Ученые из Стэнфордского университета и Института Дж. Крейга Вентера создали первую программную симуляцию одноклеточного организма. Компьютерная модель основана на его полном геноме, состоящего из 525 генов, представленных примерно 583 тысячами пар азотистых оснований.
До сих пор подобным образом удавалось сымитировать работу только отдельных метаболических процессов, за которые отвечает небольшая часть генома одноклеточных. Чести обрести виртуальную жизнь была удостоена Mycoplasma genitalium – паразитический микроорганизм, с которым в последнее время связывают всё большее число заболеваний мочеполовой системы и нарушений репродуктивной функции. Выбор обусловлен тем, что у этой микоплазмы один из самых малых геномов, а потому он идеален для моделирования.
В сфере биохимических и медицинских исследований полный эмулятор бактерии позволит ускорить исследование препаратов. Одновременно станет возможным просчитывать эффекты множества кандидатов на роль активного вещества и сократить время первичного скрининга.
Для молекулярных биологов данный симулятор – беспрецедентный инструмент, позволяющий изучить механизмы внутриклеточного метаболизма в деталях. В отличие от живых бактерий, программа предоставляет массу вариантов проведения исследований. Например, можно приостановить выполнение симуляции в любой момент или изменить набор выбранных процессов. Самая же привлекательная возможность – запускать параллельные расчёты с разными исходными данными и абсолютно точными копиями виртуальных штаммов.
Компьютерная модель работает на кластере из 128 компьютеров, имитируя полный цикл жизни микоплазмы. В ней учитывается взаимодействие всех ключевых молекул, один только перечень категорий которых составляет 28 пунктов.
Особо отмечается, что в данном эмуляторе достигнута небывалая точность. Для проверки корректности всех биохимических реакций были использованы литературные данные свыше 900 научных работ, посвящённых изучению данной микоплазмы.
Дальнейшая работа направлена на создание аналогичных моделей более сложных организмов. Когда-нибудь дойдёт очередь и до человека, но сегодня даже геном кишечной палочки слишком сложен для её компьютерной симуляции.