Разработана первая математическая модель, описывающая целый живой организм.

Компьютерная модель микроорганизма


Те "капли", которые Вы видите на нижеприведенном снимке, являются бактериями-паразитами Mycoplasma genitalium, которые живут в организме некоторых людей. Ученые из Стэнфордского университета и Института Дж. Крэйга Вентера (J. Craig Venter Institute) создали компьютерную математическую модель этого микроскопического "монстра", которая является первой математической моделью, описывающей полностью все аспекты живого организма, и позволяющей виртуальному микроорганизму жить и размножаться внутри компьютера.

Несмотря на небольшие размеры и биологическую простоту микроорганизма Mycoplasma genitalium, он все еще является достаточно сложным биологическим объектом. Каждые из 525 генов бактерии отвечает за взаимодействия ДНК, РНК, белков, метаболитов и 24 других уникальных видов органических молекул. Само по себе изучение взаимодействия всех этих материалов является сложнейшей и монументальной научной задачей. Созданная математическая модель охватывает не только взаимодействия между составными частями микроорганизма, включая каждый ген и его функцию, она моделирует весь жизненный цикл его существования.

Микроорганизмы Mycoplasma genitalium


Причиной создания такой сложной математической модели является необходимость подробного изучения процессов, происходящих в живых организмах на самом низком уровне. Впоследствии это станет основой новых методов диагностики и лечения заболеваний различного рода. Так же как архитекторы и инженеры-конструкторы анализируют конструкции зданий, самолетов и машин на компьютере, прежде чем воплотить их в реальности, ученые-биологи с помощью систем "био-CAD", смогут проводить предварительные биологические эксперименты внутри компьютера на высокой скорости. Это позволит наладить серийное производство сложных фармацевтических препаратов и создать синтетические формы жизни, выполняющие определенные функции.

Созданная математическая модель реализована на известной математической платформе MATLAB. Кластеру, работающему под управлением операционной системы Linux и имеющему 128 высокопроизводительных вычислительных ядер, потребовалось 10 часов времени, что бы добраться до момента, когда моделируемый организм M. Genitalium дошел до точки его размножения делением. Это показывает то, что математическая модель работает практически в режиме реального времени, так как настоящим микроорганизмам M. Genitalium также требуется около 10 часов, что бы дойти до конца своего жизненного цикла.

Структура математической модели


Следующим шагом ученых будет попытка создания модели более сложного микроорганизма. Но для расчета такой модели вычислительной мощности обычного компьютера может уже быть недостаточно, к примеру, более сложный и более полезный с научной точки зрения микроорганизм вида E. Coli имеет 4288 генов и делится каждые 30 минут, что указывает на более быстрые и более сложные молекулярные взаимодействия.

К счастью, вычислительные мощности в последнее время стремительно дешевеют, поэтому аппаратные средства, которые позволят выполнить моделирование сложных микроорганизмов, можно приобрести за разумные деньги. Этот факт может стать тем, что математическое моделирование организмов становится доступным все большему кругу ученых и имеет потенциал стать основой медицины следующего поколения.




Ключевые слова:
Микроорганизм, Математическая, Модель, Гены, ДНК, Белок, Молекула, Жизнь, Цикл, Компьютер, Суперкомпьютер

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Ученые работают над созданием первой трехмерной модели живой клетки
  • Суперкомпьютер Sequoia строит модель человеческого сердца с беспрецедентной ...
  • Как рождаются планеты?
  • Программа SimPortland компании IBM - математическая симуляция реального гор ...
  • Ученые провели трехмерное моделирование катастрофической "смерти" массивн ...




  • 26 июля 2012 08:03
    #1 Написал: CoJIb

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1155
    Мдя скоро людей-Х... поставят на поток am
        
    26 июля 2012 13:59
    #2 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3857
    вида E. Coli имеет 4288 генов и делится каждые 30 минут

    Боюсь, что для такого моделирования им потребуется самый-самый суперкомпьютер, ибо между сложностью объекта и требующейся вычислительной мощностью зависимость носит экспоненциальный характер.


    --------------------
        
    26 июля 2012 14:13
    #3 Написал: volod

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1489
    с человеческими клетками так не выйдет, т.к. только сейчас начинают немного понимать механизмы их работы, но с трудом и медленно
        
    26 июля 2012 14:39
    #4 Написал: Demnus

    Публикаций: 0
    Комментариев: 270
    volod,
    Модель для того и делается чтоб понять его.
        
    26 июля 2012 15:01
    #5 Написал: paralolka

    Публикаций: 0
    Комментариев: 85
    Таким моделированием будут заниматься квантовые компьютеры
        
    26 июля 2012 15:27
    #6 Написал: Daar

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Да тоже уверенности что все правильно поняли нет. Только недавно все считали что галактики сами себя удерживают, а только недавно поняли что 80% гравитации дает темная материя, без неё галактики развалились.
        
    26 июля 2012 17:15
    #7 Написал: volod

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1489
    Demnus, чтобы было понятнее это как моделировать мозг, для начала надо изучить его структуру и то как он работает чтобы иметь точные исходные данные, а это как раз и является проблемой, нет точных данных для моделирования. Попробуйте понять процессы человечества наблюдая из космоса за ними в трубу, на это 10 жизней не хватит.
        
    26 июля 2012 21:40
    #8 Написал: CoJIb

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1155
    Надо замутить модель, мельчайших звестных частиц из них построить модель атомов далее молекул, потом из всего этого замутить модель мозга и вооля мы в виртуальной вселенной живем, и админ дописывает мельчацшие частици под новые приборы ученых и их веру. am
        
    29 июля 2012 22:04
    #9 Написал: nobolu

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Хорошая работа. Чувствуется что на создание этой модели потрачено много сил.
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.