Виртуальная Клетка или VCell как известно, является программной платформой, которая предлагает наиболее исчерпывающий набор возможностей моделирования и моделирования к цитобиологии в мире. Это позволяет биологам без сильной математики или навыков программирования строить модели и моделировать, как функционирует клетка. VCell сначала прибыл онлайн почти 20 лет назад, в 1998, и медицинская команда Университета Коннектикута, возглавляемая биофизиком Лесли Лою, развивала и поддержала его с тех пор. Используя VCell, биолог может предсказать то, что происходит, когда определенный препарат сталкивается с клеткой фильтрации в почке, например, или как молекула гемоглобина в эритроците имеет дело со скачком в углекислом газе.
Но до сих пор, биологу все еще были нужны сильные программные навыки, чтобы сделать подробные модели клетки на молекулярном уровне и еще больше, чем это, терпение. У каждой молекулы, вовлеченной в модель, есть определенное число государств или вещи, которые она может сделать и места, которыми это может быть. Каждая возможная комбинация молекул и их государств должна была быть закодирована вручную. И как количество увеличений подвижных частей, количество линий машинного кода делает, также.
Если Вы увеличиваете размер сетки Судоку к девять на девять, у Вас внезапно есть 6,7 sextillion возможных сценариев…, и Вы понимаете кошмар, с которым столкнулись молекулярные биологи, когда они пытались закодировать даже немного сложную биологическую систему. Общее название для этой проблемы – «комбинаторный взрыв», и решение его, названный «основанное на правилах моделирование», было развито 12 лет назад членом команды VCell Майклом Блиновым и коллегами Джеймсом Фэедером и Уильямом Хлэвэсеком, который все работали в течение того времени в Национальной лаборатории Лос-Аламоса.
Однако каждое средство моделирования, используя основанное на правилах моделирование стояло перед осложнением. Программа, детализирующая взаимодействия среди молекул, должна была быть выписана в тексте. В этом возрасте iPhone и компьютеров Вы можете провести с сильным ударом и щелчком, все ожидают, что у компьютера будет великолепный графический интерфейс.
До сих пор использование основанного на правилах моделирования не было похоже на это. Это походило больше на текстовые коробки команды, Вы можете призыв, если Вы должны провести кишки своей машины быстро. Но это получает утомительные быстрые, и ловящие ошибки в тысячах линий повторяющихся, почти но не довольно идентичный кодекс может быть невыносимым. Модели цитобиологии быстро становятся столь громоздкими, что только опытное средство моделирования или программист могут обращаться с ними.
Это резко ограничило, кто мог использовать такое моделирование.«Прежде, только программисты или опытные средства моделирования могли создать основанные на правилах модели, чтобы описать детали молекулярных взаимодействий», говорит Лою. «Мы хотели сделать основанное на правилах моделирование доступным для биологов клетки, которым действительно нужно оно».
Loew и команда VCell Майкла Блинова, Иона Морэру, Джеймса Шаффа и Дэна Вэзилеску решили сделать вещи легче. В их новой статье они описывают пользовательский интерфейс для VCell, который использует цветные формы, чтобы представлять молекулы. Формы немного походят на окрашенные кирпичи.
Пузыри показывают связывающие участки и выставочные связи линий между молекулами. Связи могут также быть различными цветами и формами, чтобы представлять различные взаимодействия.
Простая модель, описывающая гемоглобин, напоминает карту или монтажную схему.Вместо того, чтобы писать тысячи линий кодекса, биологи, использующие VCell, могут теперь просто определить свои молекулы и объяснить VCell, как они могут взаимодействовать друг с другом.
Биолог не должен волноваться о комбинаторном взрыве. Компьютер – все 60 терафлопов, 3 000 процессоров, и 2 петабайта хранения, принятого в здании Клетки и Генома здоровья Университета Коннектикута – обращаются с ним.Лою и Блинов полагают, что новая версия VCell существенно расширит число людей, которые могут использовать основанное на правилах моделирование. Это вызвано тем, что это позволяет ученым использовать исчерпывающий набор методов моделирования, доступных в VCell с основанными на правилах моделями в единственной, объединенной, легкой в использовании окружающей среде программного обеспечения.
Теперь, обученный биолог должен быть в состоянии занять день, чтобы пройти обучающие программы на территории и изучить достаточно, чтобы выяснить, как смоделировать новую проблему на VCell. Ранее, было приблизительно 5 800 активных пользователей VCell глобально (Вы можете авторизоваться отовсюду, у которого есть подключение к Интернету). Те средства моделирования создали 76 600 моделей и управляют приблизительно 479 000 различных моделирований на них.
Эти моделирования проверяют все от того, вызывает ли определенная мутация рак к тому, как новый препарат мог бы взаимодействовать с сердцем. И с недавно выпущенной версией VCell, должно увеличиться число активных пользователей.
До сих пор VCell не помог с игрой в Судоку. Но кто-то мог бы просто написать модель для этого.