stringtranslate.com

В силико

Лес синтетических пирамидальных дендритов, созданных in silico с использованием законов нейронного ветвления Кахаля .

В биологии и других экспериментальных науках эксперимент in silico — это эксперимент, проводимый на компьютере или с помощью программного обеспечения для компьютерного моделирования . Фраза является псевдолатинским выражением «в кремнии» (правильная латынь : in silicio ), относящимся к кремнию в компьютерных чипах. Она была придумана 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 там, где они встречаются в природе.

История

Самое раннее известное использование этой фразы было сделано Кристофером Лэнгтоном для описания искусственной жизни в объявлении о семинаре по этой теме в Центре нелинейных исследований в Лос-Аламосской национальной лаборатории в 1987 году. [1] [2] Выражение in silico впервые было 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), который представил доклад « Физико-химические ограничения ДНК и РНК , клеточные автоматы и молекулярная эволюция». Позднее Мирамонтес представил эту работу в качестве своей диссертации . [3]

In silico использовался в официальных документах, написанных для поддержки создания программ по геному бактерий Комиссией Европейского сообщества. Первая упомянутая статья, в которой упоминается in silico, была написана французской группой в 1991 году. [4] Первая упомянутая глава книги, в которой упоминается in silico, была написана Гансом Б. Зибургом в 1990 году и представлена ​​во время Летней школы по сложным системам в Институте Санта-Фе. [5]

Термин in silico изначально применялся только к компьютерному моделированию, моделирующему естественные или лабораторные процессы (во всех естественных науках), и не относился к расчетам, выполняемым компьютером в общем смысле.

Открытие лекарств с помощью виртуального скрининга

Исследования in silico в медицине, как полагают, имеют потенциал для ускорения темпов открытия, одновременно снижая потребность в дорогостоящей лабораторной работе и клинических испытаниях. Одним из способов достижения этого является более эффективное производство и скрининг кандидатов на лекарственные препараты. Например, в 2010 году, используя алгоритм стыковки белков EADock (см. Стыковка белков и лигандов ), исследователи обнаружили потенциальные ингибиторы фермента, связанного с активностью рака in silico . Позднее 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 еще меньшее количество, как ожидается, будет реальными лидами после дальнейшего тестирования (см. Открытие лекарств ).

Например, эта техника была использована для исследования повторного использования лекарств с целью поиска потенциальных лекарств от COVID-19 (SARS-CoV-2). [8]

Модели клеток

Были предприняты попытки создать компьютерные модели поведения клеток. Например, в 2007 году исследователи разработали модель туберкулеза in silico для помощи в разработке лекарств, причем ее главное преимущество в том, что она быстрее, чем смоделированные в реальном времени темпы роста, что позволяет наблюдать интересующие явления за минуты, а не за месяцы. [9] Можно найти больше работ, которые фокусируются на моделировании определенного клеточного процесса, такого как цикл роста Caulobacter crescentus . [10]

Эти усилия далеки от точной, полностью предсказательной 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 in silico моделей клеток.

Генетика

Цифровые генетические последовательности, полученные в результате секвенирования ДНК, могут храниться в базах данных последовательностей , анализироваться (см. Анализ последовательностей ), изменяться в цифровом виде или использоваться в качестве шаблонов для создания новой фактической ДНК с использованием синтеза искусственных генов .

Другие примеры

Технологии компьютерного моделирования in silico также применяются в:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Группы Google". groups.google.com . Получено 2020-01-05 .
  2. ^ Хамерофф, SR (2014-04-11). Ultimate Computing: Biomolecular Consciousness and NanoTechnology. Elsevier. ISBN 978-0-444-60009-7.
  3. ^ Мирамонтес П. (1992) Un modelo de autómata celular para la evolución de los ácidos Nuclearcos [Модель клеточного автомата для эволюции нуклеиновых кислот]. Кандидатская диссертация. УНАМ.
  4. ^ Данчин, А.; Медиг, К.; Гаскюэль, О.; Солдано, Х.; Эно, А. (1991), «От банков данных к базам данных», Исследования в области микробиологии , 142 (7–8): 913–6, CiteSeerX 10.1.1.637.3244 , doi : 10.1016/0923-2508(91)90073-J, PMID  1784830 
  5. ^ Sieburg, HB (1990), «Физиологические исследования in silico », Исследования в области наук о сложности , 12 : 321–342
  6. ^ Röhrig, Ute F.; Awad, Loay; Grosdidier, AuréLien; Larrieu, Pierre; Stroobant, Vincent; Colau, Didier; Cerundolo, Vincenzo; Simpson, Andrew JG; et al. (2010), «Рациональный дизайн ингибиторов индоламин-2,3-диоксигеназы», ​​Journal of Medicinal Chemistry , 53 (3): 1172–89, doi :10.1021/jm9014718, PMID  20055453
  7. ^ Ludwig Institute for Cancer Research (2010, 4 февраля). Новый вычислительный инструмент для лечения рака. ScienceDaily . Получено 12 февраля 2010 г.
  8. ^ Ли, Ваннаджан Сангиран; Чонг, Вэй Лим; Сукумаран, Шри Деви; Нимманпипуг, Пиварат; Летчуманан, Венгадеш; Го, Бей Хинг; Ли, Лерн-Хан; Мд. Заин, Шарифуддин; Абд Рахман, Нурсаада (2020). «Вычислительный скрининг и выявление связывающего взаимодействия противовирусных и противомалярийных препаратов: на пути к потенциальному излечению от SARS-CoV-2». Прогресс в области открытия лекарств и биомедицинской науки . 3. doi : 10.36877/pddbs.a0000065 .
  9. ↑ Университет Суррея. 25 июня 2007 г. In Silico Cell For TB Drug Discovery. ScienceDaily . Получено 12 февраля 2010 г.
  10. ^ Ли, С; Бражник, П; Собрал, Б; Тайсон, Дж. Дж. (2009). «Временной контроль асимметричного цикла деления клеток у Caulobacter crescentus». PLOS Comput Biol . 5 (8): e1000463. Bibcode : 2009PLSCB...5E0463L. doi : 10.1371 /journal.pcbi.1000463 . PMC 2714070. PMID  19680425. 
  11. ^ Ли, Ваннаджан Сангиран; Чонг, Вэй Лим; Сукумаран, Шри Деви; Нимманпипуг, Пиварат; Летчуманан, Венгадеш; Го, Бей Хинг; Ли, Лерн-Хан; Мд. Заин, Шарифуддин; Абд Рахман, Нурсаада (2020). «Вычислительный скрининг и выявление связывающего взаимодействия противовирусных и противомалярийных препаратов: на пути к потенциальному излечению от SARS-CoV-2». Прогресс в области открытия лекарств и биомедицинской науки . 3. doi : 10.36877/pddbs.a0000065 .
  12. ^ Атанаилеас, Теодорос и др. (2011). «Использование технологий сетки для моделирования клинических испытаний: парадигма радиационной онкологии in silico». МОДЕЛИРОВАНИЕ: Труды Международного общества моделирования и моделирования . 87 (10): 893–910. doi :10.1177/0037549710375437. S2CID  206429690.
  13. ^ Chua, Physilia YS; Crampton-Platt, Alex; Lammers, Youri; Alsos, Inger G.; Boessenkool, Sanne; Bohmann, Kristine (2021). «Метагеномика: жизнеспособный инструмент для реконструкции рациона травоядных». Ресурсы молекулярной экологии . 21 (7): 2249–2263. doi : 10.1111/1755-0998.13425 . PMC 8518049. PMID  33971086 . 
  14. ^ Лю, Y; Кульман, B (июль 2006 г.), «Сервер RosettaDesign для проектирования белков», Nucleic Acids Research , 34 (выпуск веб-сервера): W235–8, doi :10.1093/nar/gkl163, PMC 1538902 , PMID  16845000 
  15. ^ Дантас, Гаутам; Кульман, Брайан; Каллендер, Дэвид; Вонг, Мишель; Бейкер, Дэвид (2003), «Крупномасштабный тест вычислительного проектирования белков: фолдинг 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), «Высокоточная структурная проверка вычислительной переделки белка U1A человека», Структура , 14 (5): 847–56, doi : 10.1016/j.str.2006.02.011 , PMID  16698546.
  17. ^ Dantas, G; Corrent, C; Reichow, S; Havranek, J; Eletr, Z; Isern, N; Kuhlman, B; Varani, G; et al. (2007), «Высокоразрешающий структурный и термодинамический анализ экстремальной стабилизации человеческой прокарбоксипептидазы с помощью компьютерного проектирования белков», Журнал молекулярной биологии , 366 (4): 1209–21, doi : 10.1016/j.jmb.2006.11.080, PMC 3764424 , PMID  17196978. 

Внешние ссылки

Найдите значение in silico в Викисловаре, бесплатном словаре.