Прорыв: ученым удалось создать компьютерную модель живого организма

Прорыв: ученым удалось создать компьютерную модель живого организма

По мнению ученых, вы не можете понять принцип действия механизма, не создав его модель. Это правило является главной движущей силой, стоящей за развитием вычислительной биологии, то есть попыткой воссоздать внутренние механизмы работы организма посредством программы. Все достижения в данной области были весьма ограниченны и просты — до сего момента.

С помощью нового проекта удалось создать первую полностью компьютерную модель реально существующего живого организма. Данный научный прорыв является важным шагом к дальнейшему изучению искусственной жизни — с перспективой создания абсолютно новых организмов.

Инженеры и архитекторы десятилетиями пользовались системами автоматизированного проектирования, а теперь в дело вступили и биологи. Биологические процессы по своей природе могут быть подвергнуты машинному анализу — по сути, они и есть одна большая программа. Самой серьезной проблемой для ученых являлся вопрос документирования и понимания принципов работы различных «алгоритмов» и процессов, происходящих в живом организме.

Научные работы превращаются в алгоритмы

К счастью, большой объем работы уже был проделан научным сообществом, однако, никто не решался перевести эту информацию на новый уровень — по крайней мере, до сегодняшнего дня. Команда исследователей из Стэнфордского университета, под руководством профессора Маркуса Коверта, изучила данные, собранные из 900 научных работ. Информация касалась, главным образом, молекулярного взаимодействия, происходящего по ходу жизненного цикла Mycoplasma genitalia, болезни, передающейся половым путем.

Как оказалось, данный патоген является самой маленькой в мире бактерией, что сделало его идеальным кандидатом для подобного рода экспериментов. Так как в бактерии насчитывается всего 525 генов (по сравнению с 4’288 у E. coli), M. genitalia является идеальной стартовой площадкой для вычислительной биологии. Кстати, данный патоген также сыграл важную роль в синтезе первой искусственной хромосомы.

Однако не стоит недооценивать бактерию: несмотря на статус одного из самых простых в мире организмов, патоген достаточно сложен по своей структуре. В ходе экспериментов команде Коверта пришлось изолировать более 1’900 экспериментально определенных параметров. Для того, чтобы создать компьютерные эквиваленты организму, учеными были разработаны 28 отдельных «модулей», каждый под управление собственного алгоритма. Причем каждый модуль должен был быть запрограммирован таким образом, чтобы он мог общаться с другим модулем — что и было сделано при помощи создания необыкновенно точной виртуальной модели M. genitalia. По сути, искусственная модель могла предсказать фенотип (как выглядит организм) используя лишь один генотип.

Конечным результатом стала компьютерная симуляция существующего организма, включающего все молекулярные компоненты и взаимосвязи.

Новое понимание

Необыкновенно, но создание виртуального организма открыло биологам доселе неизвестную информацию. Например, исследователям удалось выяснить, что длина отдельного участка цикла клетки зависит от клетки, в то время как длина общего цикла оставалась устойчивой. Обращаясь к своей компьютерной модели, ученые пришли к выводу, что отсутствие изменчивости общего цикла связано с встроенным негативным механизмом передачи информации. Что интересно, другие биологи и эксперты, изучавшие ранее M. genitalia не знали об этом — однако теперь они могут обратиться к живому организму и проверить выводы своих коллег.

Совершенно ясно, что научные прорывы, подобные данному, позволяют биологам задавать природе самые каверзные вопросы, и получать от нее подробные ответы. Их работа является отличным примером, демонстрирующим огромный потенциал по созданию искусственной жизни и использования систем автоматизированного проектирования в биоинженерии и медицине. В будущем, ученым удастся разработать новые подходы к диагностированию и лечению болезней — включая создание закваски бактерий, способной производиться в промышленных масштабах — и созданию индивидуальных лекарств.

Автор

Запись опубликована 28 Июль 2012 в разделе Технологии