В силиконе

В биологии и других экспериментальных науках эксперимент in silico проводится на компьютере или с помощью программного обеспечения компьютерного моделирования . Фраза на псевдо-латинском языке означает «в кремнии» (правильная латынь : in silicio ) и относится к кремнию в компьютерных чипах. Он был придуман в 1987 году как намек на латинские фразы in vivo , in vitro и in situ , которые обычно используются в биологии (особенно в системной биологии ). Последние фразы относятся соответственно к экспериментам, проводимым на живых организмах, вне живых организмов и к тем местам, где они встречаются в природе.

История [ править ]

Самое раннее известное использование этой фразы было Кристофером Лэнгтоном для описания искусственной жизни в объявлении о семинаре по этой теме в Центре нелинейных исследований Национальной лаборатории Лос-Аламоса в 1987 году. ^[1]^[2] Выражение in silico было впервые использовано для характеристики биологических экспериментов, проведенных полностью на компьютере, в 1989 году на семинаре «Клеточные автоматы: теория и приложения» в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, Педро Мирамонтесом, математиком из Национального автономного университета Мексики. (UNAM), представив доклад « Физико-химические ограничения ДНК и РНК , клеточные автоматы и молекулярная эволюция». Позднее работа была представлена Мирамонтесом как его диссертация . ^[3]

In silico использовался в официальных документах, написанных Комиссией Европейского сообщества в поддержку создания программ бактериального генома. Первая упомянутая статья, в которой фигурирует in silico, была написана французской командой в 1991 году. ^[4] Первая глава справочной книги, в которой появляется in silico, была написана Гансом Б. Зибургом в 1990 году и представлена во время Летней школы по сложным системам в Институте Санта-Фе. ^[5]

Фраза in silico первоначально применялась только к компьютерному моделированию, моделирующему естественные или лабораторные процессы (во всех естественных науках), и не относилась к расчетам, выполняемым компьютером в целом.

лекарств с помощью скрининга виртуального Открытие

Считается, что исследования in silico в медицине могут ускорить темпы открытий, одновременно снижая потребность в дорогостоящих лабораторных работах и клинических испытаниях. Один из способов добиться этого – более эффективно производить и проверять кандидатов на лекарства. Например, в 2010 году, используя алгоритм стыковки белков EADock (см. « Стыковка белков с лигандами» ), исследователи обнаружили потенциальные ингибиторы фермента, связанного с активностью рака in silico . Позже было показано, что пятьдесят процентов молекул являются активными ингибиторами in vitro . ^[6]^[7] Этот подход отличается от использования дорогостоящих роботизированных лабораторий высокопроизводительного скрининга (HTS) для физического тестирования тысяч различных соединений в день, часто с ожидаемым процентом совпадений порядка 1% или меньше, при этом ожидается, что реальных потенциальных клиентов будет еще меньше. дальнейшее тестирование (см. открытие лекарств ).

Например, этот метод использовался в исследовании по перепрофилированию лекарств с целью поиска потенциальных лекарств от COVID-19 (SARS-CoV-2). ^[8]

Клеточные модели [ править ]

Были предприняты усилия по созданию компьютерных моделей клеточного поведения. Например, в 2007 году исследователи разработали in silico модель туберкулеза , чтобы помочь в разработке лекарств, главное преимущество которой заключается в том, что она быстрее, чем темпы роста, моделируемые в реальном времени, что позволяет наблюдать интересующие явления за считанные минуты, а не месяцы. ^[9] Можно найти дополнительные работы, посвященные моделированию определенного клеточного процесса, такого как цикл роста Caulobacter crescentus . ^[10]

Эти усилия далеки от создания точной, полностью прогнозирующей компьютерной модели всего поведения клетки. Ограничения в понимании молекулярной динамики и клеточной биологии , а также отсутствие доступной вычислительной мощности компьютера вынуждают делать большие упрощающие предположения, которые ограничивают полезность существующих в моделях кремниевых клеток.

Генетика [ править ]

Цифровые генетические последовательности, полученные в результате секвенирования ДНК, можно хранить в базах данных последовательностей , анализировать (см. Анализ последовательностей ), изменять в цифровом виде или использовать в качестве шаблонов для создания новой фактической ДНК с использованием искусственного синтеза генов .

Другие примеры [ править ]

Технологии компьютерного моделирования In silico также применяются в:

Цельноклеточный анализ прокариотических и эукариотических хозяев, например E. coli , B. subtilis , дрожжей CHO или человека. , клеточных линий
Открытие потенциального лекарства от COVID-19. ^[11]
Разработка и оптимизация биопроцессов , например оптимизация выхода продукта
Моделирование онкологических клинических исследований с использованием сетевых вычислительных инфраструктур, таких как Европейская грид-инфраструктура , для повышения производительности и эффективности моделирования. ^[12]
Анализ, интерпретация и визуализация наборов гетерологичных данных из различных источников, например генома , транскриптома или протеома. данных
Валидация этапов таксономического присвоения в исследовании метагеномики травоядных. ^[13]
Белковый дизайн. Одним из примеров является RosettaDesign, пакет программного обеспечения, находящийся в стадии разработки и бесплатный для академического использования. ^[14]^[15]^[16]^[17]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ «Группы Google» . groups.google.com . Проверено 05 января 2020 г.
^ Хамерофф, СР (11 апреля 2014 г.). Абсолютные вычисления: биомолекулярное сознание и нанотехнологии . Эльзевир. ISBN 978-0-444-60009-7 .
^ Мирамонтес П. (1992) Модель клеточного автомата эволюции нуклеиновых кислот . Кандидатская диссертация. УНАМ.
^ Данчин, А; Медиг, К; Гаскуэль, О; Солдано, Х; Хено, А. (1991), «От банков данных к базам данных», Research in Microbiology , 142 (7–8): 913–6, CiteSeerX 10.1.1.637.3244 , doi : 10.1016/0923-2508(91)90073- Дж , PMID 1784830
^ Зибург, HB (1990), «Физиологические исследования in silico », Исследования в области наук о сложности , 12 : 321–342.
^ Рериг, Уте Ф.; Ховард, Лоэй; Гросдидье, Орелиен; Ларрье, Питер; Строобант, Винсент; Колау, Дидье; Серундоло, Винченцо; Симпсон, Эндрю Дж.Г.; и др. (2010), «Рациональный дизайн ингибиторов индоламин-2,3-диоксигеназы», Журнал медицинской химии , 53 (3):1172–89, : 10.1021 /jm9014718 , PMID20055453 doi
^ Институт исследования рака Людвига (4 февраля 2010 г.). Новый вычислительный инструмент для лечения рака . ScienceDaily . Проверено 12 февраля 2010 г.
^ Ли, Ваннаджан Сангиран; Чонг, Вэй Лим; Сукумаран, Шри Деви; Нимманпипуг, Пиварат; Летчуманан, Венгадеш; Гох, Бей Хинг; Ли, Жёрн-Хан; м-р Зейн, Шарифуддин; Абд Рахман, Нурсаада (2020). «Вычислительный скрининг и выявление связывающего взаимодействия противовирусных и противомалярийных препаратов: на пути к потенциальному лечению SARS-CoV-2» . Прогресс в открытии лекарств и биомедицинской науке . 3 . дои : 10.36877/pddbs.a0000065 .
^ Университет Суррея. 25 июня 2007 г. In Silico Cell для открытия противотуберкулезных препаратов . ScienceDaily . Проверено 12 февраля 2010 г.
^ Ли, С; Бражник П; Собрал, Б; Тайсон, Джей-Джей (2009). «Временный контроль асимметричного цикла деления клеток у Caulobacter crescentus» . ПЛОС Компьютерная Биол . 5 (8): e1000463. Бибкод : 2009PLSCB...5E0463L . дои : 10.1371/journal.pcbi.1000463 . ПМК 2714070 . ПМИД 19680425 .
^ Ли, Ваннаджан Сангиран; Чонг, Вэй Лим; Сукумаран, Шри Деви; Нимманпипуг, Пиварат; Летчуманан, Венгадеш; Гох, Бей Хинг; Ли, Жёрн-Хан; м-р Зейн, Шарифуддин; Абд Рахман, Нурсаада (2020). «Вычислительный скрининг и выявление связывающего взаимодействия противовирусных и противомалярийных препаратов: на пути к потенциальному лечению SARS-CoV-2» . Прогресс в открытии лекарств и биомедицинской науке . 3 . дои : 10.36877/pddbs.a0000065 .
^ Афанаилей, Феодор; и др. (2011). «Использование сеточных технологий для моделирования клинических испытаний: парадигма радиационной онкологии in silico». МОДЕЛИРОВАНИЕ: Труды Международного общества моделирования и моделирования . 87 (10): 893–910. дои : 10.1177/0037549710375437 . S2CID 206429690 .
^ Чуа, Физилия Ю.С.; Крэмптон-Платт, Алекс; Ламмерс, Юрий; Алсос, Ингер Г.; Боссенкул, Санне; Боманн, Кристина (2021). «Метагеномика: жизнеспособный инструмент для реконструкции рациона травоядных» . Ресурсы молекулярной экологии . 21 (7): 2249–2263. дои : 10.1111/1755-0998.13425 . ПМЦ 8518049 . ПМИД 33971086 .
^ Лю, Ю; Кульман, Б. (июль 2006 г.), «Сервер RosettaDesign для дизайна белков», Nucleic Acids Research , 34 (проблема с веб-сервером): W235–8, doi : 10.1093/nar/gkl163 , PMC 1538902 , PMID 16845000
^ Дантас, Гаутама; Кульман, Брайан; Каллендер, Дэвид; Вонг, Мишель; Бейкер, Дэвид (2003), «Крупномасштабное испытание вычислительного дизайна белков: сворачивание и стабильность девяти полностью переработанных глобулярных белков», Журнал молекулярной биологии , 332 (2): 449–60, CiteSeerX 10.1.1.66.8110 , doi : 10.1016/S0022-2836(03)00888-X , PMID 12948494 .
^ Добсон, Н.; Дантас, Г; Бейкер, Д; Варани, Г. (2006), «Структурная проверка высокого разрешения вычислительного редизайна человеческого белка U1A», Structure , 14 (5): 847–56, doi : 10.1016/j.str.2006.02.011 , PMID 16698546 .
^ Дантас, Г; Коррент, К; Райхов, С; Хавранек, Дж; Элетр, З; Изерн, Н.; Кульман, Б; Варани, Г; и др. (2007), «Структурный и термодинамический анализ с высоким разрешением экстремальной стабилизации прокарбоксипептидазы человека с помощью вычислительного дизайна белков», Journal of Molecular Biology , 366 (4): 1209–21, doi : 10.1016/j.jmb.2006.11.080 , ПМК 3764424 , ПМИД 17196978 .

Внешние ссылки [ править ]

World Wide Words: In silico
КАДАСТР. Архивировано 30 марта 2012 г. в Wayback Machine проекте седьмой рамочной программы , направленном на разработку in silico вычислительных методов для минимизации экспериментальных испытаний для регистрации, оценки, авторизации и ограничения химических веществ в соответствии с REACH.
В кремниевой биологии. Журнал моделирования и моделирования биологических систем. Архивировано 21 октября 2020 г. в Wayback Machine.
В кремниевой фармакологии

[1] «Группы Google» . groups.google.com . Проверено 05 января 2020 г.

[2] Хамерофф, СР (11 апреля 2014 г.). Абсолютные вычисления: биомолекулярное сознание и нанотехнологии . Эльзевир. ISBN 978-0-444-60009-7 .

[Miramontes-3] Мирамонтес П. (1992) Модель клеточного автомата эволюции нуклеиновых кислот . Кандидатская диссертация. УНАМ.

[Danchin-4] Данчин, А; Медиг, К; Гаскуэль, О; Солдано, Х; Хено, А. (1991), «От банков данных к базам данных», Research in Microbiology , 142 (7–8): 913–6, CiteSeerX 10.1.1.637.3244 , doi : 10.1016/0923-2508(91)90073- Дж , PMID 1784830

[Sieburg-5] Зибург, HB (1990), «Физиологические исследования in silico », Исследования в области наук о сложности , 12 : 321–342.

[6] Рериг, Уте Ф.; Ховард, Лоэй; Гросдидье, Орелиен; Ларрье, Питер; Строобант, Винсент; Колау, Дидье; Серундоло, Винченцо; Симпсон, Эндрю Дж.Г.; и др. (2010), «Рациональный дизайн ингибиторов индоламин-2,3-диоксигеназы», Журнал медицинской химии , 53 (3):1172–89, : 10.1021 /jm9014718 , PMID20055453 doi

[7] Институт исследования рака Людвига (4 февраля 2010 г.). Новый вычислительный инструмент для лечения рака . ScienceDaily . Проверено 12 февраля 2010 г.

[8] Ли, Ваннаджан Сангиран; Чонг, Вэй Лим; Сукумаран, Шри Деви; Нимманпипуг, Пиварат; Летчуманан, Венгадеш; Гох, Бей Хинг; Ли, Жёрн-Хан; м-р Зейн, Шарифуддин; Абд Рахман, Нурсаада (2020). «Вычислительный скрининг и выявление связывающего взаимодействия противовирусных и противомалярийных препаратов: на пути к потенциальному лечению SARS-CoV-2» . Прогресс в открытии лекарств и биомедицинской науке . 3 . дои : 10.36877/pddbs.a0000065 .

[9] Университет Суррея. 25 июня 2007 г. In Silico Cell для открытия противотуберкулезных препаратов . ScienceDaily . Проверено 12 февраля 2010 г.

[10] Ли, С; Бражник П; Собрал, Б; Тайсон, Джей-Джей (2009). «Временный контроль асимметричного цикла деления клеток у Caulobacter crescentus» . ПЛОС Компьютерная Биол . 5 (8): e1000463. Бибкод : 2009PLSCB...5E0463L . дои : 10.1371/journal.pcbi.1000463 . ПМК 2714070 . ПМИД 19680425 .

[11] Ли, Ваннаджан Сангиран; Чонг, Вэй Лим; Сукумаран, Шри Деви; Нимманпипуг, Пиварат; Летчуманан, Венгадеш; Гох, Бей Хинг; Ли, Жёрн-Хан; м-р Зейн, Шарифуддин; Абд Рахман, Нурсаада (2020). «Вычислительный скрининг и выявление связывающего взаимодействия противовирусных и противомалярийных препаратов: на пути к потенциальному лечению SARS-CoV-2» . Прогресс в открытии лекарств и биомедицинской науке . 3 . дои : 10.36877/pddbs.a0000065 .

[12] Афанаилей, Феодор; и др. (2011). «Использование сеточных технологий для моделирования клинических испытаний: парадигма радиационной онкологии in silico». МОДЕЛИРОВАНИЕ: Труды Международного общества моделирования и моделирования . 87 (10): 893–910. дои : 10.1177/0037549710375437 . S2CID 206429690 .

[13] Чуа, Физилия Ю.С.; Крэмптон-Платт, Алекс; Ламмерс, Юрий; Алсос, Ингер Г.; Боссенкул, Санне; Боманн, Кристина (2021). «Метагеномика: жизнеспособный инструмент для реконструкции рациона травоядных» . Ресурсы молекулярной экологии . 21 (7): 2249–2263. дои : 10.1111/1755-0998.13425 . ПМЦ 8518049 . ПМИД 33971086 .

[14] Лю, Ю; Кульман, Б. (июль 2006 г.), «Сервер RosettaDesign для дизайна белков», Nucleic Acids Research , 34 (проблема с веб-сервером): W235–8, doi : 10.1093/nar/gkl163 , PMC 1538902 , PMID 16845000

[15] Дантас, Гаутама; Кульман, Брайан; Каллендер, Дэвид; Вонг, Мишель; Бейкер, Дэвид (2003), «Крупномасштабное испытание вычислительного дизайна белков: сворачивание и стабильность девяти полностью переработанных глобулярных белков», Журнал молекулярной биологии , 332 (2): 449–60, CiteSeerX 10.1.1.66.8110 , doi : 10.1016/S0022-2836(03)00888-X , PMID 12948494 .

[16] Добсон, Н.; Дантас, Г; Бейкер, Д; Варани, Г. (2006), «Структурная проверка высокого разрешения вычислительного редизайна человеческого белка U1A», Structure , 14 (5): 847–56, doi : 10.1016/j.str.2006.02.011 , PMID 16698546 .

[17] Дантас, Г; Коррент, К; Райхов, С; Хавранек, Дж; Элетр, З; Изерн, Н.; Кульман, Б; Варани, Г; и др. (2007), «Структурный и термодинамический анализ с высоким разрешением экстремальной стабилизации прокарбоксипептидазы человека с помощью вычислительного дизайна белков», Journal of Molecular Biology , 366 (4): 1209–21, doi : 10.1016/j.jmb.2006.11.080 , ПМК 3764424 , ПМИД 17196978 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]