Сухая лаборатория
– Сухая лаборатория это лаборатория, в которой характер экспериментов не предполагает значительного риска. Это контрастирует с мокрой лабораторией , где необходимо иметь дело с различными типами химикатов и биологическими опасностями. Примером сухой лаборатории является лаборатория, в которой вычислительный или прикладной математический анализ выполняется на основе компьютерной модели для моделирования явления в физической сфере. [1] Примеры таких явлений включают изменение квантовых состояний молекулы, горизонт событий черной дыры или что-либо еще, что в противном случае было бы невозможно или слишком опасно наблюдать в обычных лабораторных условиях. Этот термин также может относиться к лаборатории, в которой используется преимущественно электронное оборудование, например, к лаборатории робототехники. Сухая лаборатория также может относиться к лабораторному помещению для хранения сухих материалов. [2]
Сухая лаборатория может также относиться к предоставлению вымышленных (но правдоподобных) результатов вместо проведения назначенного эксперимента или проведения систематического обзора .
В кремниевой химии
[ редактировать ]Поскольку вычислительная мощность выросла в геометрической прогрессии, этот подход к исследованиям, часто называемый in silico (в отличие от in vitro и in vivo ), привлек все больше внимания, особенно в области биоинформатики . Более конкретно, в рамках биоинформатики — это изучение белков или протеомики , которое представляет собой выяснение их неизвестных структур и закономерностей сворачивания. Общий подход к выяснению структуры белка заключался в том, чтобы сначала очистить белок, кристаллизовать его, а затем направить рентгеновские лучи через такой очищенный кристалл белка, чтобы наблюдать, как эти рентгеновские лучи преломляются в определенный рисунок - процесс, называемый рентгенографией. лучевая кристаллография . Однако многие белки, особенно встроенные в клеточные мембраны, практически невозможно кристаллизовать из-за их гидрофобной природы. Хотя существуют и другие методы, такие как построение графиков Рамачандрана и масс-спектрометрия , они сами по себе обычно не приводят к полному выяснению структуры белка или механизмов сворачивания.
Распределенные вычисления
[ редактировать ]В качестве средства преодоления ограничений этих методов такие проекты, как Folding@home и Rosetta@home, направлены на решение этой проблемы с помощью компьютерного анализа. Этот способ определения структуры белка называется предсказанием структуры белка . Хотя во многих лабораториях используется несколько иной подход, основная идея заключается в том, чтобы найти среди множества конформаций белка конформацию, которая имеет наименьшую энергию, или, в случае Folding@Home, найти белки с относительно низкой энергией, которые могут вызвать белок неправильно сворачивается и агрегирует другие белки — как в случае серповидноклеточной анемии . Общая схема в этих проектах заключается в том, что небольшое количество вычислений анализируется или отправляется для расчета на компьютер, обычно на домашний компьютер, а затем этот компьютер анализирует вероятность того, что конкретный белок примет определенную форму или конформацию. В зависимости от количества энергии, необходимой для того, чтобы этот белок оставался в этой форме, этот способ обработки данных обычно называется распределенные вычисления . Этот анализ проводится на чрезвычайно большом количестве различных конформаций благодаря поддержке сотен тысяч домашних компьютеров с целью найти конформацию с наименьшей возможной энергией или набор конформаций с наименьшей возможной энергией относительно любых конформаций. это просто немного разные. Хотя сделать это довольно сложно, можно, наблюдая за энергетическим распределением большого числа конформаций, несмотря на почти бесконечное число различных конформаций белка, возможных для любого данного белка (см. Парадокс Левинталя ), с достаточно большим количеством белковых энергетических конформаций. Выборки позволяют относительно точно предсказать, какая конформация в диапазоне конформаций имеет ожидаемую наименьшую энергию, используя методы статистического вывода . Существуют и другие факторы, такие как концентрация соли, pH, температура окружающей среды или шаперонины (белки, которые помогают в процессе сворачивания других белков), которые могут сильно повлиять на то, как сворачивается белок. Однако если будет показано, что данный белок сворачивается сам по себе, особенно in vitro эти выводы могут быть дополнительно подтверждены. Как только мы сможем увидеть, как сворачивается белок, мы сможем увидеть, как он работает в качестве катализатора или во внутриклеточной коммуникации, например, во взаимодействии нейрорецептора и нейротрансмиттера. Также можно гораздо лучше понять, как определенные соединения можно использовать для усиления или предотвращения функции этих белков и какую роль выясненный белок в целом играет в заболевании. [3]
Существует множество других направлений исследований, в которых применяется подход «сухой лаборатории». Недавно были изучены и другие физические явления, такие как звук, свойства недавно открытых или гипотетических соединений и модели квантовой механики. [ когда? ] уделялось больше внимания в этой области подхода.
Как метод обмана
[ редактировать ]Сухая лаборатория, подразумевающая процесс утверждения результатов без фактического выполнения лабораторной работы, является общеизвестной теневой практикой, которая применялась на протяжении веков. Хотя сухие лаборатории сегодня представляют собой огромную проблему и в некоторых случаях ставят под сомнение современные исследования, их использование восходит к Архимеду , который утверждал, что более тяжелые объекты падают быстрее, а более легкие объекты падают медленнее, фактически не проводя эксперименты самостоятельно. Его ошибка не была полностью исправлена до времен Симона Стевина и Галилея .
См. также
[ редактировать ]- Вычислительная химия
- Вычислительная наука
- Компьютерное моделирование
- Вычислительная физика
- В силиконе
- Прогнозирование структуры белка
- Мокрая лаборатория
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «сухая лаборатория» . Мерриам-Вебстер. Архивировано из оригинала 28 января 2013 года . Проверено 22 февраля 2013 г.
- ^ «Лаборатория: Сухой» . Национальный институт строительных наук . Проверено 22 февраля 2013 г.
- ^ «Часто задаваемые вопросы по изучению болезней Folding@home» . Стэнфордский университет. Архивировано из оригинала 25 августа 2012 года . Проверено 22 февраля 2013 г.