Продолжаем тему сенсационных компьютерных симуляций

Продолжаем тему сенсационных компьютерных симуляций. Группа молекулярных биологов из Иллинойса (США) смогла-таки смоделировать минимальную клетку — прямо полноценную живую бактериальную клетку! Каждую ее молекулу, каждую химическую реакцию, от репликации ДНК до деления клетки.

Далее ключевые подробности.?

Итак, теперь мы знаем что было бы, если бы компьютерную игру «Жизнь» (автор — математик Дж. Конвей) создавали не программисты, а молекулярные биологи. Исследовательская группа совершила то, что ещё пару десятилетий назад считалось научной фантастикой: ребята буквально загрузили живую бактерию в компьютер!

Объектом выбрали JCVI-syn3A — бактерию с минимально возможным геномом. В ней всего 493 гена. Ее же чуть ранее искусственно сконструировали в лаборатории Крейга Вентера, чтобы понять, без чего жизнь фундаментально невозможна.

Модель охватывает весь клеточный цикл длительностью около ста минут и учитывает буквально всё: как реплицируется хромосома, как синтезируются белки, как течёт метаболизм, как клетка растёт и в итоге делится.

Самое интересное — пространство. Бактерия смоделирована как трёхмерный объект, форма и внутренняя архитектура которого взяты из реальных криоэлектронных томограмм, на которых видны даже отдельные рибосомы. И всё это к тому же еще прокручивается во времени — четвёртое измерение.

Репликация хромосомы в модели происходит под присмотром белков SMC, которые работают как крошечные скрепки, помогая ДНК не запутываться в клубок. Они, вместе с топоизомеразами (ферментами, разрезающими и сшивающими ДНК, чтобы снять сверхнапряжение), участвуют в броуновской динамике — случайном тепловом движении, которое в симуляции учитывается для каждой молекулы. Скорость копирования ДНК зависит от того, сколько свободных «кирпичиков» — дезоксирибонуклеотидтрифосфатов (dNTP) — успел насинтезировать метаболизм.

Модель настолько точна, что воспроизводит экспериментальные данные: соотношение начала и конца репликации, измеренное секвенированием, время удвоения клеток, периоды полураспада матричных РНК, распределение белков и количество рибосом.

Но самый нетривиальный результат лежит в области философии биологии. Из-за стохастичности — внутренней случайности всех молекулярных процессов — каждая виртуальная клетка получается уникальной. Модель предсказывает не только среднее поведение дочерних клеток, но и то, как именно они будут различаться между собой.

Получается, что даже при абсолютно одинаковом геноме и идентичных внешних условиях две бактерии из одного деления проживут свои сто минут по-разному. Жизнь, даже в компьютере, отказывается быть полностью детерминированной. И вот это — реально «взрывающая мозг» новость, одна из тех, ради которых вы и подписаны (платно) на этот скромный научно-популяризаторский проект.

Дополнительное пояснение от уважаемой редакции.?

Да, эта модель (пока что) очень грубая. В сущности, у нас тут аналог реального города, который перенесли в Minecraft, только применительно к живой бактериальной клетке.

Время, затрачиваемое на моделирование целой клетки с помощью графического процессора, сравнимо с тем, которое потребовалось бы для изучения на уровне атомов «физики» всего лишь одного белка. Этого недостаточно, чтобы на основе похода разработать терапию. А переход с бактериальных клеток на эукариотные — это вообще находится «в световых годах» от описанной здесь игрушечной модельки. Но Москва не сразу строилась, а сделанное — это все равно приличный шаг в правильном направлении.

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: www.cell.com

Комментарии: