Компьютерные модели помогают раскрыть науку о жизни?

Ученые разработали сложную компьютерную модель-симуляцию, чтобы исследовать, как клетки плодовой мушки реагируют на изменения окружающей среды.

Исследование, опубликованное в журнале Cell, является частью продолжающегося проекта в Университетах Манчестера и Шеффилда, изучающего влияние внешних факторов среды на здоровье и болезни.

Модель показывает, как клетки плодовой мушки общаются друг с другом во время её развития. Доктор Мартин Барон, руководивший исследованием, сказал: «Эта работа — прекрасный пример сотрудничества исследователей из разных дисциплин, математики и биологии, для решения сложных проблем».

Текущая фаза исследования направлена на понимание того, как температура взаимодействует с сетями клеточной сигнализации во время развития. Мухи способны нормально развиваться в широком диапазоне температур, и механизм этого явления до сих пор не ясен.

Междисциплинарный подход был выбран из-за сложности процессов развития, которые включают множество компонентов, взаимосвязанных в сетях путей межклеточной коммуникации. Результаты их работы трудно предсказать без компьютерного моделирования.

Плодовая мушка часто используется в лабораторных работах, потому что, хотя её развитие относительно просто, около 75% известных генов болезней человека имеют узнаваемое соответствие в геноме дрозофилы. Это позволяет использовать её для изучения фундаментальной биологии сложных состояний, таких как нейродегенерация или рак.

Барон отметил: «Замечательно, что компьютерная модель смогла сделать предсказания, которые мы смогли проверить, вернувшись к экспериментам на мухах, чтобы изучить эффекты различных мутаций, изменяющих компоненты клеток. Это показывает, что модель работает хорошо и обеспечивает прочную основу для дальнейшего повышения её сложности».

Следующий этап будет включать исследование того, как сеть клеточной сигнализации адаптируется и реагирует на другие изменения среды, такие как питание. Барон говорит: «Существует большой интерес к тому, как факторы окружающей среды влияют на наше здоровье и болезни, взаимодействуя с нашей генетикой. Наши первоначальные исследования уже показали, что изменения в диете взрослой мухи также могут влиять на то, как клетки внутри неё общаются друг с другом и вызывают реакции в определённых тканях. Это перспективное направление для будущих исследований».

Барон объясняет, что есть более широкие последствия для понимания здоровья и болезней человека: «Многие различные типы сигналов контролируют нормальное развитие, но когда некоторые из этих сигналов активируются неправильно, это может привести к образованию опухолей».

«Из изучения мух мы узнали, — сказал Барон, — что некоторые сигналы коммуникации могут возникать разными путями. Это означает, что при раке неправильная активация этих сигналов также может происходить разными способами. Это важно, потому что может помочь нам понять, как предотвратить такую ошибочную активацию».