stringtranslate.com

В силиконе

Лес синтетических пирамидальных дендритов , созданный in silico с использованием законов ветвления нейронов Кахаля .

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

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 Впервые был использован 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). Представляю 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 ссылочная статья, в которой появляется 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 Санта-Клаусе. Институт 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.

Открытие лекарств с помощью виртуального скрининга

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 дорогих роботизированных лабораторий высокопроизводительного скрининга (HTS) для физического тестирования тысяч различных соединений в день, часто с ожидаемым процентом попадания порядка 1% или меньше, с еще меньшим количеством ожидается, что они станут реальными зацепками после дальнейшего тестирования (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

Были предприняты усилия по созданию компьютерных моделей клеточного поведения. Например, в 2007 году исследователи разработали модель туберкулеза in silico , 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 конкретного 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

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

Технологии компьютерного моделирования In silico также применяются в:

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Группы Google». groups.google.com . Проверено 05 января 2020 г.
  2. ^ Хамерофф, SR (11 апреля 2014 г.). Абсолютные вычисления: биомолекулярное сознание и нанотехнологии. Эльзевир. 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; 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 
  5. ^ Зибург, HB (1990), «Физиологические исследования in silico », Исследования в области наук о сложности , 12 : 321–342.
  6. ^ Рериг, Юте Ф.; Авад, Лоай; Гросдидье, Орелиен; Ларье, Пьер; Строобант, Винсент; Колау, Дидье; Серундоло, Винченцо; Симпсон, Эндрю Дж.Г.; и другие. (2010), «Рациональный дизайн ингибиторов индоламин-2,3-диоксигеназы», ​​Журнал медицинской химии , 53 (3): 1172–89, doi : 10.1021/jm9014718, PMID  20055453
  7. ^ Институт исследования рака Людвига (2010, 4 февраля). 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. В кремниевой ячейке для открытия противотуберкулезного препарата. 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 другие. (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, Гаутам; 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 другие. (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, PMC 3764424 , PMID  17196978. 

Внешние ссылки

Посмотрите in silico в Викисловаре, бесплатном словаре.