健康研究人员想象出计算机生活

编程分子生物学实验可以类似于玩数独游戏;如果你只使用几个分子或一个小网格，它们都很简单，但随着它们的增长它们会变得复杂。现在，在10月3日发表在“生物物理学杂志”上的一篇论文中，康涅狄格大学健康虚拟细胞项目(vcell.org)的研究人员使细胞生物学家更容易建立复杂的生物模型。

众所周知，Virtual Cell或VCell是一个软件平台，为世界上的细胞生物学提供最全面的建模和模拟功能。它允许没有强大数学或计算机编程技能的生物学家建立模型并模拟细胞的功能。VCell在差不多20年前于1998年首次上线，由生物物理学家莱斯利·勒夫(Leslie Loew)领导的康涅狄格大学健康团队自此开发并维护。使用V电池，一个生物学家可以预测某种药物遇到在肾脏的过滤单元，例如，或者会发生什么如何在血红蛋白分子红细胞涉及二氧化碳激增。

但到目前为止，生物学家仍然需要强大的编程技能来在分子水平上进行详细的细胞模型，甚至更多的耐心。每个分子都参与一个模型有一定数量的州，或它可以做的事情和它可以的地方。分子及其状态的每种可能组合必须手工编码。随着移动部件数量的增加，计算机代码的行数也会增加。如果你将数独网格的大小增加到9到9，那么你突然有了6.7种性别可能的场景......你就会知道分子生物学家在试图对一个稍微复杂的生物系统进行编码时所面临的噩梦。这个问题的常见名称是“组合爆炸”，其解决方案称为“基于规则的建模”，是由VCell团队成员Michael Blinov及其同事James Faeder和William Hlavacek在12年前开发的，他们都在那个时候在洛斯阿拉莫斯国家实验室。

但是，使用基于规则的建模的每个建模者都面临着复杂性。详细说明分子间相互作用的程序必须用文字写出来。在这个iPhone和计算机时代，您可以通过滑动和点击进行导航，每个人都希望计算机具有华丽的图形界面。到目前为止，使用基于规则的建模并不是那样的。如果您需要快速浏览机器的内部，它看起来更像是可以调用的文本命令框。但它变得非常烦人，并且在数千行重复，几乎但不完全相同的代码中捕获错误可能令人抓狂。细胞生物学模型很快变得如此笨拙，只有经验丰富的建模师或程序员才能处理它们。这可能会使用这种建模的人数极为有限。

“之前，只有程序员或经验丰富的建模者才能创建基于规则的模型来描述分子相互作用的细节，”勒夫说。“我们希望为真正需要它的细胞生物学家提供基于规则的建模。”

Loew和Michael Blinov的VCell团队，Ion Moraru，James Schaff和Dan Vasilescu决定让事情变得更容易。在他们的新论文中，他们描述了VCell的用户界面，它使用彩色形状来表示分子。形状看起来有点像彩砖。气泡显示结合位点，并且线显示分子之间的链接。链接也可以是不同的颜色和形状以表示不同的交互。描述血红蛋白的简单模型类似于地图或接线图。

使用VCell的生物学家现在可以只定义他们的分子并向VCell解释他们如何相互交互，而不是编写数千行代码。生物学家不必担心组合爆炸。计算机 - 全部60 teraflops，3,000个处理器和2 PB存储在UConn Health的Cell和Genome建设中 - 处理它。

Loew和Blinov认为新版本的VCell将大大扩展可以使用基于规则的建模的人数。这是因为它允许科学家在单一，统一，用户友好的软件环境中使用VCell中提供的全套模拟方法和基于规则的模型。

现在，经过培训的生物学家应该能够花一天时间浏览网站上的教程并学习足够的知识来弄清楚如何在VCell上建模新问题。以前，全球有大约5,800个VCell活跃用户(您可以从任何有互联网连接的地方登录)。这些建模者创建了76,600个模型，并对它们运行了大约479,000个不同的模拟。这些模拟测试了从某种突变是否导致癌症到新药如何与心脏相互作用的一切。使用新发布的VCell版本，活跃用户数量应该会增加。

到目前为止，VCell还没有帮助数独游戏。但有人可能会为此写一个模型。

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