Латинская фраза, относящаяся к компьютерному моделированию.
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
Считается, что исследования in silico в медицине могут ускорить темпы открытий, одновременно снижая потребность в дорогостоящих лабораторных работах и клинических испытаниях. Одним из способов достижения этого является более эффективное производство и скрининг кандидатов на лекарственные препараты. Например, в 2010 году с помощью алгоритма 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 ).
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.
Моделирование онкологических клинических испытаний с использованием инфраструктур сетевых вычислений , таких как Европейская сетевая инфраструктура , для повышения производительности и эффективности моделирования. [12]
Проверка этапов таксономического назначения в исследовании метагеномики травоядных. [13]
Проектирование белков. Одним из примеров является RosettaDesign, программный пакет, находящийся в разработке и бесплатный для академического использования. [14] [15] [16] [17]
^ Хамерофф, SR (2014-04-11). Ultimate Computing: Biomolecular Consciousness and NanoTechnology. Elsevier. ISBN978-0-444-60009-7.
^ 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.
^ 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, HB (1990), «Физиологические исследования in silico », Исследования в области наук о сложности , 12 : 321–342
^ Рериг, Юте Ф.; Авад, Лоай; Гросдидье, Орелиен; Ларрье, Пьер; 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, doi : 10.1021/jm9014718, PMID 20055453
^ Ludwig Institute for Cancer Research (2010, 4 февраля). Новый вычислительный инструмент для лечения рака. ScienceDaily . Получено 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 For TB Drug Discovery. ScienceDaily . Получено 12 февраля 2010 г.
^ 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.
^ 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 .
^ 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.
