13 de maio de 2022
Willy Wriggers, o Frank Batten Chair of Mechanical Aerospace Engineering and Bioengineering, desenvolve técnicas de modelagem de computador 3D para ajudar os cientistas a refinar e reconstruir imagens de microscopia eletrônica.Por Sherry DiBari
Quando jovem, Willy Wriggers era fascinado por instrumentos ópticos.
Os presentes de infância de um microscópio e um telescópio levaram a um amor pela ciência, especialmente astronomia e biologia.
"Comecei a estudar a água em poças de terra do lado de fora e me interessei por bactérias e também por observar as estrelas", disse ele. "Aprendi todas as constelações estelares quando tinha 8 ou 9 anos."
No ensino médio, Wriggers era ativo no clube de astronomia de sua escola, editava a revista do clube, "Rosa Ursina", e conduzia passeios e apresentações sobre o cosmos.
"Essa experiência se tornou uma espécie de modelo para o que fiz mais tarde como cientista e educador", disse ele.
Hoje, seu foco é a vida em nível molecular.
Wriggers, o Frank Batten Chair de Engenharia Mecânica Aeroespacial e Bioengenharia na Old Dominion University, desenvolve técnicas de modelagem de computador 3D para ajudar os cientistas a refinar e reconstruir imagens de microscopia eletrônica (EM).
Wriggers colabora com Jing He, professor do Departamento de Ciência da Computação da ODU, desde 2015. Sua contribuição é a aplicação e compreensão do aprendizado profundo no ambiente computacional.
O trabalho "ajudará os microscopistas eletrônicos biológicos a superar uma ampla gama de níveis de resolução, do nível atômico ao nível do organismo vivo", disse Wriggers.
Essas imagens podem ajudar os cientistas a explicar as estruturas biomoleculares - montagens complexas feitas de ácidos nucléicos e proteínas.
"Tentar entender essas estruturas no detalhe atômico ajuda você a entender a função da máquina biológica - você entende como o músculo funciona no nível atômico, você sabe como o metabolismo do ATP (trifosfato de adenosina, o "combustível" de todos seres vivos) impulsiona processos celulares complexos", explicou Wriggers em uma entrevista recente. "Como isso é realmente feito com proteínas é realmente fascinante."
Wriggers e He são especialistas em modelar filamentos de actina - um material fibroso semelhante a um gel dentro de uma célula ou dentro de um músculo, responsável pelos movimentos celulares e pela contração muscular.
"Somos um dos apenas cinco ou seis pesquisadores no mundo que fazem esse tipo de trabalho", disse ele.
A microscopia eletrônica utiliza um feixe de elétrons acelerados para visualizar estruturas moleculares - algo que não é possível com um microscópio de luz tradicional.
No entanto, para não destruir a amostra, a dose de elétrons deve ser muito baixa. Isso resulta em uma imagem de baixa resolução sem detalhes completos.
Antes da modelagem por computador, os cientistas sobrepunham manualmente um modelo da estrutura completa na imagem EM - um processo demorado e não reproduzível.
Vinte e cinco anos atrás - quando os avanços na computação estavam apenas começando - Wriggers viu uma solução em potencial. "Pensei comigo mesmo: 'Por que ninguém está tentando usar computadores para fazer isso automaticamente?'"
Em resposta, Wriggers desenvolveu o Situs, um pacote de software que pode encaixar as imagens EM de baixa resolução em modelos 3D gerados por computador. O programa ajudou a preencher os artefatos ausentes causados por deficiências nos microscópios eletrônicos e a refinar o que Wriggers chama de imagens "ruidosas".
"Isso me colocou no mapa há quase 25 anos e basicamente impulsionou toda a minha carreira acadêmica", disse ele.
Uma introdução aos computadores
Wriggers' cresceu em Ingolstadt, Alemanha, sede da montadora Audi.
Seu pai e seu avô trabalhavam lá, e Wriggers, como muitos adolescentes, trabalhavam lá no verão.
Essa experiência o levaria a um amor eterno por carros e máquinas.
Na faculdade, Wriggers gravitou em torno da física e tecnologias de computador emergentes.
"As pessoas estavam apenas começando com computadores, e percebi que os computadores poderiam desempenhar um grande papel na física", disse ele.
Em 1992, ele deixou a Alemanha para um programa de intercâmbio de um ano na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. "A razão pela qual ainda estou aqui é porque não fiz intercâmbio de volta", disse ele com uma risada.
Para Wriggers, foi um momento emocionante estar em Illinois. O departamento de física ficava a apenas um andar do braço de pesquisa e desenvolvimento do National Center for Supercomputing Applications (NCSA) e eles estavam desenvolvendo o Mosaic, o primeiro navegador de Internet disponível comercialmente, e o CAVE, um ambiente de realidade virtual. .
"Era realmente como o centro do universo estar no Instituto Beckman naquela época", disse ele.
Wriggers foi um dos primeiros pesquisadores a implementar realidade virtual para estruturas biológicas 3D. Foi uma pesquisa inovadora para alguém cuja primeira experiência com um computador foi aos 21 anos.
Sua dissertação focou na primeira simulação de proteínas motoras recém-descobertas. Foi tudo baseado em aplicativos - outras pessoas escreveram o software - algo que os Wriggers acabariam fazendo também.
Wriggers desenvolveu o Situs como aluno de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, em San Diego, e depois como professor assistente no The Scripps Research Institute no mesmo campus.
Encontrar um lar na ODU
Aos 32 anos, ele recebeu uma doação de US$ 1,2 milhão do National Institute of Health. O financiamento garantiu que o trabalho de Wriggers continuasse - da Califórnia ao Centro de Ciências da Saúde da Universidade do Texas em Houston, ao Weill Medical College da Cornell University e agora na ODU. A concessão foi renovada continuamente desde 2001.
"O trabalho de Wriggers é um modelo da qualidade da pesquisa que une engenharia e medicina aqui na Old Dominion University e no College of Engineering", disse Khan Iftekharuddin, reitor interino do Batten College of Engineering and Technology. "Valorizamos suas contribuições como pesquisador, professor e amigo."
Wriggers deixou a academia por alguns anos para participar do desenvolvimento do supercomputador Anton na D.E. Shaw Research na cidade de Nova York. A equipe com financiamento privado alcançou a primeira simulação de dinâmica molecular de milissegundos em 2010, que foi um grande avanço na modelagem biomolecular.
Mais tarde, quando ele estava procurando uma universidade para renovar seu próprio projeto e laboratório financiado pelo NIH, biomachina.org, a vida o levou à ODU.
"Quando recebi esta oferta, pensei: 'Uau, eles realmente acreditam em mim'", disse ele. "Estou muito grato à ODU por me permitir continuar minha pesquisa independente."
Wriggers também deu as boas-vindas às oportunidades multidisciplinares na ODU - incluindo a oportunidade de trabalhar com a ODU Motorsports.
"Eu costumava andar de moto. Eu costumava pilotar planadores", disse ele. "Gostei de tudo que mexeu."
"Chegar aqui e ver que havia um laboratório de automobilismo ativo neste prédio", disse ele, "fiquei realmente fascinado por isso."
Como consultor, Wriggers trabalhou com os alunos para instalar sensores nos carros e medir os parâmetros e a dinâmica do veículo. "Usamos isso para melhorar os tempos de volta e entender melhor o desempenho dos veículos", disse ele.
Para o próximo projeto de Wriggers, o céu é o limite.
"Espero encontrar tempo para voltar a um projeto aeroespacial ou de astronomia óptica onde possa aplicar nossas ferramentas computacionais", disse ele. "Eu acho que seria realmente emocionante.
"Um dos grandes benefícios do ODU é que não há limites aqui em termos do que posso fazer."
Longe do campus
Wriggers mora em Chic's Beach, em Virginia Beach, com sua esposa Hilary e dois filhos. A família toca vários instrumentos. Em seu tempo livre, você pode encontrar Wriggers e seus filhos se apresentando em microfones abertos e no circuito local de blues em locais como Froggies ou Jerry's Indian River.
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