Ученые Стэнфорда создали первую компьютерную модель живого организма

Группа специалистов Стэнфордского университета под руководством адъюнкт-профессора биоинженерии Маркуса Коверта (Markus Covert) построила первую компьютерную модель живого организма, свободно живущей бактерии Микоплазма гениталиум (Mycoplasma genitalium). Для модели были использованы данные более 900 научных статей, в которых описаны разные типы молекулярных взаимодействий, имеющих место в жизненном цикле бактерии.

Как отмечают эксперты, эта работа является важным шагом к применению компьютерного проектирования в биоинженерии и медицине. «Полные компьютерные модели позволят лучше понять функции отдельных клеток и будут способствовать созданию новых методов диагностики и лечения различных заболеваний», — подчеркнул Джеймс Андерсон (James M. Anderson), руководитель подразделения координации программ, планирования и стратегических инициатив Национальных институтов здравоохранения США (NIH).

На протяжении последних 20 лет проводилось множество исследований генома, но изучая отдельные гены невозможно описать многие аспекты поведения клетки — ведь это результат их взаимодействия. При этом сложно понять, как работает отдельный механизм клетки только на основании разрозненных данных — такую ясность может внести только построенная на основании массива информации компьютерная модель. Mycoplasma genitalium, паразитическая бактерия, которая живет в половых и дыхательных системах приматов, особо интересна для биологов, поскольку является организмом с одним из наиболее малых размеров генома — всего 525 генов. Несмотря на сложность работы с этой бактерией, минимальный набор генов сделал ее привлекательной для ученых, и в 2008 г. специалистами института Крейга Вентера (J. Craig Venter Institute, США) была синтезирована молекула ДНК.

В новой работе ученых Стэнфорда использован огромный массив данных о Mycoplasma genitalium, а предложенная модель работает более чем с 1900 экспериментально определенными параметрами. Ученые смоделировали отдельно 28 биологических процессов (для каждого разрабатывался свой алгоритм), которые затем были интегрированы в единый механизм с помощью системы коммуникаций. Модель дает возможность идентифицировать новые функции генов, проверять экспериментальные данные, выявлять недостающие факторы, пр. Ученые, в частности, установили, что продолжительность отдельных этапов жизненного цикла варьируются от клетки к клетке, в то же время длина жизненного цикла отдельной клетки примерно одинакова.

Исследования проводились при финансовой поддержке NIH. Результаты работы опубликованы в журнале Cell.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI