13. května 2022
Willy Wriggers, předseda katedry mechanického leteckého inženýrství a bioinženýrství Franka Battena, vyvíjí techniky 3D počítačového modelování, které vědcům pomohou vylepšit a rekonstruovat snímky z elektronové mikroskopie.Sherry DiBari
Jako mladý muž byl Willy Wriggers fascinován optickými přístroji.
Dětské dary mikroskopu a dalekohledu vedly k lásce k vědě, zejména k astronomii a biologii.
"Začal jsem studovat vodu v kalužích špíny venku a zajímaly mě bakterie a také pohled na hvězdy," řekl. "Všechna hvězdná souhvězdí jsem se naučil, když mi bylo 8 nebo 9."
Na střední škole byl Wriggers aktivní v astronomickém klubu své střední školy, redigoval klubový časopis „Rosa Ursina“ a vedl prohlídky a prezentace o vesmíru.
"Tato zkušenost se stala jakýmsi plánem toho, co jsem později dělal jako vědec a pedagog," řekl.
Dnes se zaměřuje na život na molekulární úrovni.
Wriggers, vedoucí katedry mechanického leteckého inženýrství a bioinženýrství Franka Battena na Old Dominion University, vyvíjí techniky 3D počítačového modelování, které vědcům pomohou vylepšit a rekonstruovat snímky z elektronové mikroskopie (EM).
Wriggers spolupracuje s Jingem He, profesorem na katedře informatiky ODU, od roku 2015. Jeho přínosem je aplikace a pochopení hlubokého učení ve výpočetním prostředí.
Práce "pomůže biologickým elektronovým mikroskopům překlenout širokou škálu úrovní rozlišení od atomové po úroveň živých organismů," řekl Wriggers.
Tyto snímky mohou vědcům pomoci vysvětlit biomolekulární struktury – komplexní sestavy tvořené nukleovými kyselinami a proteiny.
„Snaha porozumět těmto strukturám v atomárním detailu vám pomůže pochopit funkci biologického stroje – pochopíte, jak svaly fungují na atomové úrovni, víte, jak probíhá metabolismus ATP (adenosintrifosfát, „palivo“ všech živé věci) řídí složité buněčné procesy,“ vysvětlil Wriggers v nedávném rozhovoru. "Jak se to vlastně dělá s proteiny, je opravdu fascinující."
Wriggers a He se specializují na modelování aktinových vláken – vláknitého gelovitého materiálu uvnitř buňky nebo uvnitř svalu, který je zodpovědný za pohyby buněk a svalovou kontrakci.
„Jsme jedním z pouhých pěti nebo šesti výzkumníků na světě, kteří dělají tento druh práce,“ řekl.
Elektronová mikroskopie využívá svazek urychlených elektronů k zobrazení molekulárních struktur – něco, co tradiční světelný mikroskop neumožňuje.
Aby se však vzorek nezničil, musí být dávka elektronů velmi nízká. Výsledkem je obraz s nízkým rozlišením bez úplných detailů.
Před počítačovým modelováním by vědci ručně překrývali model kompletní struktury na EM obraz – proces, který byl časově náročný a nebyl reprodukovatelný.
Před 25 lety – když pokroky ve výpočetní technice teprve začínaly – viděli Wriggers potenciální řešení. "Říkal jsem si: 'Proč se nikdo nepokouší používat počítače, aby to udělal automaticky?"
V reakci na to společnost Wriggers vyvinula Situs, softwarový balíček, který dokázal ukotvit EM snímky s nízkým rozlišením na počítačem generované 3D modely. Program pomohl doplnit chybějící artefakty způsobené nedostatky v elektronových mikroskopech a vylepšit to, co Wriggers nazývá „hlučným“ zobrazováním.
"Před téměř 25 lety mě to dostalo na mapu a v podstatě to ovlivnilo celou moji akademickou kariéru," řekl.
Úvod do počítačů
Wriggers' vyrostl v Ingolstadtu v Německu, kde sídlí automobilka Audi.
Pracovali tam jeho otec i dědeček a Wriggers, stejně jako mnoho teenagerů, tam pracoval v létě.
Tato zkušenost by vedla k celoživotní lásce k autům a strojům.
Na vysoké škole tíhnul Wriggers k fyzice a vznikajícím počítačovým technologiím.
"Lidé s počítači teprve začínali a já jsem si uvědomil, že počítače mohou hrát ve fyzice velkou roli," řekl.
V roce 1992 odešel z Německa na roční výměnný program na University of Illinois v Urbana-Champaign. "Důvod, proč jsem stále tady, je ten, že jsem nevyměnil zpět," řekl se smíchem.
Pro Wriggers to byla vzrušující doba být v Illinois. Fyzikální oddělení bylo jen jedno patro níže od výzkumné a vývojové pobočky Národního centra pro superpočítačové aplikace (NCSA) a právě vyvíjelo Mosaic, první komerčně dostupný internetový prohlížeč, a CAVE, prostředí virtuální reality. .
"Bylo to opravdu jako střed vesmíru být v té době v Beckmanově institutu," řekl.
Wriggers byl jedním z prvních výzkumníků, kteří implementovali virtuální realitu pro 3D biologické struktury. Byl to inovativní výzkum pro někoho, jehož první zkušenost s počítačem byla ve věku 21 let.
Jeho disertační práce se zaměřila na první simulaci nově objevených motorických proteinů. Všechno to bylo založeno na aplikaci – software napsali jiní lidé – něco, co by Wriggers nakonec udělal také.
Wriggers vyvinul Situs jako postdoktorand na University of California v San Diegu a poté jako odborný asistent na The Scripps Research Institute ve stejném kampusu.
Hledání domova na ODU
Když mu bylo 32, obdržel grant National Institute of Health ve výši 1,2 milionu dolarů. Financování zajistilo, že Wriggersova práce bude pokračovat – od Kalifornie po University of Texas Health Science Center v Houstonu, Weill Medical College of Cornell University a nyní v ODU. Grant je nepřetržitě obnovován od roku 2001.
"Wriggersova práce je modelem kvality výzkumu, který propojuje inženýrství a medicínu zde na Old Dominion University a na College of Engineering," řekl Khan Iftekharuddin, prozatímní děkan Batten College of Engineering and Technology. "Vážíme si jeho příspěvků jako výzkumníka, profesora a přítele."
Wriggers opustil akademickou sféru na několik let, aby se podílel na vývoji superpočítače Anton ve společnosti D.E. Shaw Research v New Yorku. Soukromě financovaný tým dosáhl první milisekundové simulace molekulární dynamiky v roce 2010, což byl velký průlom v biomolekulárním modelování.
Později, když hledal univerzitu, aby obnovil svůj vlastní projekt a laboratoř biomachina.org financovaný NIH, život ho přivedl k ODU.
"Když jsem dostal tuto nabídku, pomyslel jsem si: 'Wow, oni ve mě opravdu věří'," řekl. "Jsem opravdu velmi vděčný ODU za to, že mi umožnil pokračovat v mém nezávislém výzkumu."
Wriggers také uvítal multidisciplinární příležitosti na ODU – včetně možnosti spolupracovat s ODU Motorsports.
"Jezdil jsem na motorce. Říkal jsem na kluzácích," řekl. "Líbilo se mi všechno, co se hýbalo."
"Přišel jsem sem a viděl, že v této budově je aktivní motoristická laboratoř," řekl, "to mě opravdu fascinovalo."
Wriggers jako poradce spolupracoval se studenty na instalaci senzorů na auta a měření parametrů a dynamiky vozidla. "Použili jsme to ke zlepšení časů na kolo a lepšímu pochopení výkonu vozidel," řekl.
Pro další projekt Wriggers je limitem nebe.
"Doufám, že si najdu čas vrátit se k projektu letecké nebo optické astronomie, kde budu moci použít naše výpočetní nástroje," řekl. „Myslím, že by to bylo opravdu vzrušující.
"Jednou z velkých výhod ODU je, že zde neexistují žádné limity, pokud jde o to, co mohu dělat."
Pryč od kampusu
Wriggers žije v Chic's Beach ve Virginia Beach se svou ženou Hilary a dvěma syny. Rodina hraje na různé nástroje. Ve volném čase můžete Wriggerse a jeho syny najít vystupovat na otevřených mikrofonech a na místním bluesovém jamovém okruhu v místech jako Froggies nebo Jerry's Indian River.
Související zpravodajské články
Otázky a odpovědi: Holly Gaff sdílí mýty a tipy z okolí klíšťat
Profesor na katedře biologických věd na ODU, Gaff, nabídl pohled na to, jak zůstat v bezpečí, diagnostikovat nemoci přenášené klíšťaty a dopad změny klimatu na populace klíšťat. (Více)
Výzkum definuje 50letou kariéru Wayna Talleyho na ODU
Profesor Strome College of Business byl jedním z těch, kteří byli uznávaní na obědě pro uznání fakulty a administrativních služeb.(Více)
ODU oceňuje vynikající fakultu, administrátory na večeři udílení cen
Mezi oceněnými byli Peter Schulman, který byl jmenován Eminentem Scholarem, a Helen Crompton, která vyhrála cenu A. Rufuse Tonelsona.(Více)
