

Рендер картинок в разрешении 1920x1080. При 25 кадрах в секунду нам понадобилось 1250 кадров.

6. После этого ролику нужно дать подышать, сбрызнуть его капельками звуков и насытить ароматом голоса диктора.
7. Для сервировки идеально подойдет AfterEffect и PremierePro , или Fusion и DaVinchi . Такой возможности у нас не было, и мы воспользовались Blender .

2D-софт. Работа с отдельными картинками/видео/звуком. Композитинг.

2D-софт. Работа с целым проектом. Монтаж.

3D-софт. Бесплатен. С открытым кодом. Включает в себя модули для композитинга и монтажа.

Удачи!

Литература

1. 12 методов в картинках: иммунологические технологии;
2. Антитело: лучший способ распознать чужого;
3. Иммунитет: борьба с чужими и… своими;
4. Andrew B. Herr, Edward R. Ballister, Pamela J. Bjorkman. (2003). Insights into IgA-mediated immune responses from the crystal structures of human FcαRI and its complex with IgA1-Fc. Nature. 423, 614-620;
5. Жмуров А.А. и Барсегов В.А. Молекулярное моделирование с использованием графических процессоров. М.: МФТИ, 2013. — 151 с.;
6. Rotavirus.Wikipedia;
7. Состав асфальтена пришлось установить наощупь. (2015). N+1;
8. Bailey R. (2019). Cilia and Flagella. ThoughtCo.