На сегодняшний день коллектив Visual Science и команда ее научных консультантов в России, США, Германии и Гонконге включает более 70 человек, а ее работы можно увидеть в материалах крупнейших фармацевтических и биотехнологических компаний, на обложках самых авторитетных научных изданий и ведущих СМИ мира.
Visual Science: как делаются лучшие в мире научные иллюстрации

В университете Иван имел возможность сравнивать наши учебники с зарубежными. И первое, что бросалось в глаза, — насколько все в западных учебниках было нагляднее и понятнее проиллюстрировано. «Но даже в этих изданиях химия, биология, анатомия, требующие наглядной и понятной визуализации, были представлены на уровне развития компьютерной графики 1980-х, — рассказал нам Иван. — Голливуд, рекламная и игровая индустрии пользуются технологиями на порядок более продвинутыми, в то время как визуализация сложных объектов и явлений окружающего мира для науки, образования и технологий так и осталась в прошлом». Так появилась идея визуализировать структуры белков и макромолекулярных комплексов на новом уровне. «Поначалу у нас не было цели, чтобы кто-то наши модели покупал, — добавляет Иван, — было просто желание поднять эту область на новый уровень». Выпускник биологического факультета МГУ Иван Константинов основал компанию в 2007 году, заработав «стартовый капитал» на первую графическую станцию прокладкой кабеля в Люберцах.
«Сидел днями и ночами, делал и делал, пока не понял, что достиг предела своих возможностей в 3D-моделировании, — вспоминает Иван. — Тогда в команде появился человек, который стал помогать с моделями. Потом стало не хватать научной экспертизы — и к нам присоединился Юрий Стефанов, который с тех пор бессменно курирует научное направление, соблюдая точность и достоверность, базовые ценности Visual Science». Понемногу команда стала пополняться специалистами по IT, графическому дизайну, маркетингу и международным коммуникациям, педагогами-методистами, гейм-дизайнерами… Но сначала команда столкнулась с проблемами монетизации. «Как быть, если ты крошечный и находишься в России, а твои основные клиенты — крупные компании и университетские центры в США и Европе? — говорит Иван. — Помогло наше стремление к максимальной научной достоверности, уже наработанные алгоритмы и технологии и, конечно, случай». В-форма ДНК Самая часто встречающаяся пространственная форма ДНК: на каждый виток спирали приходится около десяти нуклеотидных пар. Диаметр — 2 нм, глубина бороздок — 0,85 и 0,75 нм.
В Visual Science обратили внимание на проблему в научной визуализации, связанную с точным представлением макромолекулярных структур, таких как вирусы, белковые комплексы, клеточные органеллы и т. д. Они зачастую слишком велики, чтобы исследоваться такими «тонкими» методами, как рентгеноструктурный анализ, но при этом чересчур малы для таких подходов, как криоэлектронная томография или микроскопия. «Получается, что для довольно хорошо изученных вирусов, имеющих значение для всего человечества — таких как ВИЧ, грипп или Эбола, — невозможно получить модель с атомной и даже молекулярной детализацией, используя какой-то один метод, — объясняет Иван. — Например, для ВИЧ известна структура отдельных компонентов, имеется биохимическая и вирусологическая информация об их взаимодействии друг с другом, но картины самого вируса с высокой детализацией не было». Эти данные, как фрагменты пазла, собирались около года, прежде чем в Visual Science была получена первая достоверная модель ВИЧ. В 2010-м она была признана лучшей научной иллюстрацией в мире по версии журнала Science и Национального научного фонда США. Изображение вируса попало на обложки ведущих научных журналов, включая Nature Medicine, стало популярным и в СМИ, появившись в таких авторитетных изданиях, как NY Times и Washington Post. Мировое признание помогло открыть многие двери и получить заказы от крупных компаний. Достоверные 3D-модели сердца и близлежащих сосудов, внутренних органов и скелета лягушки. Изображения созданы на основе данных компьютерной микротомографии препаратов травяной лягушки, полученных совместно с кафедрой зоологии позвоночных МГУ.

Правильное позиционирование

«Мы быстро поняли, что нашим клиентам нужна не просто визуализация, а определенная услуга: донести суть своей сложной разработки без потери смысла либо продвинуть свой наукоемкий продукт, — рассказывает Иван. — Так у нас появился отдел, который стал заниматься маркетингом высокотехнологичных компаний. Его задачей стало привлечение к деятельности нашего клиента внимания нужной аудитории посредством методов, которыми мы владеем лучше всех в мире — научной визуализации». Заказчики поделились на две большие группы: корпоративный сектор — крупные международные компании, у которых есть задачи внутренней и внешней коммуникации, и небольшие стартапы, создающие весь образ и позиционирование с нуля. Для них Visual Science помогает сделать все, начиная от фирменного стиля и заканчивая разработкой упаковки, промоматериалами и представлением на выставках. «Поскольку мы сами из отрасли, мы знаем многие нюансы, — улыбается Иван, — правильный облик, правильные коммуникации». Система CRISPR Эндонуклеаза Cas9 (темно-серая) вносит двухцепочечные разрезы в участке ДНК (фиолетовая), комплементарном связанной с ней направляющей РНК (зеленая).
Но самая любимая тема Константинова — образование, про него он готов говорить часами. Visual Science занимается иллюстрированием учебников и книг, созданием образовательных роликов, плакатов, приложений и научной анимации. А самая горячая область здесь — виртуальная (VR) и дополненная (AR) реальность. «Изначально мы работали с высококачественными 3D-моделями, — объясняет Иван, — которые все равно приходилось «трамбовать» в двумерный мир бумаги или экрана. Мы не могли полностью донести все преимущества изначальной объемной модели. А VR дает возможность показать все это во всей красе. Иммуноглобулин IgG1 Антитела, участвующие в иммунном ответе. Две «легкие» L-цепи молекулы (красные) и две «тяжелые» H-цепи (серые) заканчиваются парой изменчивых доменов Fab (верхние), которые связывают антигены. Можно разглядеть и желтые атомы серы, необходимые для удержания цепей вместе.
«У нас есть огромное преимущество — мы всегда очень честно делали модели, — Иван открывает экран компьютера, — Меня спрашивали, почему вы обсчитываете, например, мембрану вируса из ста тысяч отдельных молекул, вместо того чтобы просто наложить высококачественную текстуру? Но мы хотели, чтобы всегда была возможность продемонстрировать объект с другой стороны, сделать срезы, убрать мембрану и показать под ней матрикс… Если я делаю срез черепа, я хочу, чтобы было видно внутреннее строение кости. И эта честность оказалась востребована в виртуальной реальности». Тот материал, который Visual Science нарабатывал многие годы, идеально подошел для новой технологии VR. Пользователь может взять любую модель, покрутить, посмотреть со всех сторон, приблизить — и увидеть каждую деталь такой, какова она на самом деле. Микробиореактор Homunculus Взрыв-схема инструмента для выращивания клеточных культур в микроскопических резервуарах, сквозь которые прокачивается питательная среда.
Компания вложила значительные ресурсы в троекратное увеличение своей вычислительной мощности, а в ближайшее время нарастит ее еще в несколько раз. «Мы с большим интересом участвуем в образовательных проектах с элементами развлечения, в том, что называется Edutainment, — продолжает Иван. — Мотивировать детей встать на путь научного познания мира через проверку фактов, через построение критических гипотез, оценку источников… Не просто увидеть и забыть, а пойти дальше. Все успешные ученые и технологические предприниматели, с кем я общался, сходятся в том, что их путь начался либо с талантливого педагога, либо с яркого эмоционального опыта науки. И такой опыт мы уже можем создать». Фото

Лягушачьи проблемы

Один из проектов был поддержан московским Политехническим музеем, при участии которого в Visual Science были созданы образовательные плакаты для школ с элементами дополненной реальности. Установив на смартфон специальное приложение, можно увидеть эти картины по‑новому, получив совершенно новый, увлекательный пласт информации. Задача эта оказалась далеко не такой простой, какой выглядела поначалу. В матричной РНК инсулина 333 нуклеотида: на ее основе рибосомы синтезируют молекулы препроинсулина, содержащего 110 аминокислотных остатков. Этот протеин «дорабатывается» другими клеточными ферментами, так что в готовом инсулине уже 51 аминокислота.
«Посмотрите на плакат с анатомией земноводного, — поясняет Иван. — Нам потребовалась достоверная модель лягушки, на которой можно было бы посмотреть скелет, кровеносную систему, внутренние органы. Оказалось, что материалов, достаточных для создания такой модели, нет нигде в мире! В итоге наши ребята провели собственную работу, изучив лягушку в рентгеновском томографе большой мощности и разрешения». Но и этого оказалось недостаточно: мягкие ткани с их примерно одинаковой плотностью в томографе почти неразличимы. Поэтому в собственной лаборатории Visual Science была отработана новая технология пропитки тканей контрастными веществами.

0_1e2f3d_a8346d67_XL.jpg В итоге были получены точные изображения органов лягушки с фантастическим разрешением: на модели видны даже капилляры легких и спиральный клапан в ее крошечном сердце. И когда школьник наводит камеру смартфона на плакат, содержащий общий план вскрытия, он может переключаться между системами органов. Выбрав кровеносную систему, увидеть ее трехмерную картину; выбрав скелет — рассмотреть объемные кости вплоть до миниатюрных фаланг лягушачьих пальцев. А обходя плакат, он может рассмотреть все это с разных сторон. Вирус гриппа A/H1N1 Молекулы гемагглютинина на поверхности частицы (зеленые) позволяют вирусу связаться с клеткой и проникнуть внутрь. Под мембраной частицы (серая) расположен слой белков матрикса, внутри видны тяжи РНК (светло-желтая), упакованные белками (коричневые, бурые) и связанные с полимеразным комплексом (светло-зеленый), который необходим для синтеза новых копий РНК.
«В битве за внимание детей современные учебники проигрывают создателям игр, над которыми работают лучшие дизайнеры и программисты мира, — говорит Иван. — Эти плакаты — наша первая попытка вернуть детское внимание к теме знаний. Жанр непростой, он требует колоссальных методических и технологических ресурсов, и не могу сказать, что все работает именно так, как хотелось бы, но первый шаг сделан, а следующий уже будет на новом уровне». Встретимся там — с детьми и очками виртуальной реальности. Вирус папилломы человека Оболочка состоит из двух белков, основного (L1, желтый) и минорного (L2, темно-серый). Внутри вирусной частицы при помощи нуклеосом клетки-хозяина (серые) упакована кольцевая молекула ДНК (оранжевая).

Статья «Происхождение видов. Как создаются лучшие в мире научные иллюстрации» опубликована в журнале «Популярная механика» (№11, Ноябрь 2016).