研究人員表示科學在通過細胞建模實現(xiàn)轉(zhuǎn)型生活的過程中

最近發(fā)表在“分子生物學雜志”上的一篇論文展示了世界各地分子生物學和計算機科學的進步很快就會導致細胞的三維計算機模型，這是生命的基本單位。這組作者說，這一發(fā)展可能預示著生物研究，醫(yī)學，人類和動物健康的新時代。

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

這項題為“細胞建模結(jié)構(gòu)方法的挑戰(zhàn)”的研究調(diào)查了一系列方法，將模擬整個三維細胞連接起來，包括生物網(wǎng)絡(luò)的研究，用實驗數(shù)據(jù)自動構(gòu)建三維細胞模型，蛋白質(zhì)復合物的建模，蛋白質(zhì)相互作用的預測，擁擠細胞膜建模的熱力學和動力學效應(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問題的連貫策略，”Vakser說。“這很難，因為我們剛剛開始在分子水平上理解生命的主要機制 - 它看起來非常復雜但可行，所以我們的行動非?？?- 不僅僅是因為我們能夠在分子水平上理解它是如何工作的但要模仿它。“

雖然大多數(shù)這些技術(shù)都是分開開發(fā)的，但作者們認為，它們共同構(gòu)成了一種推動力，可以提供更好的基本“分子水平的生命理解，并導致生物學和醫(yī)學的重要應(yīng)用”。

“有兩個主要的好處，”Vakser說。“一個是我們對細胞如何運作的基本理解。如果你不能對它進行建模，你不能要求你理解一個現(xiàn)象。所以這使我們能夠洞察整個細胞規(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制以及理解藥物作用機制的能力，這將極大地促進我們在藥物設(shè)計方面的努力。它將幫助我們創(chuàng)造更好的候選藥物，可能會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胞模型可以幫助替代或增加耗時且昂貴的藥物開發(fā)方案的階段，這些方案目前需要將藥物治療從科學家的工作臺帶到市場。

Vakser說，可能導致計算機模擬細胞的研究方面處于不同的細化水平。

“我們在模擬蛋白質(zhì)相互作用的能力方面取得了進展，”他說。“面臨的挑戰(zhàn)是把它放在細胞的背景下，這是一個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渡到細胞中遇到的真實環(huán)境可能是我們面臨的最大挑戰(zhàn)面對現(xiàn)在。“

雖然建模更復雜的人體細胞可能很快就會提上日程，但Vakser表示，目前研究工作將側(cè)重于對簡單的單細胞生物進行建模。

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

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