Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracowali SMART, pakiet oprogramowania umożliwiający realistyczną symulację sieci sygnalizacji komórkowej.
Narzędzie to, przetestowane w różnych układach biologicznych, zwiększa zrozumienie reakcji komórkowych i pomaga w postępie badań w takich dziedzinach, jak biologia systemów i farmakologia.
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) opracowali i przetestowali nowe narzędzie programowe o nazwie Algorytmy modelowania przestrzennego dla reakcji i transportu (SMART). To innowacyjne oprogramowanie może dokładnie symulować sieci sygnalizacji komórkowej — skomplikowane systemy interakcji molekularnych, które umożliwiają komórkom reagowanie na sygnały z otoczenia. Sieci te są złożone ze względu na wiele etapów oraz trójwymiarowe kształty komórek i ich komponentów, co utrudnia ich modelowanie za pomocą istniejących narzędzi. Projekt SMART stawia czoła tym wyzwaniom, obiecując przyspieszyć badania w takich dziedzinach, jak biologia systemów, farmakologia i inżynieria biomedyczna.
Zespół z powodzeniem przetestował SMART w różnych układach biologicznych, w tym w szczegółowym modelu mitochondrialnym, w tym w odpowiedziach komórek na sygnały adhezyjne, uwalnianiu wapnia w neuronach i komórkach mięśnia sercowego oraz produkcji ATP. Dzięki elastycznym, precyzyjnym i wydajnym możliwościom symulacji SMART otwiera nowe możliwości zrozumienia zachowań komórkowych i opracowania metod leczenia chorób ludzkich.
Ten film przedstawia symulację utworzoną za pomocą SMART, która przedstawia dynamikę uwalniania wapnia w komórkach serca. Proces ten jest niezbędny do skurczu mięśnia sercowego.
Naukowcy z powodzeniem przetestowali nowe oprogramowanie w układach biologicznych na kilka różnych skal, od sygnalizacji komórkowej w odpowiedzi na sygnały adhezyjne, przez zdarzenia uwalniania wapnia w obszarach subkomórkowych neuronów i komórek mięśnia sercowego, po produkcję ATP (waluty energetycznej w komórkach). w szczegółowej reprezentacji pojedynczego mitochondrium. Zapewniając elastyczne, dokładne i wydajne narzędzie do modelowania sieci sygnalizacji komórkowej, SMART toruje drogę bardziej szczegółowym symulacjom, które pogłębią naszą wiedzę na temat zachowań komórkowych i pobudzą rozwój nowych metod leczenia chorób ludzkich.
Badanie, opublikowane dzisiaj (19 grudnia) w Przyroda Nauka obliczeniowaprowadził dr Emmet Francis, członek Amerykańskiego Towarzystwa Edukacji Inżynierskiej, będący stażystą podoktorskim w grupie badawczej nadzorowanej przez profesora Padmini Rangamani, dr, obaj związani z Wydziałem Farmakologii Szkoły Medycznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Lotniczej na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego Jacobs School of Engineering. Początkowa wersja tego oprogramowania została napisana przez doktora Justina Laughlina, byłego studenta w grupie Rangamaniego.
Referencja: 19 grudnia 2024 r., Przyroda Nauka obliczeniowa.
DOI: 10.1038/s43588-024-00745-x
SMART jest częścią stałej współpracy z zespołem badawczym kierowanym przez dr Marie Rognes w laboratorium badawczym Simula w Oslo w Norwegii. Badania te zostały częściowo sfinansowane przez Narodową Fundację Nauki, Wu Tsai Human Performance Alliance, Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych, Fundację Hartwella, Instytut Mózgu i Umysłu Kavli, Europejską Radę ds. Badań Naukowych, Radę ds. Badań Naukowych Norwegię, Centrum Badań Płynów Mózgowych KG Jebsena i Fundację Fulbrighta.
