Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см In silico (значения) .
Лес синтетических пирамидальных дендритов, созданных in silico с использованием законов Кахала о ветвлении нейронов.

В биологии и других экспериментальных науках эксперимент in silico выполняется на компьютере или с помощью компьютерного моделирования . Это словосочетание является псевдолатинским от слова «в кремнии» и относится к кремнию в компьютерных микросхемах. 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, соответственно, относятся к экспериментам, проводимым на живых организмах, за пределами живых организмов, и где они встречаются в природе.

История [ править ]

Самое раннее известное использование этой фразы было сделано Кристофером Лэнгтоном для описания искусственной жизни в объявлении семинара по этой теме в Центре нелинейных исследований при Национальной лаборатории Лос-Аламоса в 1987 году. [1] [2] Выражение in silico впервые был использован для характеристики биологических экспериментов, полностью выполненных на компьютере, в 1989 году на семинаре «Клеточные автоматы: теория и приложения» в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, Педро Мирамонтес, математиком из Национального автономного университета Мексики (UNAM), представляя отчет « ДНК и РНКФизико-химические ограничения, клеточные автоматы и молекулярная эволюция ». Работа была позже представлена ​​Мирамонтесом как его докторская диссертация . [3]

In silico использовался в официальных документах, написанных для поддержки создания программ бактериального генома Комиссией Европейского сообщества. Первая статья, на которую ссылаются слова «in silico», была написана французской командой в 1991 году. [4] Первая упомянутая глава книги, в которой встречается « in silico », была написана Хансом Б. Зибургом в 1990 году и представлена ​​во время Летней школы по сложным вопросам. Системы в Институте Санта-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 виртуальным просмотром [ править ]

Основная статья: виртуальный просмотр

Считается, что исследования in silico в медицине могут ускорить темпы открытий, уменьшив при этом необходимость в дорогостоящих лабораторных работах и ​​клинических испытаниях. Один из способов добиться этого - более эффективно производить и проверять кандидаты на лекарства. Например, в 2010 году с помощью алгоритма стыковки белков EADock (см. Стыковку белков и лигандов ) 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 дорогостоящего высокопроизводительного грохочения.(HTS) роботизированные лаборатории для физического тестирования тысяч разнообразных соединений в день, часто с ожидаемым уровнем успешности порядка 1% или меньше, с еще меньшим количеством потенциальных клиентов после дальнейшего тестирования (см. Открытие лекарств ).

Например, этот метод был использован для исследования перепрофилирования лекарств с целью поиска потенциальных лекарств от COVID-19 (SARS-CoV-2). [8]

Модели клеток [ править ]

Были предприняты попытки установить компьютерные модели клеточного поведения. Например, в 2007 году исследователи разработали in silico модель туберкулеза, чтобы помочь в открытии лекарств, с основным преимуществом, заключающимся в том, что она быстрее, чем моделируемые в реальном времени темпы роста, что позволяет наблюдать интересующие явления в течение минут, а не месяцев. [9] Можно найти больше работ, которые сосредоточены на моделировании конкретного клеточного процесса, такого как цикл роста Caulobacter crescentus . [10]

Эти усилия далеко отстают 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 допущения, которые ограничивают полезность имеющихся моделей in silico клеток, которые очень важны для исследований рака in silico. [11]

Генетика [ править ]

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 реальной ДНК с использованием искусственного синтеза генов .

Другие примеры [ править ]

Технологии компьютерного моделирования in silico также применяются в:

  • Анализ целых клеток прокариотических и эукариотических хозяев, например E. coli , B. subtilis , дрожжей , линий клеток CHO или человека.
  • Открытие потенциального лекарства от COVID-19. [12]
  • Биопроцессов разработка и оптимизация , например , оптимизация выхода продукта
  • Моделирование онкологических клинических испытаний с использованием инфраструктуры грид-вычислений , такой как Европейская грид-инфраструктура , для повышения производительности и эффективности моделирования. [13]
  • Анализ, интерпретация и визуализация гетерологичных наборов данных из различных источников , например , геном , транскрипта или протеома данных
  • Белковый дизайн. Одним из примеров является RosettaDesign, программный пакет, который находится в стадии разработки и является бесплатным для академического использования. [14] [15] [16] [17]

См. Также [ править ]

  • Виртуальный просмотр
  • Вычислительная биология
  • Вычислительное биомоделирование
  • Компьютерный эксперимент
  • Складной @ дома
  • Сотовая модель
  • Доклинические исследования
  • Программы молекулярного дизайна in silico
  • In silico медицина
  • Сухая лаборатория


Ссылки [ править ]

  1. ^ "Группы Google" . groups.google.com . Проверено 5 января 2020 .
  2. ^ Хамероф, СР (2014-04-11). Окончательные 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 nucleicos [Модель клеточного автомата для эволюции нуклеиновых кислот]. Кандидатская диссертация. UNAM.
  4. ^ Данчин, А; Médigue, C; Гаскуэль, О; Soldano, H; Hénaut, 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. ^ Зибург, HB (1990), «Физиологические исследования in silico », Исследования в области наук о сложности , 12 : 321–342
  6. ^ Röhrig, Ute F .; Авад, Лоай; Grosdidier, AuréLien; Ларье, Пьер; Строобант, Винсент; Колау, Дидье; Керундоло, Винченцо; Симпсон, Эндрю JG; и другие. (2010), "Рациональный дизайн Indoleamine 2,3-диоксигеназа ингибиторы", Журнал медицинской химии , 53 (3): 1172-89, DOI : 10.1021 / jm9014718 , PMID 20055453 
  7. Перейти ↑ Ludwig Institute for Cancer Research (2010, 4 февраля). Новый вычислительный инструмент для лечения рака . ScienceDaily . Проверено 12 февраля 2010 года.
  8. ^ Ли, Vannajan Sanghiran; Чонг, Вей Лим; Сукумаран, Шри Деви; Нимманпипуг, Пиварат; Летчуманан, Венгадеш; Го, Бей Хинг; Ли, Жуж-Хан; М. Заин, Шарифуддин; Абд Рахман, Нурсаада (2020). «Компьютерный скрининг и определение связывающего взаимодействия противовирусных и противомалярийных препаратов: к потенциальному излечению от SARS-CoV-2» . Прогресс в открытии лекарств и биомедицинской науке . 3 . DOI : 10,36877 / pddbs.a0000065 .
  9. ^ Университет Суррея. 25 июня 2007 г. Камера In Silico для открытия лекарств от туберкулеза . ScienceDaily . Проверено 12 февраля 2010 года.
  10. ^ Ли, S; Бражник, П; Собрал, Б; Тайсон, Дж. Дж. (2009). «Временные регуляторы цикла асимметричного деления клеток в Caulobacter crescentus» . PLOS Comput Biol . 5 (8): e1000463. Bibcode : 2009PLSCB ... 5E0463L . DOI : 10.1371 / journal.pcbi.1000463 . PMC 2714070 . PMID 19680425 .  
  11. ^ ЖанКуартье, Клэр; Жанкуартье, Флер; Юрисица, Игорь; Хольцингер, Андреас (2018). «Исследование рака in silico в направлении 3R» . Springer / Nature BMC Cancer . 18 (1): e408. DOI : 10,1186 / s12885-018-4302-0 . PMC 5897933 . PMID 29649981 .  
  12. ^ Ли, Vannajan Sanghiran; Чонг, Вей Лим; Сукумаран, Шри Деви; Нимманпипуг, Пиварат; Летчуманан, Венгадеш; Го, Бей Хинг; Ли, Жуж-Хан; М. Заин, Шарифуддин; Абд Рахман, Нурсаада (2020). «Компьютерный скрининг и определение связывающего взаимодействия противовирусных и противомалярийных препаратов: к потенциальному излечению от SARS-CoV-2» . Прогресс в открытии лекарств и биомедицинской науке . 3 . DOI : 10,36877 / pddbs.a0000065 .
  13. ^ Athanaileas, Теодорос; и другие. (2011). «Использование сетевых технологий для моделирования клинических испытаний: парадигма in silico радиационной онкологии». МОДЕЛИРОВАНИЕ: Труды Общества моделирования и моделирования International . 87 (10): 893–910. DOI : 10.1177 / 0037549710375437 . S2CID 206429690 . 
  14. ^ Лю, Y; Кульман, Б. (июль 2006 г.), «Сервер RosettaDesign для дизайна 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), «A Большого Тест Шкала Вычислительного Protein Design: Складный и стабильность девять полностью переработана глобулярные белки», Журнал молекулярной биологии , 332 (2): 449-60, CiteSeerX 10.1.1.66.8110 , дои : 10.1016 / S0022-2836 (03) 00888-X , PMID 12948494 .  
  16. ^ Добсон, N; Дантас, G; Бейкер, Д; Varani, G (2006), "High-Resolution Структурной Валидация вычислительного Редизайна человеческого U1a белок", структура , 14 (5): 847-56, DOI : 10.1016 / j.str.2006.02.011 , PMID 16698546 . 
  17. ^ Дантас, G; Corrent, C; Reichow, S; Havranek, J; Элетр, З; Изерн, N; Kuhlman, B; Варани, G; и другие. (2007), "высокое разрешение Структурная и термодинамического анализ экстремальных стабилизации человеческого прокарбоксипептидаза вычислительной Protein Design", Журнал молекулярной биологии , 366 (4): 1209-21, DOI : 10.1016 / j.jmb.2006.11.080 , PMC 3764424 , PMID 17196978 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • World Wide Words: In silico
  • Проект седьмой рамочной программы CADASTER направлен на разработку вычислительных методов in silico для минимизации экспериментальных испытаний для регистрации, оценки, авторизации и ограничения химических веществ REACH.
  • В биологии Silico. Журнал моделирования и моделирования биологических систем
  • В фармакологии Silico