研究人員表示科學(xué)在通過(guò)細(xì)胞建模實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型生活的過(guò)程中

最近發(fā)表在“分子生物學(xué)雜志”上的一篇論文展示了世界各地分子生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步很快就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的三維計(jì)算機(jī)模型，這是生命的基本單位。這組作者說(shuō)，這一發(fā)展可能預(yù)示著生物研究，醫(yī)學(xué)，人類和動(dòng)物健康的新時(shí)代。

“細(xì)胞是生命的基礎(chǔ)，” 該論文的共同作者之一，堪薩斯大學(xué)計(jì)算生物學(xué)計(jì)算生物學(xué)中心主任，計(jì)算生物學(xué)和分子生物科學(xué)教授Ilya Vakser說(shuō)。“最近，生物分子模型取得了巨大進(jìn)步，并在分子水平上理解生命方面取得了進(jìn)展?，F(xiàn)在，重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到更大的系統(tǒng) - 達(dá)到整個(gè)細(xì)胞的水平。我們正在努力捕捉這一新興的里程碑發(fā)展在計(jì)算結(jié)構(gòu)生物學(xué)中，這是從單個(gè)生物分子過(guò)程建模到整個(gè)細(xì)胞建模的構(gòu)造轉(zhuǎn)變。“

這項(xiàng)題為“細(xì)胞建模結(jié)構(gòu)方法的挑戰(zhàn)”的研究調(diào)查了一系列方法，將模擬整個(gè)三維細(xì)胞連接起來(lái)，包括生物網(wǎng)絡(luò)的研究，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)構(gòu)建三維細(xì)胞模型，蛋白質(zhì)復(fù)合物的建模，蛋白質(zhì)相互作用的預(yù)測(cè)，擁擠細(xì)胞膜建模的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，以及染色體的建模。

“現(xiàn)在已經(jīng)有很多技術(shù)可用 - 這只是將它們整合在一起以解決這個(gè)問(wèn)題的連貫策略，”Vakser說(shuō)。“這很難，因?yàn)槲覀儎倓傞_(kāi)始在分子水平上理解生命的主要機(jī)制 - 它看起來(lái)非常復(fù)雜但可行，所以我們的行動(dòng)非?？?- 不僅僅是因?yàn)槲覀兡軌蛟诜肿铀缴侠斫馑侨绾喂ぷ鞯牡７滤?ldquo;

雖然大多數(shù)這些技術(shù)都是分開(kāi)開(kāi)發(fā)的，但作者們認(rèn)為，它們共同構(gòu)成了一種推動(dòng)力，可以提供更好的基本“分子水平的生命理解，并導(dǎo)致生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的重要應(yīng)用”。

“有兩個(gè)主要的好處，”Vakser說(shuō)。“一個(gè)是我們對(duì)細(xì)胞如何運(yùn)作的基本理解。如果你不能對(duì)它進(jìn)行建模，你不能要求你理解一個(gè)現(xiàn)象。所以這使我們能夠洞察整個(gè)細(xì)胞規(guī)模的生活基本原理。它將使我們更好地掌握疾病的潛在機(jī)制以及理解藥物作用機(jī)制的能力，這將極大地促進(jìn)我們?cè)谒幬镌O(shè)計(jì)方面的努力。它將幫助我們創(chuàng)造更好的候選藥物，可能會(huì)縮短通向新藥的道路。“

例如，KU研究人員表示，一種可行的三維分子細(xì)胞模型可以幫助替代或增加耗時(shí)且昂貴的藥物開(kāi)發(fā)方案的階段，這些方案目前需要將藥物治療從科學(xué)家的工作臺(tái)帶到市場(chǎng)。

Vakser說(shuō)，可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)模擬細(xì)胞的研究方面處于不同的細(xì)化水平。

“我們?cè)谀M蛋白質(zhì)相互作用的能力方面取得了進(jìn)展，”他說(shuō)。“面臨的挑戰(zhàn)是把它放在細(xì)胞的背景下，這是一個(gè)人口密集的不同蛋白質(zhì)和其他生物分子結(jié)構(gòu)的環(huán)境。為了使從稀釋溶液過(guò)渡到細(xì)胞中遇到的真實(shí)環(huán)境可能是我們面臨的最大挑戰(zhàn)面對(duì)現(xiàn)在。“

雖然建模更復(fù)雜的人體細(xì)胞可能很快就會(huì)提上日程，但Vakser表示，目前研究工作將側(cè)重于對(duì)簡(jiǎn)單的單細(xì)胞生物進(jìn)行建模。

“我們尋求最簡(jiǎn)單的細(xì)胞。有一些小的原核細(xì)胞，其中包含的簡(jiǎn)單元素比哺乳動(dòng)物(包括人類)中更大更復(fù)雜的細(xì)胞更簡(jiǎn)單，”他說(shuō)。“我們首先嘗試在最小的細(xì)胞生物體上切割牙齒，然后將其推斷為更復(fù)雜的細(xì)胞。”

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