Uzun illər mikrobların necə işlədiyini öyrəndikdən sonra tədqiqatçılar indi iqlim dəyişikliyindən tutmuş kosmos müstəmləkəçiliyinə qədər dəyişən problemləri həll etmək üçün daxili işlərini rəqəmsal şəkildə yenidən yaradırlar .

Hesablama bioloqu kimi işimdə enerji, kənd təsərrüfatı və ya əczaçılıq sənayesində istifadə oluna bilən yanacaq və bioplastika kimi daha faydalı kimyəvi maddələr istehsal etmək üçün mikrobları əldə etməyin yollarını araşdırıram. Ənənəvi olaraq, mikrobların yüksək miqdarda kimyəvi maddələr istehsal etməsi üçün lazım olan optimal şərtləri müəyyən etmək üçün tədqiqatçılar petri qabları üzərində bir neçə sınaq və səhv təcrübələri keçirməlidirlər.

Bunun əvəzinə mən bu təcrübələri kompüter ekranının arxasından mikrobların içini təkrarlayan rəqəmsal planlar vasitəsilə simulyasiya edə bilirəm. Genom miqyaslı metabolik modellər və ya GEM adlanan bu virtual laboratoriyalar tədqiqatçıların axtardıqlarını əldə etmək üçün nə etməli olduqlarını anlamaq üçün tələb olunan vaxtı və xərcləri əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. GEM-lərlə tədqiqatçılar təkcə canlı orqanizmlərin fəaliyyət göstərməsinə imkan verən mürəkkəb metabolik yollar şəbəkəsini tədqiq edə bilməz, həm də mikrobların müxtəlif mühitlərdə, o cümlədən digər planetlərdə necə davranacağını cızır, sınaqdan keçirir və proqnozlaşdırır.

GEM texnologiyası inkişaf etməyə davam etdikcə, mən inanıram ki, bu modellər biotexnologiya, tibb və kosmik tədqiqatların gələcəyinin formalaşmasında getdikcə daha mühüm rol oynayacaq.

Genom miqyaslı metabolik modellər hansılardır?

Genom miqyaslı metabolik modellər hüceyrələrdə baş verən bütün məlum kimyəvi reaksiyaların , yəni hüceyrənin metabolizmasının rəqəmsal xəritələridir . Bu reaksiyalar qidanın enerjiyə çevrilməsi, hüceyrə strukturlarının qurulması və zərərli maddələrin detoksifikasiyası üçün çox vacibdir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1736226771&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-01-microbes-colonize-space-drugs-energy.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMxLjAuNjc3OC4yMDUiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjA1Il0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjA1Il0sWyJOb3RfQSBCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1736226771748&bpp=1&bdt=49&idt=128&shv=r20241212&mjsv=m202501030201&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1736226463%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1736226463%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1736226463%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=6858654943323&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=1998&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95349405%2C31089477%2C95348326%2C95347432&oid=2&pvsid=3780559908573275&tmod=212863399&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=132

GEM yaratmaq üçün mən hüceyrələrin zülal istehsal etmək üçün istifadə etdiyi genetik təlimatları ehtiva edən bir orqanizmin genomunu təhlil etməklə başlayıram. Fermentlər adlanan genomda kodlanmış bir zülal növü maddələr mübadiləsinin işçi qüvvəsidir – onlar qida maddələrinin enerjiyə və hüceyrələr üçün tikinti bloklarına çevrilməsini asanlaşdırır.

Fermentləri kodlayan genləri onların baş verməsinə kömək edən kimyəvi reaksiyalarla əlaqələndirərək, genlər, reaksiyalar və metabolitlər arasındakı əlaqəni göstərən hərtərəfli model qura bilərəm.

GEM qurduqdan sonra onu canlı hüceyrə və ya mikrob kimi işlətmək üçün bəzi qabaqcıl hesablama simulyasiyalarından istifadə edirəm. Tədqiqatçıların bu simulyasiyaları etmək üçün istifadə etdiyi ən ümumi alqoritmlərdən biri axın balansının təhlili adlanır . Bu riyazi alqoritm maddələr mübadiləsi haqqında mövcud məlumatları təhlil edir, sonra müxtəlif kimyəvi reaksiyaların və metabolitlərin xüsusi şəraitdə necə hərəkət edəcəyinə dair proqnozlar verir.

Bu, GEM-ləri orqanizmlərin genetik dəyişikliklərə və ətraf mühitin streslərinə necə reaksiya verdiyini anlamaq üçün xüsusilə faydalı edir. Məsələn, mən bu üsuldan istifadə edərək, müəyyən bir gen nokaut edildikdə orqanizmin necə reaksiya verəcəyini proqnozlaşdıra bilərəm. Mən onu ətraf mühitdə müxtəlif kimyəvi maddələrin varlığına və ya qida çatışmazlığına necə uyğunlaşa biləcəyini təxmin etmək üçün də istifadə edə bilərdim.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .Abunə ol

Enerji və iqlim problemlərinin həlli

Kənd təsərrüfatında, əczaçılıqda və yanacaqda istifadə edilən kimyəvi maddələrin çoxu qalıq yanacaqlardan əldə edilir . Bununla belə, qalıq yanacaqlar məhdud bir mənbədir və iqlim dəyişikliyinə əhəmiyyətli dərəcədə kömək edir .

Qalıq yanacaqlardan enerji çıxarmaq əvəzinə, Viskonsin-Madison Universitetinin Böyük Göllər Bioenerji Tədqiqat Mərkəzindəki komandam bitki tullantılarından dayanıqlı bioyanacaq və bioməhsulların inkişafına diqqət yetirir. Buraya qulaqlar yığıldıqdan sonra qarğıdalı sapı, ot kimi yeyilməyən bitkilər və yosunlar daxildir. Biz hansı məhsul tullantılarının bioenerji üçün istifadə oluna biləcəyini, onları enerjiyə çevirmək üçün mikroblardan necə istifadə edəcəyimizi və həmin məhsulların yetişdirildiyi torpağı davamlı şəkildə idarə etməyin yollarını öyrənirik.

Bitki tullantılarında olan çox mürəkkəb kimyəvi maddələri insanlar üçün qiymətli kimyəvi maddələrə çevirə bilən bakteriya növü olan Novosphingobium aromaticivorans üçün genom miqyaslı metabolik model qururam . Bu çevrilmə prosesini daha aydın başa düşməklə, bu kimyəvi maddələrin daha çox miqdarını sintez etmək üçün lazım olan şərtləri daha dəqiq simulyasiya etmək üçün modeli təkmilləşdirə bilərəm.

Tədqiqatçılar daha sonra qalıq yanacaqlardan daha ucuz və daha əlçatan materiallar yaratmaq üçün bu şərtləri real həyatda təkrarlaya bilərlər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=809300024&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1736226771&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-01-microbes-colonize-space-drugs-energy.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMxLjAuNjc3OC4yMDUiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjA1Il0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjA1Il0sWyJOb3RfQSBCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1736226771748&bpp=1&bdt=49&idt=163&shv=r20241212&mjsv=m202501030201&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1736226463%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1736226463%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1736226463%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C750x188&nras=1&correlator=6858654943323&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=3729&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95349405%2C31089477%2C95348326%2C95347432&oid=2&pvsid=3780559908573275&tmod=212863399&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=167

Həddindən artıq mikroblar və kosmik kolonizasiya

Yer üzündə həddindən artıq sərt mühitlərdə yaşaya bilən mikroblar var. Məsələn, Chromohalobacter canadensis həddindən artıq duzlu şəraitdə yaşaya bilər. Eynilə, Alicyclobacillus tolerans çox asidik mühitlərdə inkişaf edə bilər.

Digər planetlər adətən eyni dərəcədə sərt iqlimə malik olduğundan, bu mikroblar təkcə bu planetlərdə inkişaf edə və çoxalda bilməz, həm də insanların orada da yaşaya bilməsi üçün ətraf mühiti potensial olaraq dəyişə bilər.

GEM-ləri maşın öyrənməsi ilə birləşdirərək gördüm ki, C. canadensis və A. tolerans onlara ekstremal şəraitdə sağ qalmağa kömək edən kimyəvi dəyişikliklərə məruz qala bilər . Hüceyrə divarlarında fermentlərlə işləyən xüsusi zülallar var ki, onlar daxili mühitlərindəki kimyəvi maddələrlə xarici mühitdəki kimyəvi maddələr arasında tarazlıq yaradırlar.

GEM-lərin köməyi ilə elm adamları mikrobların özlərini bu planetlərə getməyə ehtiyac duymadan necə sağ qaldığını öyrənmək üçün digər planetlərin mühitlərini simulyasiya edə bilərlər.

GEM-lərin gələcəyi

Tədqiqatçılar hər gün mikrob metabolizması haqqında çoxlu məlumat əldə edirlər. GEM texnologiyası irəlilədikcə tibb, enerji, kosmos və digər sahələrdə maraqlı yeni imkanların qapısını açır.

Sintetik bioloqlar sıfırdan tamamilə yeni orqanizmlər və ya metabolik yollar dizayn etmək üçün GEM-lərdən istifadə edə bilərlər. Bu sahə səmərəli şəkildə yeni materiallar, dərmanlar və hətta qida istehsal edən orqanizmlərin yaradılmasına imkan verməklə bioistehsalatı inkişaf etdirə bilər.

Bütün insan bədəninin GEMləri həm də mürəkkəb xəstəliklərin metabolizmi üçün atlas kimi xidmət edə bilər . Onlar bədənin kimyəvi mühitinin piylənmə və ya diabetlə necə dəyişdiyini xəritədə kömək edə bilər.

İstər bioyanacaq istehsalı, istərsə də yeni orqanizmlərin mühəndisliyi olsun, GEM-lər həm əsas tədqiqatlar, həm də sənaye tətbiqləri üçün güclü bir vasitədir. Hesablama biologiyası və GEM-lər irəlilədikcə , bu texnologiyalar elm adamlarının canlı orqanizmlərin maddələr mübadiləsini necə başa düşdüyünü və manipulyasiya etdiyini dəyişməyə davam edəcək.

The Conversation tərəfindən təmin edilmişdir 

Bu məqalə Creative Commons lisenziyası ilə The Conversation -dan yenidən nəşr edilmişdir . Orijinal məqaləni oxuyun .