مقاله جدیدی که اخیراً در مجله زیست شناسی مولکولی منتشر شده است نشان می دهد که چگونه پیشرفت در زیست شناسی مولکولی و علوم رایانه در سراسر جهان به زودی ممکن است به مدل رایانه ای سه بعدی از یک سلول، واحد بنیادی زندگی منجر شود.
به گفته نویسندگان، این توسعه می تواند نوید دهنده عصر جدیدی برای تحقیقات بیولوژیکی، علوم پزشکی و سلامت انسان و حیوان باشد.
ایلیا واکسر، استاد زیست شناسی محاسباتی و علوم زیستی مولکولی و مدیر مرکز زیست شناسی محاسباتی در دانشگاه کانزاس، یکی از نویسندگان همکار مقاله، می گوید: "سلول ها اساس زندگی هستند.""اخیراً، پیشرفت فوق‌العاده‌ای در مدل‌سازی بیومولکولی و پیشرفت‌هایی در درک زندگی در سطح مولکولی صورت گرفته است. اکنون، تمرکز بر روی سیستم‌های بزرگتر - تا سطح کل سلول است. ما در تلاش هستیم تا این پیشرفت نقطه عطف در حال ظهور را به تصویر بکشیم. در زیست‌شناسی ساختاری محاسباتی، که تغییر تکتونیکی از مدل‌سازی فرآیندهای بیومولکولی منفرد به مدل‌سازی کل سلول است.»
این مطالعه با عنوان "چالش‌ها در رویکردهای ساختاری به مدل‌سازی سلولی" طیف وسیعی از روش‌های پیوستن به راهپیمایی به سمت یک سلول سه بعدی کامل شبیه‌سازی شده را بررسی می‌کند، از جمله مطالعات شبکه‌های بیولوژیکی، ساخت خودکار سلول‌های سه بعدی. مدل‌هایی با داده‌های تجربی، مدل‌سازی کمپلکس‌های پروتئینی، پیش‌بینی برهمکنش‌های پروتئینی، اثرات ترمودینامیکی و جنبشی مدل‌سازی غشای سلولی شلوغ، و مدل‌سازی کروموزوم‌ها.
"تکنیک های زیادی که برای این مورد نیاز است در حال حاضر در دسترس هستند - فقط باید همه آنها را در یک استراتژی منسجم برای رسیدگی به این مشکل کنار هم قرار داد."سخت است زیرا ما تازه در حال شروع به درک مکانیسم های اصلی زندگی در سطح مولکولی هستیم - به نظر می رسد بسیار پیچیده اما قابل انجام است، بنابراین ما بسیار سریع در حال حرکت هستیم - نه تنها در توانایی خود برای درک نحوه عملکرد آن در سطح مولکولی. اما برای مدل کردن آن."
در حالی که بیشتر این تکنیک ها به طور جداگانه توسعه می یابند، نویسندگان می گویند که در نظر گرفتن آنها با هم نشان دهنده یک حرکت رو به جلو است که می تواند "درک اساسی بهتری از زندگی در سطح مولکولی را ارائه دهد و منجر به کاربردهای مهم زیست شناسی و پزشکی شود."
"واکسر گفت: "دو مزیت عمده وجود دارد." "یکی از درک اساسی ما از نحوه عملکرد یک سلول است. شما نمی توانید ادعا کنید که یک پدیده را درک می کنید، اگر نتوانید آن را مدل کنید. بنابراین این به ما بینشی در مورد اصول اساسی زندگی در مقیاس کل سلول می دهد. در مورد عملی از طرفی، درک بهتری از مکانیسم‌های زمینه‌ای بیماری‌ها و همچنین توانایی درک مکانیسم‌های عملکرد دارو به ما می‌دهد، که یک تقویت فوق‌العاده برای تلاش‌های ما در طراحی دارو خواهد بود.این به ما کمک می‌کند تا داروی نامزدهای بهتری ایجاد کنیم، که به طور بالقوه مسیر رسیدن به داروهای جدید را کوتاه می‌کند."
به عنوان مثال، محقق KU گفت که یک مدل سلول مولکولی سه بعدی می تواند به جایگزینی یا تقویت مراحل پروتکل های تولید داروی وقت گیر و گران قیمت مورد نیاز امروز برای آوردن درمان های دارویی از روی میز دانشمند به بازار کمک کند..
Vakser گفت که جنبه‌های تحقیقاتی که می‌توانند به یک سلول شبیه‌سازی کامپیوتری منجر شوند در سطوح مختلف اصلاح هستند.
«ما پیشرفت هایی در توانایی خود در مدل سازی فعل و انفعالات پروتئینی داشته ایم. چالش این است که آن را در بافت سلول قرار دهیم، که محیطی پرجمعیت از پروتئین‌های مختلف و دیگر ساختارهای زیست مولکولی است. انتقال از محلول رقیق به محیط واقعی که در سلول با آن مواجه می‌شویم، احتمالاً بزرگترین چالشی است که ما با آن روبرو هستیم. در حال حاضر روبرو هستیم."
در حالی که ممکن است به زودی مدل‌سازی سلول‌های پیچیده‌تر انسانی در دستور کار قرار گیرد، واکسر گفت که در حال حاضر، تلاش‌های تحقیقاتی بر مدل‌سازی موجودات تک سلولی ساده متمرکز خواهد شد.
"ما به سراغ ساده ترین سلول ممکن می رویم. سلول های پروکاریوتی کوچکی وجود دارند که شامل مجموعه ای حداقلی از عناصر هستند که بسیار ساده تر از سلول های بزرگتر و پیچیده تر در پستانداران از جمله انسان هستند." "ما سعی می کنیم ابتدا دندان هایمان را روی کوچکترین موجودات سلولی ممکن بتراشیم، سپس به سلول های پیچیده تر تعمیم دهیم."
