Modele systemów biologicznych przeniesione na następny poziom
Celem biologii systemów jest przewidywanie zjawisk biologicznych poprzez zastosowanie modelu obliczeniowego i matematycznego. Aby obliczyć efekty funkcji komórkowych, skonstruowane są bardzo szczegółowe modele komputerowe w celu zidentyfikowania trendów, a modele matematyczne precyzyjnie obliczają interakcje składników w celu przewidywania zachowania systemu. Jako kluczowy aspekt, modele te muszą odzwierciedlać warunki w świecie rzeczywistym poprzez włączenie ograniczeń fizykochemicznych, aby mogły być rozstrzygające. Jednakże opracowanie kompleksowych genomowych modeli komputerowych zawierających ograniczenia fizykochemiczne można osiągnąć wyłącznie za pomocą precyzyjnych zautomatyzowanych metod. W ramach finansowanego przez UE AMBICON (Automated multi-level modelling of biological systems considering physico-chemical constraints), międzynarodowego projektu współpracy, Uniwersytet Kalifornijski w San Diego w Stanach Zjednoczonych i Uniwersytet w Tübingen, Niemcy, zajęły się tym wyzwaniem. Celem było opracowanie nowych metod obliczeniowych, które mogą modelować systemy biologiczne na wszystkich poziomach. Partnerzy projektu zidentyfikowali i rozwiązali ograniczenia istniejących standardów reprezentacji modelu i opracowali nową metodę umożliwiającą badanie identyfikacji potencjalnych czynników transkrypcyjnych bakterii w eksperymentach celowych. Nowe podejście oparte na modelu wykazało również, że można obliczyć minimalne wyposażenie białkowe komórek bakteryjnych. Ponadto naukowcy przygotowali spersonalizowane modele krwi w różnych typach komórek. Wniesiono wkład w nową metodę wizualizacji sieci metabolicznych, jak również szeroko zaktualizowaną i ulepszoną bazę wiedzy o otwartym źródle modeli o nazwie BiGG Models. Wreszcie rezultaty tego projektu zostały opublikowane nie tylko w artykułach naukowych, ale także w mediach społecznościowych, takich jak blogi, Twitter, Facebook i YouTube, jak również na międzynarodowych warsztatach i konferencjach. Metodologia AMBICON pozwoli na symulację całych systemów komórkowych, zapewniając w ten sposób znaczne korzyści dla produkcji biotechnologicznej leków i opracowywanie spersonalizowanej medycyny.
Słowa kluczowe
Komórki, ograniczenia fizykochemiczne, biologia systemów, modele, AMBICON
