Urbana-Şampeyn İllinoys Universiteti tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Bölünmənin erkən mərhələlərində simulyasiya edilmiş hüceyrə. Sol tərəfdə sitoplazma (mavi kublar), mRNT parçalanma mexanizmi molekulları (çəhrayı) və şəkər daşıyıcıları (qəhvəyi) göstərilir. Sağ tərəfdə membran (yaşıl) və ribosomlar (sarı/qırmızı) əlavə olunur. Müəllif: Zane Thornburg Cell . DOI: 10.1016/j.cell.2026.02.009.

Minimal bakteriya hüceyrəsinin həyat dövrünü – DNT replikasiyasından zülal tərcüməsinə və maddələr mübadiləsinə və hüceyrə bölünməsinə qədər – simulyasiya etməklə elm adamları həyatın əsas proseslərinə kompüter görmə qabiliyyətinin yeni bir sərhədini açdılar. İllinoys Urbana-Champaign Universitetinin kimya professoru Zan Luthey-Schultenin rəhbərlik etdiyi tədqiqatçılar öz tapıntılarını Cell jurnalında təqdim edirlər .

Komanda nanoskal ölçüdə canlı hüceyrəni simulyasiya etdi və həmin hüceyrədəki hər bir molekulun tam hüceyrə dövrü ərzində necə davrandığını təkrarladı. İş uzun illər çəkdi: geniş kompüter resursları, böyük eksperimental məlumat dəstləri, bir sıra eksperimental və hesablama texnikaları və minlərlə molekulyar oyunçunun rollarını, davranışlarını və fiziki qarşılıqlı təsirlərini anlamaq.

Tədqiqatçılar hüceyrə hadisələrinin vaxtını yenidən yaratmaq üçün hüceyrə daxilində baş verən hər bir gen, zülal, RNT molekulu və kimyəvi reaksiyanı nəzərə almalı idilər. Məsələn, onların modeli hüceyrə bölünməzdən əvvəl hüceyrənin ölçüsünün ikiqat artmasına imkan verən prosesləri dəqiq əks etdirməli idi.

Tapşırığı daha idarəolunan etmək üçün komanda Kaliforniyadakı J. Craig Venter İnstitutunda hazırlanmış canlı “minimal hüceyrə”dən istifadə etdi. Yeni tədqiqatda istifadə edilən hüceyrənin versiyası olan JCVI-syn3A — qısaca “Syn3A” — yalnız DNT-sini çoxaltmaq, böyümək, bölmək və həyatın mümkün olmasını təmin edən digər funksiyaların əksəriyyətini yerinə yetirmək üçün lazım olan genləri daşıyan, azaldılmış genomu olan modifikasiya olunmuş bir bakteriyadır.

Luthey-Schulten bildirib ki, “Bu, canlı minimal hüceyrənin üçölçülü, tam dinamik kinetik modelidir və əsl hüceyrədə baş verənləri təqlid edir”.

“Belə bir əhatəli təşəbbüs yalnız 2018-ci ildən başlayaraq bir sıra nəşrlər vasitəsilə əsas metabolizmi və digər althüceyrə şəbəkələrini sistematik şəkildə modelləşdirdiyimiz İrlandiya Universitetinin və Harvard Tibb Məktəbinin bir çox əməkdaşının birgə səyləri sayəsində mümkün olmuşdur.”Bölünmənin erkən mərhələlərində simulyasiya edilmiş hüceyrə. Sol tərəfdə hüceyrənin xromosomunda (qırmızı) bir-birinə toxunmuş membran (yaşıl kublar) və ribosomlar (sarı/bənövşəyi) göstərilir. Sağ tərəfdə hüceyrənin xromosomunun ikinci nüsxəsini (mavi) göstərmək üçün kiçik bir kəsiklə hüceyrənin içərisindəki bütün zülallar (boz) və RNT (narıncı) göstərilir. Müəllif: Zane Thornburg. Hüceyrə . DOI: 10.1016/j.cell.2026.02.009.

Minimal hücrənin qurulması və təsdiqlənməsi

Syn3A hüceyrəsində 500-dən az gen var və bunların hamısı tək bir dairəvi DNT zəncirində yerləşir. Tədqiqatın həmmüəllifləri olan İrlandiya Universitetinin kimya professoru Anqad Mehta və Boston Uşaq Xəstəxanası və Harvard Tibb Məktəbindən Taekjip Ha, komandaya hüceyrə funksiyasının çoxsaylı aspektlərini dəqiq şəkildə simulyasiya etməyə və təsdiqləməyə imkan verən əlavə eksperimental məlumatlar yaratdılar.

“Ən əsası, onların işi DNT replikasiyasının dərəcəsini və Syn3A-nın hüceyrə bölünməsinin simmetrik olduğunu ortaya qoydu”, – deyə Luthey-Schulten bildirib.

Hər iki amil, Bekman Qabaqcıl Elm və Texnologiya İnstitutunun və İllinoysdakı Xərçəng Mərkəzinin postdoktorantura üzvü Zane Thornburg və Luthey-Schulten laboratoriyasının aspirantı Andrew Maytin tərəfindən aparılan simulyasiyalara rəhbərlik etmiş və onları təsdiqləmişdir.

Digər bakteriya hüceyrələri kimi, Syn3A-nın da nüvəsi yoxdur. Onu təşkil edən və dəstəkləyən hər bir molekul ya onun xarici membranının bir hissəsidir, ya hüceyrənin xaricindən ona daşınır, ya da sitoplazmada toplanır.

Hüceyrə molekulyar oyunçularla o qədər doludur ki, tədqiqatçılar yüksək qətnaməli cizgi filmləri və kompüter simulyasiyalarının animasiyalarını yaratarkən bəzi komponentləri görünməz hala gətirməli oldular. Məsələn, bütün hüceyrə zülallarını görünməz hala gətirmək alimlərə Syn3A-nın xromosomunun hüceyrənin sıx daxili hissəsindən necə keçdiyini görməyə imkan verdi.

Komanda bəzi proseslərin hesablama baxımından digərlərindən daha baha başa gəldiyini aşkar etdi. Məsələn, Maytin xromosom replikasiyasının bütün simulyasiyanı yavaşlatdığını və bütün hüceyrə dövrünü ələ keçirmək üçün lazım olan vaxtı təxminən ikiqat artırdığını anladı.

O, hüceyrənin DNT replikasiya prosesini səmərəli şəkildə simulyasiya etmək üçün özünəməxsus qrafik emal vahidi tələb olunduğunu, digər bütün hüceyrə dinamikasını isə başqa bir GPU idarə etdiyini müəyyən etdi. Bu, komandaya cəmi altı günlük kompüter vaxtı ərzində 105 dəqiqəlik tam hüceyrə dövrünü simulyasiya etməyə imkan verdi.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

3D simulyasiyasının maneələrini aşmaq

Thornburg və Maytin hüceyrənin müxtəlif hissələrində eyni anda baş verən hüceyrə hadisələrini simulyasiya etmək çətinliyi ilə mübarizə apardılar.

“Hərəkət edən şeyləri simulyasiya etməyin nə qədər çətin olduğunu sözlə ifadə edə bilmərəm – və bunu bütün bir hüceyrə üçün 3D formatında etmək… qələbə idi”, – Tornburq dedi. “Endryu ilə mənim həll etməli olduğumuz son böyük maneələrdən biri, hər ikisi hərəkət edərkən membranın və DNT-nin bir-biri ilə necə danışdığını anlamaq idi.”

Simulyasiya edilmiş hüceyrə dövrünün öz məhdudiyyətləri olsa da – bu, atom-atom simulyasiyası deyildi, əksinə fərdi molekulların dinamikasını ortalamışdı – hüceyrə proseslərinin vaxtının təəccüblü dərəcədə dəqiq uçotunu təmin etdi.

Tornburq bildirib ki, başlanğıc şərtləri bir qədər dəyişən fərdi hüceyrələri əhatə edən təkrarlanan simulyasiyalarda, simulyasiya edilmiş hüceyrə dövrü orta hesabla real dünya hüceyrə dövründən iki dəqiqə ərzində baş verib. İş dəfələrlə istiqamətləndirilib və faktiki eksperimental nəticələrlə müqayisə edilib ki, bu da alimlərə simulyasiyalarını təkmilləşdirməyə imkan verən bir prosesdir.

Canlı sistemlərə yeni bir pəncərə

Lütey-Şultenin sözlərinə görə, canlı hüceyrə daxilində daim dəyişən şərtləri dəqiq şəkildə ələ keçirmək qabiliyyəti canlı sistemlərin təməlləri üzərində yeni bir pəncərə açır.

“Bizim eyni anda bir çox hüceyrə xüsusiyyətlərini proqnozlaşdıran bütün hüceyrə modelimiz var”, – deyə o bildirib. “Əgər nukleotid metabolizmasında nələrin baş verdiyini bilmək istəyirsinizsə, DNT replikasiyasında və ribosomların biogenezində nələrin baş verdiyinə də baxa bilərsiniz. Beləliklə, simulyasiyalar sizə eyni anda yüzlərlə təcrübənin nəticələrini verə bilər.”

Tədqiqatın həmmüəllifləri arasında İllinoys kimya məzunu Benjamin Gilbert və J. Craig Venter İnstitutunun Sintetik Biologiya Qrupuna rəhbərlik edən John Glass da var.

Bu iş Milli Elm Fondunun Kəmiyyət Hüceyrə Biologiyası üzrə Elm və Texnologiya Mərkəzində (IU) aparılmışdır. Lütey-Şulten həmçinin fizika professoru və IU-nun Bekman İnstitutunun professorudur. Tədqiqat Delta qabaqcıl hesablama və məlumat resursundan istifadə etməklə aparılmışdır. Delta IU və onun Milli Superkompüter Tətbiqləri Mərkəzinin birgə səyidir.

Nəşr detalları

Genetik cəhətdən minimal hüceyrənin 4D-də kompüterdə həyata keçirilməsi, Cell (2026). DOI: 10.1016/j.cell.2026.02.009 . www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00174-1

Jurnal məlumatı: Mobil 

Əsas anlayışlar

bakteriyalarHüceyrə quruluşu, fiziologiyası və dinamikasıGenomlar

Urbana-Champaign-də İllinoys Universiteti tərəfindən təmin edilir