Nový článek nedávno publikovaný v Journal of Molecular Biology ukazuje, jak pokroky v molekulární biologii a informatice na celém světě mohou brzy vést k trojrozměrnému počítačovému modelu buňky, základní jednotky života.
Podle autorů by vývoj mohl být předzvěstí nové éry biologického výzkumu, lékařské vědy a zdraví lidí a zvířat.
"Buňky jsou základem života," řekl Ilya Vakser, profesor výpočetní biologie a molekulárních biověd a ředitel Centra pro výpočetní biologii na University of Kansas, jeden ze spoluautorů článku."V poslední době došlo k obrovskému pokroku v biomolekulárním modelování a pokroku v chápání života na molekulární úrovni. Nyní se pozornost přesouvá na větší systémy - až na úroveň celé buňky. Snažíme se zachytit tento vznikající milník vývoje ve výpočetní strukturní biologii, což je tektonický posun od modelování jednotlivých biomolekulárních procesů k modelování celé buňky."
Studie s názvem „Výzvy ve strukturálních přístupech k modelování buněk“zkoumá řadu metodologií, které se připojují k pochodu směrem k celé simulované 3D buňce, včetně studií biologických sítí, automatizované konstrukce 3D buňky modely s experimentálními daty, modelování proteinových komplexů, predikce proteinových interakcí, termodynamické a kinetické efekty modelování shlukování buněčné membrány a modelování chromozomů.
„Mnoho technik, které jsou k tomu zapotřebí, je již k dispozici – jde jen o to, dát je všechny dohromady do koherentní strategie k řešení tohoto problému,“řekl Vakser."Je to těžké, protože právě začínáme chápat hlavní mechanismy života na molekulární úrovni - vypadá to extrémně komplikovaně, ale proveditelné, takže postupujeme velmi rychle - nejen v naší schopnosti porozumět tomu, jak to funguje na molekulární úrovni." ale vymodelovat to."
I když je většina těchto technik vyvíjena samostatně, autoři tvrdí, že společně představují posun vpřed, který by mohl poskytnout lepší základní „pochopení života na molekulární úrovni a vést k důležitým aplikacím v biologii a medicíně."
"Existují dvě hlavní výhody," řekl Vakser. "Jedním z nich je naše základní pochopení toho, jak buňka funguje. Nemůžete tvrdit, že rozumíte nějakému jevu, pokud jej neumíte modelovat. Takže toto nám dává vhled do základních základů života v měřítku celé buňky. V praxi Na straně druhé nám to poskytne lepší pochopení základních mechanismů nemocí a také schopnost porozumět mechanismům účinku léků, což bude ohromným impulsem pro naše úsilí při navrhování léků. Pomůže nám vytvořit lepší kandidáty na léky, což potenciálně zkrátí cestu k novým lékům."
Jako příklad výzkumník z KU uvedl, že fungující 3-D molekulární buněčný model by mohl pomoci nahradit nebo rozšířit fáze časově náročných a drahých protokolů vývoje léků, které jsou dnes potřebné k uvedení lékových terapií z vědeckého pracoviště na trh.
Vakser řekl, že aspekty výzkumu, které by mohly vést k počítačově simulované buňce, jsou na různých úrovních zdokonalení.
"Udělali jsme pokrok v naší schopnosti modelovat proteinové interakce," řekl. "Výzvou je dát to do kontextu buňky, která je hustě osídleným prostředím různých proteinů a dalších biomolekulárních struktur. Přechod od zředěného roztoku k realistickému prostředí, se kterým se v buňce setkáváme, je pravděpodobně největší výzvou, kterou před námi stojí." čelí hned."
Zatímco modelování složitějších lidských buněk může být brzy na pořadu dne, Vakser řekl, že v současné době se výzkumné úsilí zaměří na modelování jednoduchých jednobuněčných organismů.
"Usilujeme o co nejjednodušší buňku. Existují malé prokaryotické buňky, které zahrnují minimalistickou sadu prvků, které jsou mnohem jednodušší než větší a komplikovanější buňky u savců, včetně lidí," řekl. "Nejdřív se snažíme prořezat zuby na nejmenších možných buněčných organismech, pak budeme extrapolovat do složitějších buněk."
