Биологи создали самую сложную виртуальную клетку

Модель Mycoplasma genitalium. Изображение Karr et al./Cell

Ученые создали самую подробную на сегодняшний день компьютерную модель индивидуальной клетки. Она оказалась способна предсказывать ранее неизвестные свойства реальных бактерий. Работа опубликована в журнале Cell, ее краткое содержание приводится на сайте Стенфордского университета.

Для максимально подробного моделирования ученые выбрали бактерию с самым маленьким геномом - Mycoplasma genitalium. Из-за упрощения, вызванного паразитическим образом жизни, в ее ДНК имеется всего 525 генов (против более 4 тысяч генов у классической лабораторной E. coli). Именно по этой причине ДНК Mycoplasma genitalium стала основой для первого искусственно синтезированного генома.

Виртуальная клетка моделировала синтез и распад различных метаболитов (аминокислот, нуклеотидов и других молекул), белков, ДНК, РНК, взаимодействие между генами и клеточное деление. Процесс управлялся приблизительно двумя тысячами параметров.

Исходные данные были получены на основе более девятисот публикаций. Разные процессы были сгруппированы в 28 различных модулях, работающих по собственным алгоритмам. Координация между ними происходила во время каждого шага симуляции.

Подробность созданной модели позволила использовать ее для проведения виртуальных экспериментов и наблюдений, которые пока невозможны в экспериментальной биологии. Например, можно было следить за колебаниями различных метаболитов в течение жизни клетки.

Один из нетривиальных результатов был получен в ходе наблюдения за ростом нескольких виртуальных бактерий. Оказалось, что, хотя в целом циклы деления идут с одинаковой скоростью, разные его стадии могут протекать с разной скоростью. Например, стадия подготовки к синтезу ДНК у одной бактерии протекает дольше, чем у другой, зато сам синтез идет быстрее.

Несмотря на свою относительную сложность, виртуальная клетка все-таки очень далека от реальной. На сегодняшний день не существует способа предсказать даже структуру белка по его последовательности, тем более предсказать результат взаимодействия двух белков. Поэтому в таких вопросах модель ограничена известными данными и не может показать того, что не известно экспериментально. Таких данных, впрочем, в последнее время в биологии становится все больше.

Обсудить
Наука и техника
 — 
00:02 20 мая 2017

Большая резня

Зачем британцы жестоко истребляли домашних кошек и собак
Дональд ТрампТанцы с саблями
Президент США с удовольствием и пользой провел время в ваххабитском королевстве
Смерть на стадионе
Взрыв в британском Манчестере унес жизни десятков человек
Manchester Arena incident Police at Manchester Arena after reports of an explosion at the venue during an Ariana Grande gigКровь Манчестера
Что известно о взрыве, унесшем жизни минимум 22 человек
Kurdish Peshmerga forces guard their position at Omar Khaled village near Tal Afar, west of Mosul August 24, 2014. Peshmerga forces intensified their defences in the southern parts of the oil-rich city of Kirkuk on Saturday, defending ramparts just a few hundred metres away from Islamic State militants.Боевой народ
Рассорят ли курды США и Турцию
«Он просто идиот без всякого плана»
Что думают о Трампе и его политике простые жители Ближнего Востока
Памела Андерсон на Каннском фестивалеПамела, которую мы потеряли
Звезда «Спасателей Малибу» и другие знаменитости, очарованные ботоксом
Трое — не толпа
Как живется в любовном союзе, если в нем больше двух человек
«Здесь все проще относятся к жизни»
История крымчанки, переехавшей в американский Портленд
От нашего стола
Российские интерьеры, сводящие иностранцев с ума
Зависли на хате
Украинцы придумали дом, который может обойтись без российского газа
Москва за нами
Какие квартиры можно купить в пределах МКАД по цене до трех миллионов рублей
Сносное настроение
Демонтаж жилых домов в Москве: что нужно знать
Вышка светит
Как выглядит частный особняк, побивший мировой рекорд этажности