13 mai 2022
Willy Wriggers, titulaire de la chaire Frank Batten de génie mécanique aérospatial et de bio-ingénierie, développe des techniques de modélisation informatique 3D pour aider les scientifiques à affiner et à reconstruire les images de microscopie électronique.Par Sherry DiBari
En tant que jeune homme, Willy Wriggers était fasciné par les instruments optiques.
Les cadeaux d'enfance d'un microscope et d'un télescope ont conduit à un amour de la science, en particulier de l'astronomie et de la biologie.
"J'ai commencé à étudier l'eau dans les flaques de terre à l'extérieur et je m'intéressais aux bactéries et aussi aux étoiles", a-t-il déclaré. "J'ai appris toutes les constellations d'étoiles quand j'avais 8 ou 9 ans."
Au lycée, Wriggers était actif dans le club d'astronomie de son lycée, a édité le magazine du club, "Rosa Ursina", et a dirigé des visites et des présentations sur le cosmos.
"Cette expérience est devenue une sorte de modèle pour ce que j'ai fait plus tard en tant que scientifique et éducateur", a-t-il déclaré.
Aujourd'hui, il se concentre sur la vie au niveau moléculaire.
Wriggers, titulaire de la chaire Frank Batten d'ingénierie mécanique aérospatiale et de bio-ingénierie à l'université Old Dominion, développe des techniques de modélisation informatique 3D pour aider les scientifiques à affiner et à reconstruire les images de microscopie électronique (EM).
Wriggers collabore avec Jing He, professeur au département d'informatique de l'ODU, depuis 2015. Sa contribution est l'application et la compréhension de l'apprentissage en profondeur dans l'environnement informatique.
Ce travail "aidera les microscopistes électroniques biologiques à combler un large éventail de niveaux de résolution, du niveau atomique au niveau de l'organisme vivant", a déclaré Wriggers.
Ces images peuvent aider les scientifiques à expliquer les structures biomoléculaires - des assemblages complexes constitués d'acides nucléiques et de protéines.
"Essayer de comprendre ces structures au niveau atomique vous aide à comprendre le fonctionnement de la machine biologique - vous comprenez comment le muscle fonctionne au niveau atomique, vous savez comment le métabolisme de l'ATP (adénosine triphosphate, le "carburant" de tous êtres vivants) entraîne des processus cellulaires complexes », a expliqué Wriggers dans une récente interview. "Comment cela se fait réellement avec des protéines est vraiment fascinant."
Wriggers et He se spécialisent dans la modélisation des filaments d'actine - un matériau fibreux semblable à un gel à l'intérieur d'une cellule ou d'un muscle qui est responsable des mouvements cellulaires et de la contraction musculaire.
"Nous sommes l'un des cinq ou six chercheurs au monde à effectuer ce type de travail", a-t-il déclaré.
La microscopie électronique utilise un faisceau d'électrons accélérés pour visualiser les structures moléculaires, ce qui n'est pas possible avec un microscope optique traditionnel.
Cependant, afin de ne pas détruire l'échantillon, la dose d'électrons doit être très faible. Il en résulte une image à basse résolution manquant de détails complets.
Avant la modélisation informatique, les scientifiques superposaient à la main un modèle de la structure complète sur l'image EM - un processus qui prenait du temps et n'était pas reproductible.
Il y a vingt-cinq ans, alors que les progrès de l'informatique ne faisaient que commencer, Wriggers a vu une solution potentielle. "Je me suis dit : 'Pourquoi personne n'essaie-t-il d'utiliser des ordinateurs pour faire cela automatiquement ?'"
En réponse, Wriggers a développé Situs, un progiciel capable d'ancrer les images EM basse résolution sur des modèles 3D générés par ordinateur. Le programme a aidé à combler les artefacts manquants causés par des lacunes dans les microscopes électroniques et à affiner ce que Wriggers appelle l'imagerie « bruyante ».
"Cela m'a mis sur la carte il y a près de 25 ans et a essentiellement guidé toute ma carrière universitaire", a-t-il déclaré.
Une introduction aux ordinateurs
Wriggers' a grandi à Ingolstadt, en Allemagne, siège du constructeur automobile Audi.
Son père et son grand-père y travaillaient tous les deux, et Wriggers, comme de nombreux adolescents, y travaillait l'été.
Cette expérience conduirait à un amour permanent pour les voitures et les machines.
À l'université, Wriggers s'est tourné vers la physique et les technologies informatiques émergentes.
"Les gens commençaient tout juste à utiliser les ordinateurs, et j'ai réalisé que les ordinateurs pouvaient jouer un grand rôle en physique", a-t-il déclaré.
En 1992, il a quitté l'Allemagne pour un programme d'échange d'un an à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. "La raison pour laquelle je suis toujours ici, c'est parce que je n'ai pas échangé", a-t-il déclaré en riant.
Pour Wriggers, c'était une période excitante d'être dans l'Illinois. Le département de physique n'était qu'à un étage de la branche de recherche et développement du National Center for Supercomputing Applications (NCSA) et ils étaient en train de développer Mosaic, le premier navigateur Internet disponible dans le commerce, et le CAVE, un environnement de réalité virtuelle. .
"C'était vraiment comme le centre de l'univers d'être à l'Institut Beckman à cette époque", a-t-il déclaré.
Wriggers a été l'un des premiers chercheurs à implémenter la réalité virtuelle pour les structures biologiques 3D. C'était une recherche innovante pour quelqu'un dont la première expérience avec un ordinateur remonte à 21 ans.
Sa thèse portait sur la première simulation de protéines motrices nouvellement découvertes. Tout était basé sur l'application - d'autres personnes ont écrit le logiciel - quelque chose que Wriggers finirait par faire aussi.
Wriggers a développé Situs en tant qu'étudiant postdoctoral à l'Université de Californie à San Diego, puis en tant que professeur adjoint au Scripps Research Institute sur le même campus.
Trouver une maison à ODU
Lorsqu'il avait 32 ans, il a reçu une subvention de 1,2 million de dollars de l'Institut national de la santé. Le financement a assuré la poursuite des travaux de Wriggers – de la Californie au centre des sciences de la santé de l'Université du Texas à Houston, au Weill Medical College de l'Université Cornell et maintenant à l'ODU. La subvention est renouvelée sans interruption depuis 2001.
"Le travail de Wriggers est un modèle de la qualité de la recherche qui tisse l'ingénierie et la médecine ici à l'université Old Dominion et au College of Engineering", a déclaré Khan Iftekharuddin, doyen par intérim du Batten College of Engineering and Technology. "Nous apprécions ses contributions en tant que chercheur, professeur et ami."
Wriggers a quitté le monde universitaire pendant quelques années pour participer au développement du supercalculateur Anton à D.E. Shaw Research à New York. L'équipe financée par des fonds privés a réalisé la première simulation de dynamique moléculaire d'une milliseconde en 2010, ce qui a constitué une percée majeure dans la modélisation biomoléculaire.
Plus tard, alors qu'il cherchait une université pour renouveler son propre projet et laboratoire financé par les NIH, biomachina.org, la vie l'a conduit à ODU.
"Quand j'ai reçu cette offre, je me suis dit : "Wow, ils croient vraiment en moi"", a-t-il déclaré. "Je suis vraiment très reconnaissant à ODU de m'avoir permis de poursuivre mes recherches indépendantes."
Wriggers a également apprécié les opportunités multidisciplinaires à ODU - y compris l'opportunité de travailler avec ODU Motorsports.
"Je conduisais une moto. Je pilotais des avions planeurs", a-t-il déclaré. "J'ai aimé tout ce qui bougeait."
"Venir ici et voir qu'il y avait un laboratoire de sport automobile actif dans ce bâtiment", a-t-il déclaré, "j'étais vraiment fasciné par cela."
En tant que conseiller, Wriggers a travaillé avec les étudiants pour installer des capteurs sur les voitures et mesurer les paramètres et la dynamique du véhicule. "Nous avons utilisé cela pour améliorer les temps au tour et mieux comprendre les performances des véhicules", a-t-il déclaré.
Pour le prochain projet de Wriggers, le ciel est la limite.
"J'espère trouver le temps de retourner à un projet aérospatial ou d'astronomie optique où je pourrai appliquer nos outils informatiques", a-t-il déclaré. "Je pense que ce serait vraiment excitant.
"L'un des grands avantages d'ODU est qu'il n'y a pas de limites à ce que je peux faire."
Loin du campus
Wriggers vit à Chic's Beach à Virginia Beach avec sa femme Hilary et ses deux fils. La famille joue de divers instruments. Pendant son temps libre, vous trouverez peut-être Wriggers et ses fils se produisant dans des micros ouverts et sur le circuit local de blues jam dans des lieux comme Froggies ou Jerry's Indian River.
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