211service.com
Biologie v Silico
Počítače schopné napodobovat život jsou již dlouho předmětem sci-fi nočních můr – představte si Terminátora nebo HAL 9000 z roku 2001. Ale pro výzkumníky, kteří se snaží pochopit obrovské množství nových biologických dat, a pro farmaceutické společnosti, které chtějí snížit náklady a urychlit vývoj , mít přesné počítačové simulace živých systémů je stále snem. Aby si tento sen splnili, obracejí se na in silico biologii, vytvářejí počítačové modely složitých procesů, které probíhají uvnitř buněk, orgánů a dokonce i lidí. Konečný cíl: celý organismus modelovaný v křemíku, umožňující výzkumníkům testovat nové terapie, stejně jako inženýři létají s novými návrhy letadel na superpočítačích.
Po více než deset let se medicinální chemici pokoušeli učinit objevování léků racionálnějším, pomocí počítačů simulovali, jak se například nová molekula léku váže na receptor. Ale dnešní počítačové modely jdou daleko za to a využívají data z oblastí od sekvenování genomu po klinické studie, aby se podívali na to, jak potenciální lék ovlivňuje celé biologické systémy. Vytvoření virtuální buňky nebo ještě lépe pacienta s virtuálním srdcem je stále nedokončené, ale i rané modely by mohly začít narušovat obrovské náklady na vývoj nových léků.
Tento příběh byl součástí našeho vydání z března 2001
- Viz zbytek čísla
- předplatit
Podle průmyslových údajů trvá použití tradičních metod v průměru 500 milionů dolarů a 15 let na vývoj a testování léku; Technologie in silico by podle nedávné zprávy PricewaterhouseCoopers mohly ušetřit nejméně 200 milionů dolarů a dva až tři roky na jeden lék. Jedním z důvodů je, že proces testování léků – během kterého je sloučenina studována na zvířatech a poté na lidech – není zdaleka účinný. Podle statistik amerického Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv (U.S. Food and Drug Administration) selhávají testy na lidech u 70 až 75 procent léků, které se do nich dostanou. Některé pokusy selžou jen proto, že dávka je nesprávná.
Thomas Paterson, hlavní vědecký ředitel Menlo Park, Entelos se sídlem v CA, aby došel domů, jak neefektivní může být takový přístup pokus-omyl, uvádí toto srovnání: Kdyby Boeing vyvíjel letadla tak, jak farmaceutický průmysl vyvíjí léky, vyvinout 10 velmi odlišných letadel, létat s nimi a to, které nespadne, bude to, které prodají United Airlines. Společnosti jako Entelos a Princeton, NJ's Physiome Sciences tedy vyvíjejí počítačové modely, které lze použít k identifikaci molekulárních cílů pro nové léky a také k simulaci klinických studií. Například farmaceutický gigant Bayer se sídlem v Leverkusenu používá jeden z modelů Entelos k hodnocení potenciálního léku pro astmatiky, přičemž na počítači testuje různé typy pacientů a léčebné režimy.
Internet by se mohl stát kritickým nástrojem při vývoji takových modelů a umožnit výzkumníkům spolupracovat po celém světě. Physiome se tedy spojil s Bioengineering Research Group na Novozélandské univerzitě v Aucklandu, aby vyvinuli počítačový jazyk s otevřeným standardem pro biologické modelování. Tento jazyk, nazývaný cellML, je dostupný na adrese www.cellml.org . Myšlenka, říká výkonný viceprezident Physiome Thomas Colatsky, spočívá v tom, že výzkumníci budou moci vytvářet modely ve společném formátu a sdílet tyto modely prostřednictvím webu.
Přesto se mnozí domnívají, že je předčasné, aby výzkumníci léků začali pouštět své laboratorní krysy na svobodu. Leslie Loew, člen poradního sboru cellML a ředitel Centra pro biomedicínskou zobrazovací technologii na Zdravotním středisku University of Connecticut, zpřístupnil svou vlastní sadu nástrojů pro modelování na webu: Virtual Cell na adrese www.nrcam.uchc.edu . Loew předpovídá, že do pěti let bude modelovací software rutinním, možná nepostradatelným nástrojem pro každého, kdo se snaží pochopit, jak buňky fungují. Loew však varuje, že vybudování úplných, vysoce přesných modelů celých buněk, natož orgánů nebo celých organismů, bude stále trvat mnoho let. A profesor bioinformatiky Masaru Tomita, jehož skupina na Keio University v japonské Fujisawě umístila svůj simulační software E-Cell na web na adrese www.e-cell.org-souhlasí . Zatímco E-Cell si klade za cíl modelovat celé buňky a případně i interakce mezi tuctem nebo méně buňkami, Tomita říká, že modelování čehokoli složitějšího by byla úplně jiná míčová hra.