13 май 2022 г.
Willy Wriggers, катедрата на Frank Batten по механично аерокосмическо инженерство и биоинженерство, разработва техники за 3D компютърно моделиране, за да помогне на учените да прецизират и реконструират изображения от електронна микроскопия.От Шери ДиБари
Като млад Уили Вригърс беше очарован от оптичните инструменти.
Подаръците от детството на микроскоп и телескоп доведоха до любов към науката, особено към астрономията и биологията.
„Започнах да изучавам вода в мръсни локви навън и се интересувах от бактериите, а също и да гледам звездите“, каза той. "Научих всички звездни съзвездия, когато бях на 8 или 9."
В гимназията Wriggers беше активен в клуба по астрономия на гимназията, редактира списанието на клуба „Rosa Ursina“ и водеше обиколки и презентации за космоса.
„Това преживяване се превърна в нещо като план за това, което направих по-късно като учен и преподавател“, каза той.
Днес той се фокусира върху живота на молекулярно ниво.
Wriggers, катедрата на Frank Batten по механично аерокосмическо инженерство и биоинженерство в Old Dominion University, разработва техники за 3D компютърно моделиране, за да помогне на учените да прецизират и реконструират изображения от електронна микроскопия (EM).
Wriggers си сътрудничи с Jing He, професор в катедрата по компютърни науки на ODU, от 2015 г. Неговият принос е прилагането и разбирането на дълбокото обучение в изчислителната среда.
Работата ще "помогне на специалистите по биологичен електронен микроскоп да преодолеят широк диапазон от нива на разделителна способност от атомно ниво до ниво жив организъм", каза Wriggers.
Тези изображения могат да помогнат на учените да обяснят биомолекулните структури - сложни групи, съставени от нуклеинови киселини и протеини.
„Опитът да разберете тези структури в атомния детайл ви помага да разберете функцията на биологичната машина – разбирате как мускулите работят на атомно ниво, знаете как протича метаболизмът на АТФ (аденозин трифосфат, „горивото“ на всички живи същества) задвижва сложни клетъчни процеси", обясни Wriggers в скорошно интервю. "Как това всъщност се прави с протеини е наистина завладяващо."
Wriggers и He се специализират в моделирането на актинови филаменти - влакнест, гелообразен материал в клетка или в мускула, който е отговорен за движението на клетките и мускулната контракция.
„Ние сме един от едва петимата или шестимата изследователи в света, които извършват този вид работа“, каза той.
Електронната микроскопия използва лъч от ускорени електрони, за да види молекулни структури - нещо, което не е възможно с традиционния светлинен микроскоп.
Въпреки това, за да не се унищожи пробата, дозата на електроните трябва да е много ниска. Това води до изображение с ниска разделителна способност без пълни детайли.
Преди компютърното моделиране, учените щяха да наслагват ръчно модел на пълната структура върху ЕМ изображението - процес, който отнемаше време и не беше възпроизводим.
Преди двадесет и пет години - когато напредъкът в компютрите едва започваше - Wriggers видя потенциално решение. „Помислих си: „Защо никой не се опитва да използва компютри, за да направи това автоматично?“
В отговор Wriggers разработи Situs, софтуерен пакет, който може да закачи EM изображения с ниска разделителна способност към компютърно генерирани 3D модели. Програмата помогна да се попълнят липсващите артефакти, причинени от недостатъци в електронните микроскопи, и да се подобри това, което Wriggers нарича "шумно" изображение.
„Това ме постави на картата преди почти 25 години и по същество задвижи цялата ми академична кариера“, каза той.
Въведение в компютрите
Wriggers' израства в Инголщат, Германия, централата на автомобилната компания Audi.
И баща му, и дядо му работеха там, а Wriggers, като много тийнейджъри, работеше там през лятото.
Това преживяване ще доведе до любов за цял живот към автомобилите и машините.
В колежа Wriggers гравитира към физиката и нововъзникващите компютърни технологии.
„Хората тъкмо започваха да се занимават с компютри и аз осъзнах, че компютрите могат да играят голяма роля във физиката“, каза той.
През 1992 г. той напусна Германия за целогодишна програма за обмен в Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн. „Причината, поради която все още съм тук, е, че не се върнах обратно“, каза той през смях.
За Wriggers беше вълнуващо време да бъде в Илинойс. Факултетът по физика беше само един етаж по-надолу от отдела за изследвания и разработки на Националния център за суперкомпютърни приложения (NCSA) и те бяха в процес на разработване на Mosaic, първия достъпен в търговската мрежа интернет браузър, и CAVE, среда за виртуална реалност .
„Наистина беше като център на вселената да бъдеш в института Бекман през това време“, каза той.
Wriggers беше един от първите изследователи, приложили виртуална реалност за 3D биологични структури. Това беше иновативно изследване за някой, чийто първи опит с компютър е бил на 21 години.
Неговата дисертация се фокусира върху първата симулация на новооткрити моторни протеини. Всичко беше базирано на приложение - други хора написаха софтуера - нещо, което Wriggers в крайна сметка също ще направи.
Wriggers разработи Situs като постдокторант в Калифорнийския университет в Сан Диего и след това като асистент в изследователския институт Scripps в същия кампус.
Намиране на дом в ODU
Когато беше на 32 години, той получи грант от 1,2 милиона долара от Националния институт по здравеопазване. Финансирането гарантира, че работата на Wriggers ще продължи - от Калифорния до Центъра за здравни науки на Тексаския университет в Хюстън, Медицинския колеж Weill на университета Корнел и сега в ODU. Безвъзмездната помощ се подновява непрекъснато от 2001 г. насам.
„Работата на Wriggers е модел на качеството на научните изследвания, които преплитат инженерството и медицината тук в университета Old Dominion и в Инженерния колеж“, каза Хан Ифтехаруддин, временен декан на Колежа по инженерство и технологии Batten. „Ние ценим неговия принос като изследовател, професор и приятел.“
Wriggers напусна академията за няколко години, за да участва в разработването на суперкомпютъра Anton в D.E. Shaw Research в Ню Йорк. Частно финансираният екип постигна първата симулация на молекулярна динамика с дължина милисекунда през 2010 г., което беше голям пробив в биомолекулярното моделиране.
По-късно, когато търсеше университет, за да поднови собствения си финансиран от NIH проект и лаборатория, biomachina.org, животът го доведе до ODU.
„Когато получих това предложение, си помислих: „Уау, те наистина вярват в мен“, каза той. „Наистина съм супер благодарен на ODU, че ми позволи да продължа моите независими изследвания.“
Wriggers също приветства мултидисциплинарните възможности в ODU - включително възможността да работи с ODU Motorsports.
„Карах мотоциклет. Летях на планери“, каза той. „Харесвах всичко, което се движеше.“
„Като дойдох тук и видях, че в тази сграда има действаща лаборатория за моторни спортове“, каза той, „бях наистина очарован от това.“
Като съветник Wriggers работи със студентите за инсталиране на сензори на колите и измерване на параметрите и динамиката на автомобила. „Използвахме това, за да подобрим времето за обиколка и да разберем по-добре работата на превозните средства“, каза той.
За следващия проект на Wriggers небето е границата.
„Надявам се да намеря време да се върна към аерокосмически или оптичен астрономически проект, където мога да приложа нашите изчислителни инструменти“, каза той. „Мисля, че това би било наистина вълнуващо.
„Едно от големите предимства на ODU е, че тук няма ограничения по отношение на това, което мога да правя.“
Далеч от кампуса
Wriggers живее в Chic's Beach във Вирджиния Бийч със съпругата си Хилари и двама сина. Семейството свири на различни инструменти. В свободното му време може да откриете Wriggers и синовете му да изпълняват пред открити микрофони и в местната верига за блус джем на места като Froggies или Jerry's Indian River.
Свързани новинарски истории
В&A: Холи Гаф споделя митове и съвети за кърлежите
Професор в катедрата по биологични науки в ODU, Гаф предложи представа как да останете в безопасност, да диагностицирате болести, пренасяни от кърлежи, и въздействието, което изменението на климата оказва върху популациите от кърлежи. (Повече ▼)
Изследванията определят 50-годишната кариера на Уейн Тали в ODU
Професорът от Strome College of Business беше сред признатите на обяда за признаване на преподаватели и административни услуги. (Още)
ODU отдава признание на изключителни преподаватели, администратори на вечеря за награждаване
Питър Шулман, който беше обявен за изтъкнат учен, и Хелън Кромптън, която спечели наградата A. Rufus Tonelson, бяха сред отличените. (Още)
