Symulacje w biologii komórki
Gromadzone dane sugerują, że większość szlaków sygnałowych i ich połączeń, podobnie jak biocząsteczki, jest konserwatywna i występuje w tak różnych organizmach, jak drożdże i ludzie. Opisanie systemu regulacji procesów komórkowych i odtworzenie złożonych szlaków sygnałowych, uczestniczących w najważniejszych funkcjach komórki, takich jak przemiana materii i cykl komórkowy, to ważne wyzwania współczesnej nauki. Głównym celem finansowanego przez UE projektu UNICELLSYS była komputerowa rekonstrukcja i modelowanie komórek eukariotycznych na różnych poziomach uorganizowania biologicznego. Organizmem modelowym były drożdże piekarnicze. Dzięki narzędziom do badań in silico można przewidywać odpowiedź komórek na bodźce, w tym bodźce hormonalne, jak również skutki różnych zaburzeń genetycznych lub wywołanych farmakologicznie. Aby opracować takie modele, uczestnicy projektu UNICELLSYS zebrali bogate zestawy danych proteomicznych i metabolomicznych, dotyczących drożdży hodowanych w różnych warunkach. Drożdże analizowano na poziomie jednokomórkowym, uwzględniając zmienność pomiędzy komórkami. Koncentrowano się na różnych szlakach sygnałowych (kinazy białkowej A, MAPK, mTOR, szlak Hog stresu osmotycznego). Przykładano też dużą wagę do interakcji białek w obrębie tych szlaków, korzystając z drożdżowego systemu dwuhybrydowego i analizy bioinformatycznej. Poświęcono wiele pracy na zintegrowanie różnych szlaków sygnałowych w model dynamiki molekularnej na dużą skalę, umożliwiający przewidywanie zachowania komórki w obliczu określonych bodźców lub zaburzeń wzrostu. Modelowanie biochemii komórek prowadzono w opracowanym pakiecie oprogramowania open-source o nazwie ManyCell. Oprócz nakreślenia mechanizmów związanych z transdukcją sygnału, metabolizmem i wzrostem ta metoda dynamicznego modelowania pozwoliła uzyskać bezcenną wiedzę na temat zdolności organizmów jednokomórkowych do przystosowania się do zmieniających się warunków środowiskowych. Podsumowując, zdolność do przewidywania odpowiedzi na wewnętrzne i zewnętrzne zaburzenia biologiczne staje się nową metodą na badania związków pomiędzy różnymi procesami komórkowymi. Co istotne, na dłuższą metę modele UNICELLSYS mogą mieć znaczenie dla zdrowia ludzi, umożliwiając przewidywanie wyników leczenia u danego pacjenta.
Słowa kluczowe
Drożdże, jednokomórkowe, szlak sygnałowy, leczenie chorób, biologia systemowa
