Клетка в Blender

С помощью Blender’а я смоделировала схематичную животную клетку. Результат рендера:

Изначально я решила сделать только митохондрию. С моделированием внутренней мембраны возникли проблемы, очевидного для меня способа сделать ровные складки не было. Решение я нашла на YouTube: складки можно сделать из кривой Безье.

Нужно добавить на сцену кривую Безье и удалить ее вершины. Затем с помощью инструмента в Edit Mode, позволяющего рисовать от руки, нарисовать кривую так, чтобы она начиналась и заканчивалась на нуле одной из осей и имела форму половины складок внутренней мембраны. Получается примерно так:

Получившуюся кривую можно немного подредактировать, чтобы у нее не было слишком острых углов, и чтобы она выглядела так, как нам нужно.

Следующий шаг – добавление модификатора “Screw”. В параметрах устанавливаем угол в -180 градусов и ось Y:

Далее конвертируем объект в mesh и добавляем модификатор “Solidify”, выставляем нужную толщину:

Теперь получившуюся мембрану можно согнуть. Для этого добавляем на сцену Plain Axes, перемещаем их в центр нашего объекта и поворачиваем на 90 градусов по оси X (в моем случае). После этого добавляем к мембране модификатор “SimpleDeform”, в параметрах в качестве “Origin” ставим Plain Axes, выбираем “Bend”, ось Y и выставляем нужные градусы:

Теперь форму мембраны можно вручную подредактировать в Edit Mode.

Остальные части митохондрии делаются несложно. Итоговый результат:

После того, как я сделала митохондрию, я решила смоделировать целую клетку. Плазматическую мембрану, ядро и вакуоли я сделала просто из сфер, клеточный центр собрала из цилиндров. Сложности возникли с добавлением объема к ЭПР и аппарату Гольджи, хороший способ сделать это я тоже нашла на YouTube.

Я делала две соединенные между собой цистерны ЭПР, которые потом дуплицировала, в примере же буду использовать одну цистерну. Цистерну делаем из куба и применяем к нему модификацию “Bevel”:

Также нужно добавить большое количество Loop Cut’ов:

Добавляем на сцену Metaball, немного уменьшаем его и ставим разрешение 0.1. Добавляем систему частиц в ЭПР, в параметрах выбираем “Hair”, в окошко “Number” ставим число вершин нашего объекта. Выбираем “Render As Object” и в качестве “Instance Object” ставим Metaball:

Покрытие получилось неполным, так что я увеличила размер Metaball и увеличила количество частиц:

Конвертируем Metaball в Mesh, его теперь можно убрать через Edit Mode. Переходим в Sculpting и с помощью инструмента “Smooth” выравниваем поверхность со всех сторон:

Изначальную форму, на которую добавляли объем, можно убрать.

Получившуюся цистерну можно изогнуть. Для этого добавляем Lattice с большим разрешением (у меня 50 на 50) и применяем к ней модификатор “SimpleDeform” с параметром “Bend” по оси Z и большим углом (у меня 110 градусов). Далее добавляем модификатор “Lattice” к ЭПР, в качестве объекта выбираем нашу Lattice. Теперь, если двигать ЭПР в пределах Lattice, он будет изгибаться:

Теперь можно дуплицировать цистерны, чтобы получить ЭПР побольше. После применения модификатора цистерны останутся в согнутом положении.

Такую методику я применяла для создания ЭПР и аппарата Гольджи.

Дальше я добавила в клетку цитоплазму – плоскости, для которых сделала текстуру воды. Конструкция для получения текстуры воды:

Внутри ядра текстура воды аналогичная, но выбран другой цвет и уменьшена прозрачность.

На поверхность цитоплазмы и части ЭПР добавила систему частиц для получения множества рибосом.

Итоговый результат с подписями органоидов:

Молекула ДНК в Blender

Я смоделировала две молекулы ДНК разной степени сложности и сделала их “рендеринг” в Blender. Первая, более простая и схематичная, создавалась с использованием Geometry Nodes, как в видео на YouTube. Geometry Nodes, в том числе, позволяют автоматизировать создание периодических структур. Получившееся изображение:

Более сложную молекулу я строила вручную, без использования Geometry Nodes. На первом этапе сделала компоненты ДНК: четыре азотистых основания, дезоксирибозу и фосфат:

Из этих частей я составила все возможные пары нуклеотидов (A-T, T-A, G-C, C-G), которые затем поставила друг над другом так, чтобы получились две нити ДНК. После этого перемещением и поворотами пар нуклеотидов выстроила спираль. Итоговый результат:

В Blender, также, можно создавать анимации, что часто оказывается полезным для визуализации в биологии. Вращение получившейся спирали ДНК:

Визуализация молекул с помощью Blender

В биологии часто возникает необходимость визуализировать какие-либо молекулы. Это можно делать, например, с помощью Blender – известного бесплатного пакета для создания 3D-изображений.


Специально для визуализации молекул существует add-on “Atomic Blender”, который позволяет импортировать в программу файлы с расширением .pdb и .xyz, которые описывают структуру молекул.
Add-on можно включить через настройки Blender (Edit -> Preferences), там он называется “Import-Export: Atomic Blender PDB/XYZ”.

Blender позволяет создавать красивые изображения молекул: можно выставлять определенное освещение, менять фон, цвета атомов, подсвечивать интересные части, проводить рендеринг с разных камер с разных сторон. Я использовала только файлы с расширением .pdb, которые брала с сайта RCSB PDB (Protein Data Bank). Если в файле указаны все атомы молекулы, то в Blender мы увидим их в виде шаров разных цветов, которые могут быть соединены связями. В примере ниже для визуализации выбран белок IRP1 в аконитазной форме.

С двух сторон от белка я поставила две пересекающиеся плоскости, а над белком – плоскость, к которой применила материал, испускающий свет. Получила вот такое изображение:

На картинке ниже изображена та же молекула, но с подсвеченными атомами железа и другим фоном, который был создан с помощью волновой текстуры в node editor.

IRP регулируют экспрессию белков, участвующих в метаболизме железа, путем связывания со специфическими некодирующими последовательностями мРНК, известных как железо-чувствительные элементы (IRE). В условиях избытка железа IRP1 связывает железосерный кластер [4Fe-4S] и действует как цитозольная аконитаза. Регуляция баланса между двумя формами этого белка сложна и зависит не только от доступности железа.