Биологи создали самую сложную виртуальную клетку

Биологи создали самую сложную виртуальную клетку

Ученые создали самую подробную на сегодняшний день компьютерную модель индивидуальной клетки. Она оказалась способна предсказывать ранее неизвестные свойства реальных бактерий. Работа опубликована в журнале Cell, ее краткое содержание приводится на сайте Стенфордского университета.

Для максимально подробного моделирования ученые выбрали бактерию с самым маленьким геномом — Mycoplasma genitalium. Из-за упрощения, вызванного паразитическим образом жизни, в ее ДНК имеется всего 525 генов (против более 4 тысяч генов у классической лабораторной E. coli). Именно по этой причине ДНК Mycoplasma genitalium стала основой для первого искусственно синтезированного генома.

Виртуальная клетка моделировала синтез и распад различных метаболитов (аминокислот, нуклеотидов и других молекул), белков, ДНК, РНК, взаимодействие между генами и клеточное деление. Процесс управлялся приблизительно двумя тысячами параметров.

Исходные данные были получены на основе более девятисот публикаций. Разные процессы были сгруппированы в 28 различных модулях, работающих по собственным алгоритмам. Координация между ними происходила во время каждого шага симуляции.

Подробность созданной модели позволила использовать ее для проведения виртуальных экспериментов и наблюдений, которые пока невозможны в экспериментальной биологии. Например, можно было следить за колебаниями различных метаболитов в течение жизни клетки.

Один из нетривиальных результатов был получен в ходе наблюдения за ростом нескольких виртуальных бактерий. Оказалось, что, хотя в целом циклы деления идут с одинаковой скоростью, разные его стадии могут протекать с разной скоростью. Например, стадия подготовки к синтезу ДНК у одной бактерии протекает дольше, чем у другой, зато сам синтез идет быстрее.

Не смотря на свою относительную сложность, виртуальная клетка все-таки очень далека от реальной. На сегодняшний день не существует способа предсказать даже структуру белка по его последовательности, тем более предсказать результат взаимодействия двух белков. Поэтому в таких вопросах модель ограничена известными данными и не может показать того, что не известно экспериментально. Таких данных, впрочем, в последнее время в биологии становится все больше.


Интересные материалы: