Όλα τα ζωντανά πράγματα απαιτούν μεταβολισμό. Ο τρόπος με τον οποίο ένας οργανισμός μεταβολίζει τα θρεπτικά συστατικά είναι μια πολύπλοκη διαδικασία και η προσομοίωση των χημικών διεργασιών που συντηρούν τη ζωή είναι μια δύσκολη πρόκληση.
Θεωρητικά, η διαδικασία μπορεί να αναπαρασταθεί με μαθηματικές εξισώσεις με παραμέτρους συγκεκριμένες για κάθε οργανισμό. Ωστόσο, ο πρακτικός προσδιορισμός αυτών των παραμέτρων είναι ένα περίπλοκο ζήτημα λόγω της έλλειψης πειραματικών δεδομένων.
Οι επιστήμονες χρειάζονται γενικά πολλά πειραματικά δεδομένα και επεξεργαστική ισχύ για να βρουν αυτές τις παραμέτρους. EPFL οι επιστήμονες πρότειναν ένα υπολογιστικό πλαίσιο βασισμένο στη βαθιά μάθηση που αναπαράγει τις δυναμικές μεταβολικές ιδιότητες που παρατηρούνται σε κυττάρων. Το πλαίσιο που ονομάζεται REKINDLE θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για πιο αποτελεσματική και ακριβή μοντελοποίηση των μεταβολικών διεργασιών.
Ο Ljubisa Miskovic του Εργαστηρίου Υπολογιστικών Συστημάτων Βιοτεχνολογίας του EPFL και ο συνεργάτης της μελέτης είπε: «Το REKINDLE θα επιτρέψει στην ερευνητική κοινότητα να μειώσει τις υπολογιστικές προσπάθειες για τη δημιουργία κινητικών μοντέλων κατά πολλές τάξεις μεγέθους. Θα βοηθήσει επίσης να διατυπωθούν νέες υποθέσεις ενσωματώνοντας βιοχημικά δεδομένα σε αυτά τα μοντέλα, διευκρινίζοντας πειραματικές παρατηρήσεις και καθοδηγώντας νέες θεραπευτικές ανακαλύψεις και σχέδια βιοτεχνολογίας».
Ο Subham Choudhury, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, είπε: «Ο πρωταρχικός στόχος της μεταβολικής μοντελοποίησης είναι να περιγράψει το κυτταρική μεταβολική συμπεριφορά σε τέτοιο βαθμό που η κατανόηση και η πρόβλεψη των επιπτώσεων των παραλλαγών στις κυτταρικές καταστάσεις και τις περιβαλλοντικές συνθήκες μπορεί να δοκιμαστεί αξιόπιστα για μια ευρεία γκάμα μελετών στην υγεία, τη βιοτεχνολογία και τα συστήματα και τη συνθετική βιολογία. Ελπίζουμε ότι το REKINDLE διευκολύνει τη δημιουργία μεταβολικών μοντέλων για την ευρύτερη κοινότητα.»
Η τεχνική έχει άμεσες βιοτεχνολογικές εφαρμογές επειδή τα κινητικά μοντέλα είναι ζωτικής σημασίας για πολυάριθμες έρευνες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων για τη βιοπαραγωγή, τη στόχευση φαρμάκων, τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ μικροβίων και τη βιοαποκατάσταση.
Τσουντχάρι είπε, «Το REKINDLE χρησιμοποιεί τυπικές, ευρέως χρησιμοποιούμενες βιβλιοθήκες Python που το καθιστούν προσβάσιμο και εύκολο στη χρήση. Ο κύριος στόχος μας με αυτήν τη μελέτη είναι να ανοίξουμε το δρόμο για να γίνουν αυτού του είδους οι προσπάθειες μοντελοποίησης ανοιχτού κώδικα και προσβάσιμες, ώστε οποιοσδήποτε στις κοινότητες της συνθετικής βιολογίας και της συστημικής βιολογίας να τις χρησιμοποιήσει για τον δικό του ερευνητικό στόχο, όποιος κι αν είναι».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Choudhury, S., Moret, Μ., Salvy, Ρ. et αϊ. Ανακατασκευή Κινητικών Μοντέλων για Δυναμικές Μελέτες Μεταβολισμού με χρήση Γενετικών Αντίπαλων Δικτύων. Nat Mach Intelll 4, 710–719 (2022). DOI: 10.1038 / s42256-022-00519-y
