Транс-бактериальная революция: цифровое бессмертие для бактерии-паразита!
К 2045 намечено переселение самых продвинутых (и по слухам очень богатых) граждан-трансгуманистов Интернет для обеспечения цифрового бессмертия. Очевидно, на пути к этому замечательному результату должно состояться, или по-крайней мере стать технологически возможным, обеспечение виртуального существование для более простых организмов. О моделировании нейронной сети одного простого, но очень умного организма (доля клеток нервной системы по отношению к общему количеству клеток превышает 30%) - круглого червя C. Elegans мы уже писали. К сожалению, моделирование нейронной сети без сложной модели состояний одного нейрона практически "убило" цифровую копию червя - среди проанализированных состояний нейронной сети не удалось найти ничего более интересного чем что-то похожее на откладывание яиц или движения червя как целого.
На уровень назад, на уровне одной клетки, тем не менее, на днях удалось добиться очень существенного продвижения. В работе, недавно опубликованной в журнале Cell (пресс релиз тут, новость доехала до Slashdot, причины ниже). Впервые,
Большинство проблем в биологии, однако, не являются проблемами одного гена. Обычно фенотипы, включая патологические, становятся результатом взаимодействия сотен, если не тысяч генов. Это и приводит к расширяющейся пропасти между накапливаемой информацией и пониманием внутренних механизмов процессов внутри биологических организмов. Представленное исследование - замечательный пример построение т.н. интегрированной компьютерной модели, использующей данные почти тысячи публикаций и обладающей собственной предсказательной силой. Mycoplasma genitalium - небольшая бактерия-паразит, знаменитый только своим минимальным геномом (525 генов, против 4,288 у E. coli). В работе предсталена модель, в которой происходит полное моделирование жизни бактерии на всех уровнях от генома до метаболонома (совокупности всей синтезируемой или потребляемой химии). Полученная модель изпользована для исследования динамики DNA-связывающих белков и для определения назначения и функций ряда генов, а так же особенностей регуляции клеточного цикла. В будущем модель может послужить как дальнейшим фундаментальным исследованиям, так и основой для поиска новых мишеней для лечения заболеваний, вызываемых бактериями.
Впервые получена полная виртуальная модель живого организма с уровнем детализации достаточной, для предсказания новых свойств!
Вопросы и комметарии:
- модель построена для очень простого организма (всего 500 генов), однако впервые содержит модельные взаимодействия сразу на всех уровнях (геном, транскриптом, метаболоном и т.д.). Общее число степеней свободы огромно, параметров больше 1000. Однако, в физике сложных систем часто бывает, что количество реально-независимых степеней свободы не велико (т.н. режим слабой турбулентности, более похожей интутитвно на то, что мы называемой жизнью). В этом пределе проблема еще более редуцируется и было бы интересно увидеть анализ истинной сложности их модели.
- следующим вопросом является получение минимальной модели какого-либо фенотипа этой бактерии
- в Квантуме мы уделяем много времени построению моделей всех наших биологических экспериментов. В частности построены, используются и постоянно уточняются "интегрированные" модели для развития вирусных и онкологических заболеваний, как на уровне клетки так и организма. Мы верим, что только такие подходы могут окончательно закрыть вопрос о т.н. "непереносимости" результатов до-клинических исследований в клинику, результатов ин-витро моделей в ин-виво. Если что-то работает непредсказуемо по-разному в разных моделях, значит ты что-то не понимаешь
- нам нужны модели более сложных "зверей" у которых есть старение
На уровень назад, на уровне одной клетки, тем не менее, на днях удалось добиться очень существенного продвижения. В работе, недавно опубликованной в журнале Cell (пресс релиз тут, новость доехала до Slashdot, причины ниже). Впервые,
- целый организм удалось смоделировать при помощи модели в терминах молекулярных составляющих
- сложные фенотипы (значительно сложнее тривиального движения в случае червя) возникают в результате интеграции внутриклеточных процессов в одной модели
- предсказанны (но пока не подтверждены) новые клеточные процессы, раннее не известеные для модельного организма M. genitalium
Большинство проблем в биологии, однако, не являются проблемами одного гена. Обычно фенотипы, включая патологические, становятся результатом взаимодействия сотен, если не тысяч генов. Это и приводит к расширяющейся пропасти между накапливаемой информацией и пониманием внутренних механизмов процессов внутри биологических организмов. Представленное исследование - замечательный пример построение т.н. интегрированной компьютерной модели, использующей данные почти тысячи публикаций и обладающей собственной предсказательной силой. Mycoplasma genitalium - небольшая бактерия-паразит, знаменитый только своим минимальным геномом (525 генов, против 4,288 у E. coli). В работе предсталена модель, в которой происходит полное моделирование жизни бактерии на всех уровнях от генома до метаболонома (совокупности всей синтезируемой или потребляемой химии). Полученная модель изпользована для исследования динамики DNA-связывающих белков и для определения назначения и функций ряда генов, а так же особенностей регуляции клеточного цикла. В будущем модель может послужить как дальнейшим фундаментальным исследованиям, так и основой для поиска новых мишеней для лечения заболеваний, вызываемых бактериями.
Впервые получена полная виртуальная модель живого организма с уровнем детализации достаточной, для предсказания новых свойств!
Вопросы и комметарии:
- модель построена для очень простого организма (всего 500 генов), однако впервые содержит модельные взаимодействия сразу на всех уровнях (геном, транскриптом, метаболоном и т.д.). Общее число степеней свободы огромно, параметров больше 1000. Однако, в физике сложных систем часто бывает, что количество реально-независимых степеней свободы не велико (т.н. режим слабой турбулентности, более похожей интутитвно на то, что мы называемой жизнью). В этом пределе проблема еще более редуцируется и было бы интересно увидеть анализ истинной сложности их модели.
- следующим вопросом является получение минимальной модели какого-либо фенотипа этой бактерии
- в Квантуме мы уделяем много времени построению моделей всех наших биологических экспериментов. В частности построены, используются и постоянно уточняются "интегрированные" модели для развития вирусных и онкологических заболеваний, как на уровне клетки так и организма. Мы верим, что только такие подходы могут окончательно закрыть вопрос о т.н. "непереносимости" результатов до-клинических исследований в клинику, результатов ин-витро моделей в ин-виво. Если что-то работает непредсказуемо по-разному в разных моделях, значит ты что-то не понимаешь
- нам нужны модели более сложных "зверей" у которых есть старение