13 de mayo de 2022
Willy Wriggers, presidente de Frank Batten de Ingeniería Mecánica Aeroespacial y Bioingeniería, desarrolla técnicas de modelado por computadora en 3D para ayudar a los científicos a refinar y reconstruir imágenes de microscopía electrónica.Por Sherry DiBari
De joven, Willy Wriggers estaba fascinado por los instrumentos ópticos.
Los regalos de la infancia de un microscopio y un telescopio llevaron a un amor por la ciencia, especialmente la astronomía y la biología.
"Empecé a estudiar el agua en charcos de tierra afuera y estaba interesado en las bacterias y también en observar las estrellas", dijo. "Aprendí todas las constelaciones de estrellas cuando tenía 8 o 9 años".
En la escuela secundaria, Wriggers participó activamente en el club de astronomía de su escuela secundaria, editó la revista del club, "Rosa Ursina", y dirigió giras y presentaciones sobre el cosmos.
"Esa experiencia se convirtió en una especie de modelo para lo que hice más tarde como científico y educador", dijo.
Hoy, su atención se centra en la vida a nivel molecular.
Wriggers, la Cátedra Frank Batten de Ingeniería Mecánica Aeroespacial y Bioingeniería en la Universidad Old Dominion, desarrolla técnicas de modelado por computadora en 3D para ayudar a los científicos a refinar y reconstruir imágenes de microscopía electrónica (EM).
Wriggers ha colaborado con Jing He, profesor del Departamento de Ciencias de la Computación de la ODU, desde 2015. Su contribución es la aplicación y la comprensión del aprendizaje profundo en el entorno computacional.
El trabajo "ayudará a los microscopistas electrónicos biológicos a unir una amplia gama de niveles de resolución, desde el nivel atómico hasta el nivel de los organismos vivos", dijo Wriggers.
Esas imágenes pueden ayudar a los científicos a explicar las estructuras biomoleculares: ensamblajes complejos formados por ácidos nucleicos y proteínas.
"Tratar de comprender estas estructuras al detalle atómico lo ayuda a comprender la función de la máquina biológica: comprende cómo funciona el músculo a nivel atómico, sabe cómo funciona el metabolismo del ATP (trifosfato de adenosina, el "combustible" de todos seres vivos) impulsa procesos celulares complejos", explicó Wriggers en una entrevista reciente. "Cómo se hace eso realmente con las proteínas es realmente fascinante".
Wriggers y He se especializan en modelar filamentos de actina, un material fibroso similar a un gel dentro de una célula o dentro de un músculo que es responsable de los movimientos celulares y la contracción muscular.
"Somos uno de los cinco o seis investigadores en el mundo que realizan este tipo de trabajo", dijo.
La microscopía electrónica utiliza un haz de electrones acelerados para ver estructuras moleculares, algo que no es posible con un microscopio óptico tradicional.
Sin embargo, para no destruir la muestra, la dosis de electrones debe ser muy baja. Esto da como resultado una imagen de baja resolución que carece de detalles completos.
Antes del modelado por computadora, los científicos superponían a mano un modelo de la estructura completa en la imagen EM, un proceso que consumía mucho tiempo y no era reproducible.
Hace veinticinco años, cuando los avances en la informática apenas comenzaban, Wriggers vio una posible solución. "Me dije a mí mismo: '¿Por qué nadie intenta usar computadoras para hacer esto automáticamente?'".
En respuesta, Wriggers desarrolló Situs, un paquete de software que podía acoplar las imágenes EM de baja resolución a modelos 3D generados por computadora. El programa ayudó a completar los artefactos faltantes causados por deficiencias en los microscopios electrónicos y a refinar lo que Wriggers llama imágenes "ruidosas".
"Me puso en el mapa hace casi 25 años y esencialmente impulsó toda mi carrera académica", dijo.
Introducción a las computadoras
Wriggers creció en Ingolstadt, Alemania, sede de la empresa de automóviles Audi.
Su padre y su abuelo trabajaron allí, y los Wriggers, como muchos adolescentes, trabajaban allí durante los veranos.
Esa experiencia lo llevaría a un amor de por vida por los automóviles y la maquinaria.
En la universidad, Wriggers gravitó hacia la física y las tecnologías informáticas emergentes.
"La gente recién comenzaba con las computadoras y me di cuenta de que las computadoras podían desempeñar un papel importante en la física", dijo.
En 1992, se fue de Alemania para un programa de intercambio de un año en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "La razón por la que sigo aquí es porque no volví a intercambiar", dijo riendo.
Para los Wriggers, fue un momento emocionante estar en Illinois. El departamento de física estaba solo un piso por debajo del brazo de investigación y desarrollo del Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación (NCSA) y estaban en proceso de desarrollar Mosaic, el primer navegador de Internet disponible comercialmente, y CAVE, un entorno de realidad virtual. .
"Fue realmente como el centro del universo estar en el Instituto Beckman durante ese tiempo", dijo.
Wriggers fue uno de los primeros investigadores en implementar la realidad virtual para estructuras biológicas en 3D. Fue una investigación innovadora para alguien cuya primera experiencia con una computadora fue a los 21 años.
Su disertación se centró en la primera simulación de proteínas motoras recién descubiertas. Todo se basaba en la aplicación: otras personas escribieron el software, algo que Wriggers eventualmente haría también.
Wriggers desarrolló Situs como estudiante posdoctoral en la Universidad de California, San Diego y luego como profesor asistente en el Instituto de Investigación Scripps en el mismo campus.
Encontrar un hogar en ODU
Cuando tenía 32 años, recibió una subvención del Instituto Nacional de Salud de $1,2 millones. La financiación ha asegurado que el trabajo de Wriggers continúe, desde California hasta el Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston, el Colegio Médico Weill de la Universidad de Cornell y ahora en la ODU. La subvención se ha renovado continuamente desde 2001.
"El trabajo de Wriggers es un modelo de la calidad de la investigación que entreteje la ingeniería y la medicina aquí en la Universidad Old Dominion y en la Facultad de Ingeniería", dijo Khan Iftekharuddin, decano interino de la Facultad de Ingeniería y Tecnología de Batten. “Valoramos sus aportes como investigador, profesor y amigo”.
Wriggers dejó la academia durante unos años para participar en el desarrollo de la supercomputadora Anton en D.E. Shaw Research en la ciudad de Nueva York. El equipo financiado con fondos privados logró la primera simulación de dinámica molecular de milisegundos de duración en 2010, lo que supuso un gran avance en el modelado biomolecular.
Más tarde, cuando estaba buscando una universidad para renovar su propio proyecto y laboratorio financiado por NIH, biomachina.org, la vida lo llevó a ODU.
"Cuando recibí esta oferta, pensé: 'Vaya, realmente creen en mí'", dijo. "Estoy muy agradecido con ODU por permitirme continuar con mi investigación independiente".
Wriggers también dio la bienvenida a las oportunidades multidisciplinarias en ODU, incluida la oportunidad de trabajar con ODU Motorsports.
"Solía andar en motocicleta. Solía volar aviones planeadores", dijo. "Me gustaba todo lo que se movía".
"Llegar aquí y ver que había un laboratorio de deportes de motor activo en este edificio", dijo, "estaba realmente fascinado".
Como asesor, Wriggers trabajó con los estudiantes para instalar sensores en los automóviles y medir los parámetros y la dinámica del vehículo. "Usamos eso para mejorar los tiempos de vuelta y comprender mejor el rendimiento de los vehículos", dijo.
Para el próximo proyecto de Wriggers, el cielo es el límite.
"Espero encontrar tiempo para volver a un proyecto de astronomía aeroespacial u óptica en el que pueda aplicar nuestras herramientas informáticas", dijo. "Creo que sería muy emocionante.
"Uno de los grandes beneficios de ODU es que aquí no hay límites en términos de lo que puedo hacer".
Fuera del campus
Wriggers vive en Chic's Beach en Virginia Beach con su esposa Hilary y sus dos hijos. La familia toca varios instrumentos. En su tiempo libre, puede encontrar a Wriggers y sus hijos actuando en micrófonos abiertos y en el circuito local de blues jam en lugares como Froggies o Jerry's Indian River.
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