Исследователи из Университета Иллинойса создали настолько точную компьютерную модель живой клетки, что она прожила на экране полный жизненный цикл: росла, копировала ДНК, синтезировала белки и разделилась на две. На это ушло шесть дней вычислений. В реальном мире тот же процесс у бактерии занимает 105 минут. Работа опубликована в журнале Cell.
Что за клетку взяли для модели?
Чтобы не усложнять себе жизнь, ученые выбрали так называемую «минимальную клетку» — бактерию Syn3A, созданную специально для экспериментов. У нее меньше 500 генов (для сравнения: у кишечной палочки их около 4000). В геноме оставили только самое необходимое: гены для роста, копирования ДНК и деления.
Но даже такая упрощенная клетка оказалась дьявольски сложной системой. Внутри нее непрерывно движутся тысячи молекул, пространство забито под завязку, и чтобы хоть что-то разглядеть, ученым приходилось временно «выключать» на экране часть элементов.
Как это моделировали?
Разработка заняла несколько лет и потребовала мощных графических процессоров. Особенно тяжело далась репликация ДНК — этот процесс почти вдвое замедлял симуляцию. Пришлось разделить задачи: один графический чип отвечал за копирование генома, другой — за все остальное.
Модель не отслеживает каждый атом (это было бы слишком), а использует усредненную динамику молекул. Но точность все равно поражает: в серии экспериментов время жизни виртуальной клетки отклонялось от реального всего на пару минут.
Зачем это нужно?
Такая модель — мощнейший инструмент для биологов. Теперь можно одновременно наблюдать за сотнями процессов внутри клетки и видеть, как они связаны. Например, как изменение обмена веществ влияет на копирование ДНК или как собираются рибосомы.
Это не просто красивая анимация, а рабочий инструмент для понимания основ жизни.