211service.com
Biologia w krzemie
Komputery zdolne do naśladowania życia od dawna są koszmarami science fiction — pomyśl o Terminatorze lub HAL 9000 z 2001 r. Ale dla naukowców, którzy usiłują zrozumieć ogromne ilości nowych danych biologicznych, oraz dla firm farmaceutycznych, którym zależy na obniżeniu kosztów i przyspieszeniu rozwoju , posiadanie dokładnych symulacji komputerowych żywych systemów to wciąż marzenie. Aby spełnić to marzenie, zwracają się do biologii in silico, budując komputerowe modele skomplikowanych procesów zachodzących wewnątrz komórek, narządów, a nawet ludzi. Ostateczny cel: cały organizm wymodelowany w krzemie, co pozwoli naukowcom testować nowe terapie, podobnie jak inżynierowie latają nowymi projektami samolotów na superkomputerach.
Przez ponad dekadę chemicy medyczni starali się uczynić odkrywanie leków bardziej racjonalnymi, używając komputerów do symulacji, jak na przykład nowa cząsteczka leku wiąże się z receptorem. Jednak dzisiejsze modele komputerowe wykraczają daleko poza to, wykorzystując dane z różnych obszarów, od sekwencjonowania genomu po badania kliniczne, aby przyjrzeć się, jak potencjalny lek wpływa na całe systemy biologiczne. Stworzenie wirtualnej komórki lub, jeszcze lepiej, wirtualnego pacjenta na serce jest wciąż w toku, ale nawet wczesne modele mogą wpłynąć na ogromne koszty opracowywania nowych leków.
Ta historia była częścią naszego wydania z marca 2001 r.
- Zobacz resztę numeru
- Subskrybuj
Według danych branżowych opracowanie i przetestowanie leku za pomocą tradycyjnych metod zajmuje średnio 500 milionów dolarów i 15 lat; Według niedawnego raportu PricewaterhouseCoopers, technologie in silico mogą zaoszczędzić co najmniej 200 milionów dolarów i dwa do trzech lat na lek. Jednym z powodów jest to, że proces testowania leków – podczas którego związek jest badany na zwierzętach, a następnie na ludziach – jest daleki od skuteczności. Według statystyk amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków, próby na ludziach kończą się niepowodzeniem w przypadku 70 do 75 procent wprowadzanych do nich leków. Niektóre próby kończą się niepowodzeniem tylko dlatego, że dawka jest niewłaściwa.
Aby uświadomić sobie, jak nieefektywne może być takie podejście oparte na próbach i błędach, Thomas Paterson, dyrektor naukowy Menlo Park, Entelos z siedzibą w Kalifornii, dokonuje następującego porównania: gdyby Boeing opracował samoloty w sposób, w jaki przemysł farmaceutyczny opracowuje leki, opracować 10 bardzo różnych samolotów, latać nimi, a ten, który się nie rozbije, zostanie sprzedany United Airlines. Dlatego firmy takie jak Entelos i Princeton, NJ’s Physiome Sciences opracowują modele komputerowe, które można wykorzystać zarówno do identyfikacji celów molekularnych dla nowych leków, jak i do symulacji badań klinicznych. Na przykład niemiecki gigant farmaceutyczny Bayer z Leverkusen wykorzystuje jeden z modeli Entelosa do oceny potencjalnego leku dla astmatyków, testując różne typy pacjentów i schematy leczenia na komputerze.
Internet może stać się kluczowym narzędziem w opracowywaniu takich modeli, umożliwiając naukowcom współpracę na całym świecie. Dlatego Physiome nawiązał współpracę z Bioengineering Research Group z Uniwersytetu w Auckland w Nowej Zelandii, aby opracować otwarty język komputerowy do modelowania biologicznego. Ten język, zwany cellML, jest dostępny pod adresem www.cellml.org . Pomysł, mówi wiceprezes wykonawczy Physiome, Thomas Colatsky, polega na tym, że naukowcy będą mogli budować modele we wspólnym formacie i udostępniać je w Internecie.
Mimo to wielu uważa, że naukowcy zajmujący się lekami są zbyt wcześnie, aby wypuszczać szczury laboratoryjne na wolność. Leslie Loew, członek rady doradczej cellML i dyrektor Centrum Technologii Obrazowania Biomedycznego przy University of Connecticut Health Center, udostępnił w Internecie swój własny zestaw narzędzi do modelowania: wirtualną komórkę, pod adresem www.nrcam.uchc.edu . Loew przewiduje, że w ciągu pięciu lat oprogramowanie do modelowania stanie się rutynowym, być może niezbędnym narzędziem dla każdego, kto chce zrozumieć, jak działają komórki. Ale, ostrzega Loew, zbudowanie kompletnych, bardzo dokładnych modeli całych komórek, nie mówiąc już o narządach czy całych organizmach, zajmie jeszcze wiele lat. Profesor bioinformatyki Masaru Tomita, którego grupa na Uniwersytecie Keio w Fujisawa w Japonii umieścił swoje oprogramowanie do symulacji E-Cell w sieci pod adresem www.e-cell.org-zgadza się . Podczas gdy E-Cell ma na celu modelowanie całych komórek i ostatecznie interakcji między tuzinem lub mniejszą liczbą komórek, Tomita mówi, że modelowanie czegokolwiek bardziej złożonego byłoby zupełnie inną grą w piłkę.