Bioloģija Silico

Datori, kas spēj atdarināt dzīvību, jau sen ir bijuši zinātniskās fantastikas murgi — padomājiet par The Terminator vai 2001. gada HAL 9000. Taču pētniekiem, kuri cīnās, lai saprastu milzīgo daudzumu jaunu bioloģisko datu, un zāļu ražošanas uzņēmumi, kas vēlas samazināt izmaksas un paātrināt attīstību. precīzas dzīvo sistēmu datorsimulācijas joprojām ir sapnis. Lai īstenotu šo sapni, viņi pievēršas in silico bioloģijai, veidojot datormodeļus sarežģītiem procesiem, kas notiek šūnās, orgānos un pat cilvēkos. Galīgais mērķis: viss organisms, kas modelēts silīcijā, ļaujot pētniekiem pārbaudīt jaunas terapijas, tāpat kā inženieri lido ar jaunu lidmašīnu dizainu uz superdatoriem.

Vairāk nekā desmit gadus medicīnas ķīmiķi ir mēģinājuši padarīt zāļu atklāšanu racionālāku, izmantojot datorus, lai simulētu, kā, piemēram, jauna zāļu molekula saistās ar receptoru. Taču mūsdienu datormodeļi sniedzas daudz tālāk, izmantojot datus no jomām, sākot no genoma sekvencēšanas līdz klīniskiem pētījumiem, lai noskaidrotu, kā iespējamās zāles ietekmē visas bioloģiskās sistēmas. Virtuālas šūnas vai, vēl labāk, virtuāla sirds pacienta izveide joprojām ir nepabeigts darbs, taču pat agrīnie modeļi varētu samazināt milzīgas jaunu zāļu izstrādes izmaksas.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2001. gada marta numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Saskaņā ar nozares datiem, izmantojot tradicionālās metodes, zāļu izstrādei un pārbaudei ir nepieciešami vidēji 500 miljoni USD un 15 gadi; Saskaņā ar neseno PricewaterhouseCoopers ziņojumu in silico tehnoloģijas varētu ietaupīt vismaz 200 miljonus ASV dolāru un divus līdz trīs gadus uz vienu medikamentu. Viens no iemesliem ir tas, ka zāļu testēšanas process, kura laikā savienojums tiek pētīts dzīvniekiem un pēc tam cilvēkiem, ir tālu no efektīva. Saskaņā ar ASV Pārtikas un zāļu pārvaldes statistiku, izmēģinājumi ar cilvēkiem ir nesekmīgi attiecībā uz 70 līdz 75 procentiem tajos nonākušo zāļu. Daži izmēģinājumi neizdodas tikai tāpēc, ka deva ir nepareiza.

Lai pārliecinātos, cik neefektīva var būt šāda izmēģinājumu un kļūdu pieeja, Tomass Patersons, Menlo Park, Kalifornijā bāzētā Entelos štata galvenais zinātniskais darbinieks, izsaka šādu salīdzinājumu: Ja Boeing izstrādātu lidmašīnas tā, kā farmācijas rūpniecība izstrādā zāles, viņi to darītu. Izstrādājiet 10 ļoti dažādas lidmašīnas, lidojiet ar tām, un tā, kura nekritīs, būtu tā, kuru viņi pārdod United Airlines. Tātad uzņēmumi, piemēram, Entelos un Princeton, NJ's Physiome Sciences izstrādā datoru modeļus, kurus var izmantot gan jaunu zāļu molekulāro mērķu noteikšanai, gan arī klīnisko pētījumu simulēšanai. Piemēram, Lēverkūzenā, Vācijā bāzētais farmācijas gigants Bayer izmanto vienu no Entelos modeļiem, lai novērtētu iespējamās zāles astmas slimniekiem, datorā pārbaudot dažādus pacientu veidus un ārstēšanas shēmas.

Internets varētu kļūt par būtisku instrumentu šādu modeļu izstrādē, ļaujot pētniekiem sadarboties visā pasaulē. Tātad Physiome ir sadarbojies ar Bioinženierijas pētniecības grupu Jaunzēlandes Oklendas Universitātē, lai izstrādātu atvērtā standarta datorvalodu bioloģiskajai modelēšanai. Šī valoda, ko sauc par cellML, ir pieejama vietnē www.cellml.org . Ideja, saka Physiome izpildviceprezidents Tomass Kolatskis, ir tāda, ka pētnieki varēs izveidot modeļus kopējā formātā un kopīgot šos modeļus, izmantojot tīmekli.

Tomēr daudzi uzskata, ka zāļu pētniekiem ir pāragri sākt atbrīvot savas laboratorijas žurkas. Leslija Lēva, cellML konsultatīvās padomes locekle un Konektikutas Universitātes Veselības centra Biomedicīnas attēlveidošanas tehnoloģiju centra direktore, ir padarījusi savu modelēšanas rīku komplektu pieejamu tīmeklī: virtuālā šūna, plkst. www.nrcam.uchc.edu . Lēvs prognozē, ka piecu gadu laikā modelēšanas programmatūra kļūs par parastu, iespējams, neaizstājamu rīku ikvienam, kurš vēlas izprast, kā darbojas šūnas. Taču Lēvs brīdina, ka joprojām būs vajadzīgi daudzi gadi, lai izveidotu pilnīgus, ļoti precīzus veselu šūnu modeļus, nemaz nerunājot par orgāniem vai veseliem organismiem. Un bioinformātikas profesors Masaru Tomita, kura grupa Keio universitātē Fudžisavas pilsētā Japānā ir ievietojusi savu E-Cell simulācijas programmatūru tīmeklī plkst. www.e-cell.org-piekrīt . Lai gan E-Cell mērķis ir modelēt veselas šūnas un galu galā mijiedarbību starp duci vai mazāk šūnu, Tomita saka, ka sarežģītāka modelēšana būtu pavisam cita bumbas spēle.

paslēpties