Programar un experimento de biología molecular puede ser similar a jugar Sudoku; ambos son simples si trabajas con solo unas pocas moléculas o una pequeña cuadrícula, pero explotan en complejidad a medida que crecen. Ahora, en un artículo publicado en octubre.3 en el Revista biofísica , los investigadores del Proyecto de Células Virtuales de UConn Health han hecho que sea mucho más fácil para los biólogos celulares construir modelos biológicos complejos.
Virtual Cell, o VCell como se le conoce, es una plataforma de software que ofrece el conjunto más completo de capacidades de modelado y simulación para la biología celular en el mundo. Permite a los biólogos sin grandes habilidades en matemática o programación de computadoras construir modelos y simular cómouna célula funciona. VCell se puso en línea por primera vez hace casi 20 años, en 1998, y el equipo de UConn Health encabezado por la biofísica Leslie Loew lo ha desarrollado y mantenido desde entonces. Utilizando VCell, un biólogo puede predecir qué sucede cuando un determinado medicamento encuentra una célula de filtraciónen el riñón, por ejemplo, o cómo una molécula de hemoglobina en un glóbulo rojo trata con un pico de dióxido de carbono.
Pero hasta ahora, un biólogo todavía necesitaba fuertes habilidades de programación para hacer modelos celulares detallados a nivel molecular, e incluso más que eso, paciencia. Cada molécula involucrada en un modelo tiene un cierto número de estados, o cosas que puede hacer ylugares donde puede estar. Cada combinación posible de moléculas y sus estados tuvo que ser codificada a mano. Y a medida que aumenta el número de partes móviles, también aumenta el número de líneas de código de computadora. Si aumenta el tamaño de una cuadrícula de Sudokude nueve a nueve, de repente tienes 6,7 sextillones de escenarios posibles ... y te haces una idea de la pesadilla que enfrentan los biólogos moleculares cuando intentan codificar incluso un sistema biológico ligeramente complejo. El nombre común para este problema es una "explosión combinatoria,"y la solución a esto, llamada" modelado basado en reglas ", fue desarrollada hace 12 años por el miembro del equipo de VCell Michael Blinov y sus colegas James Faeder y William Hlavacek, quienes trabajaron durante ese tiempo en el Laboratorio Nacional de Los Alamos.
Sin embargo, cada modelador que usó modelos basados en reglas enfrentó una complicación. El programa que detalla las interacciones entre las moléculas tuvo que escribirse en texto. En esta era de iPhones y computadoras que puede navegar con solo deslizar y hacer clic, todos esperan que una computadora tengauna interfaz gráfica magnífica. Hasta ahora, el uso del modelado basado en reglas no era así. Se parecía más a los cuadros de comando de texto que puede llamar si necesita navegar por las tripas de su máquina rápidamente. Pero se vuelve agotador rápidamente, yLa captura de errores en miles de líneas de código repetitivo, casi pero no idéntico, puede ser enloquecedor. Los modelos de biología celular se vuelven tan difíciles de manejar que solo un modelador o programador experimentado puede manejarlos. Esto limitaba enormemente quién podría usar dicho modelado.
"Antes, solo los programadores o modeladores experimentados podían crear modelos basados en reglas para describir los detalles de las interacciones moleculares", dice Loew. "Queríamos poner a disposición de los biólogos celulares que realmente lo necesitan modelos basados en reglas".
Loew y el equipo de VCell de Michael Blinov, Ion Moraru, James Schaff y Dan Vasilescu decidieron facilitar las cosas. En su nuevo documento, describen una interfaz de usuario para VCell que usa formas de colores para representar moléculas.como los ladrillos de colores. Las burbujas muestran sitios de unión y las líneas muestran enlaces entre moléculas. Los enlaces también pueden tener diferentes colores y formas para representar diferentes interacciones. Un modelo simple que describe la hemoglobina se asemeja a un mapa o diagrama de cableado.
En lugar de escribir miles de líneas de código, los biólogos que usan VCell ahora solo pueden definir sus moléculas y explicarle a VCell cómo pueden interactuar entre sí. El biólogo no tiene que preocuparse por la explosión combinatoria. La computadora - todo60 teraflops, 3.000 procesadores y 2 petabytes de almacenamiento alojados en el edificio Cell and Genome de UConn Health, lo manejan.
Loew y Blinov creen que la nueva versión de VCell ampliará drásticamente la cantidad de personas que pueden usar el modelado basado en reglas. Esto se debe a que permite a los científicos usar el conjunto integral de métodos de simulación disponibles en VCell con modelos basados en reglas en unentorno de software único, unificado y fácil de usar.
Ahora, un biólogo capacitado debería poder tomarse un día para revisar los tutoriales en el sitio y aprender lo suficiente como para descubrir cómo modelar un nuevo problema en VCell. Anteriormente, había alrededor de 5,800 usuarios activos de VCell en todo el mundo ustedpuede iniciar sesión desde cualquier lugar que tenga conexión a Internet. Esos modeladores crearon 76,600 modelos y ejecutaron alrededor de 479,000 simulaciones diferentes. Estas simulaciones prueban todo, desde si cierta mutación causa cáncer hasta cómo un nuevo medicamento podría interactuar con el corazón.con la versión recién lanzada de VCell, la cantidad de usuarios activos debería aumentar.
Hasta ahora, VCell no ha ayudado con un juego de Sudoku. Pero alguien podría escribir un modelo para eso.
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Materiales proporcionado por Universidad de Connecticut . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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