Forskere simulerer hele livsforløbet i en bakterie

Forskere fra Stanford University og J. Craig Venter Institute, har for første gang simuleret hele livsforløbet af en encellet-bakterie, Mycoplasma genitalium via software. Mycoplasma genitalium har 525 gener, som er det mindste genom i en celle, og den næstmindste bakterie.

I dag bruges der allerede software til at modellere molekyler og simple cellefunktioner. Dr. Markus W. Covert fra Stanford University siger dog, at deres software adskiller sig fra andres arbejde på området.

Dr. Markus W. Covert, Stanford University skrev:

Where I think our work is different is that we explicitly include all of the genes and every known gene function. There’s no one else out there who has been able to include more than a handful of functions or more than, say, one-third of the genes.

Simuleringen kørte på et cluster af 128 computere, som simulerede hele livsforløbet af Mycoplasma genitalium på et molekylært niveau. Dette indebar at holde styr på interaktionen mellem 28 forskellige kategorier af molekyler, som blandt andet tæller DNA, RNA og metabolitter. Selve simuleringen bygger på objektorienteret programmering, hvor de enkelte objekter simulerer enkelte cellefunktioner.

For at validere deres resultater har forskerne brugt over 900 artikler til at undersøge om simuleringen var i overensstemmelse med de empiriske resultater.

Dr. Markov W. Covert er fascineret over det faktum, at det tager cirka 10 timer og 0,5 GB data at simulere en celledeling.

Dr. Markov W. Covert, Stanford University skrev:

Right now, running a simulation for a single cell to divide only one time takes around 10 hours and generates half a gigabyte of data. I find this fact completely fascinating, because I don’t know that anyone has ever asked how much data a living thing truly holds. We often think of the DNA as the storage medium, but clearly there is more to it than that.

Peter L. Freddolino og Saeed Tavazoie fra Columbia University har udtalt, at dette er et vigtigt skridt indenfor bioinformatik, hvor området også har oplevet at syntesere et genom fra en bakterie.

Peter L. Freddolino og Saeed Tavazoie, Columbia University skrev:

The model presented by the authors is the first truly integrated effort to simulate the workings of a free-living microbe, and it should be commended for its audacity alone. This is a tremendous task, involving the interpretation and integration of a massive amount of data.

Dr. Markov W. Covert ser frem til at prøve at simulere mere komplekse celler.

Dr. Markov W. Covert, Stanford University skrev:

The real question on our minds is: what happens when we bring this to a bigger organism, like E. coli, yeast or even eventually a human cell?

Forskerne håber at de med dette skridt i fremtiden kan lave virtuelle laboratorier, hvor de kan foretage tusindvis af simuleringer, der i sidste ende kan føre til ny forståelse af cellefunktioner.