編程分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)可以類似于玩數(shù)獨(dú)游戲;如果你只使用幾個(gè)分子或一個(gè)小網(wǎng)格，它們都很簡單，但隨著它們的增長它們會(huì)變得復(fù)雜?，F(xiàn)在，在10月3日發(fā)表在“生物物理學(xué)雜志”上的一篇論文中，康涅狄格大學(xué)健康虛擬細(xì)胞項(xiàng)目(vcell.org)的研究人員使細(xì)胞生物學(xué)家更容易建立復(fù)雜的生物模型。

眾所周知，Virtual Cell或VCell是一個(gè)軟件平臺(tái)，為世界上的細(xì)胞生物學(xué)提供最全面的建模和模擬功能。它允許沒有強(qiáng)大數(shù)學(xué)或計(jì)算機(jī)編程技能的生物學(xué)家建立模型并模擬細(xì)胞的功能。VCell在差不多20年前于1998年首次上線，由生物物理學(xué)家萊斯利·勒夫(Leslie Loew)領(lǐng)導(dǎo)的康涅狄格大學(xué)健康團(tuán)隊(duì)自此開發(fā)并維護(hù)。使用V電池，一個(gè)生物學(xué)家可以預(yù)測(cè)某種藥物遇到在腎臟的過濾單元，例如，或者會(huì)發(fā)生什么如何在血紅蛋白分子紅細(xì)胞涉及二氧化碳激增。

但到目前為止，生物學(xué)家仍然需要強(qiáng)大的編程技能來在分子水平上進(jìn)行詳細(xì)的細(xì)胞模型，甚至更多的耐心。每個(gè)分子都參與一個(gè)模型有一定數(shù)量的州，或它可以做的事情和它可以的地方。分子及其狀態(tài)的每種可能組合必須手工編碼。隨著移動(dòng)部件數(shù)量的增加，計(jì)算機(jī)代碼的行數(shù)也會(huì)增加。如果你將數(shù)獨(dú)網(wǎng)格的大小增加到9到9，那么你突然有了6.7種性別可能的場(chǎng)景......你就會(huì)知道分子生物學(xué)家在試圖對(duì)一個(gè)稍微復(fù)雜的生物系統(tǒng)進(jìn)行編碼時(shí)所面臨的噩夢(mèng)。這個(gè)問題的常見名稱是“組合爆炸”，其解決方案稱為“基于規(guī)則的建模”，是由VCell團(tuán)隊(duì)成員Michael Blinov及其同事James Faeder和William Hlavacek在12年前開發(fā)的，他們都在那個(gè)時(shí)候在洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室。

但是，使用基于規(guī)則的建模的每個(gè)建模者都面臨著復(fù)雜性。詳細(xì)說明分子間相互作用的程序必須用文字寫出來。在這個(gè)iPhone和計(jì)算機(jī)時(shí)代，您可以通過滑動(dòng)和點(diǎn)擊進(jìn)行導(dǎo)航，每個(gè)人都希望計(jì)算機(jī)具有華麗的圖形界面。到目前為止，使用基于規(guī)則的建模并不是那樣的。如果您需要快速瀏覽機(jī)器的內(nèi)部，它看起來更像是可以調(diào)用的文本命令框。但它變得非常煩人，并且在數(shù)千行重復(fù)，幾乎但不完全相同的代碼中捕獲錯(cuò)誤可能令人抓狂。細(xì)胞生物學(xué)模型很快變得如此笨拙，只有經(jīng)驗(yàn)豐富的建模師或程序員才能處理它們。這可能會(huì)使用這種建模的人數(shù)極為有限。

“之前，只有程序員或經(jīng)驗(yàn)豐富的建模者才能創(chuàng)建基于規(guī)則的模型來描述分子相互作用的細(xì)節(jié)，”勒夫說。“我們希望為真正需要它的細(xì)胞生物學(xué)家提供基于規(guī)則的建模。”

Loew和Michael Blinov的VCell團(tuán)隊(duì)，Ion Moraru，James Schaff和Dan Vasilescu決定讓事情變得更容易。在他們的新論文中，他們描述了VCell的用戶界面，它使用彩色形狀來表示分子。形狀看起來有點(diǎn)像彩磚。氣泡顯示結(jié)合位點(diǎn)，并且線顯示分子之間的鏈接。鏈接也可以是不同的顏色和形狀以表示不同的交互。描述血紅蛋白的簡單模型類似于地圖或接線圖。

使用VCell的生物學(xué)家現(xiàn)在可以只定義他們的分子并向VCell解釋他們?nèi)绾蜗嗷ソ换?，而不是編寫?shù)千行代碼。生物學(xué)家不必?fù)?dān)心組合爆炸。計(jì)算機(jī) - 全部60 teraflops，3,000個(gè)處理器和2 PB存儲(chǔ)在UConn Health的Cell和Genome建設(shè)中 - 處理它。

Loew和Blinov認(rèn)為新版本的VCell將大大擴(kuò)展可以使用基于規(guī)則的建模的人數(shù)。這是因?yàn)樗试S科學(xué)家在單一，統(tǒng)一，用戶友好的軟件環(huán)境中使用VCell中提供的全套模擬方法和基于規(guī)則的模型。

現(xiàn)在，經(jīng)過培訓(xùn)的生物學(xué)家應(yīng)該能夠花一天時(shí)間瀏覽網(wǎng)站上的教程并學(xué)習(xí)足夠的知識(shí)來弄清楚如何在VCell上建模新問題。以前，全球有大約5,800個(gè)VCell活躍用戶(您可以從任何有互聯(lián)網(wǎng)連接的地方登錄)。這些建模者創(chuàng)建了76,600個(gè)模型，并對(duì)它們運(yùn)行了大約479,000個(gè)不同的模擬。這些模擬測(cè)試了從某種突變是否導(dǎo)致癌癥到新藥如何與心臟相互作用的一切。使用新發(fā)布的VCell版本，活躍用戶數(shù)量應(yīng)該會(huì)增加。

到目前為止，VCell還沒有幫助數(shù)獨(dú)游戲。但有人可能會(huì)為此寫一個(gè)模型。