科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)基于AI的工具RENAISSANCE，其可結(jié)合各種類型的細(xì)胞數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確描述細(xì)胞代謝狀態(tài)，從而幫助人們更精準(zhǔn)地理解細(xì)胞功能。RENAISSANCE是計(jì)算生物學(xué)的一項(xiàng)重大進(jìn)步，為健康研究和生物技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)辟了新途徑。

現(xiàn)代生物學(xué)生成了有關(guān)各種細(xì)胞活動(dòng)的大量數(shù)據(jù)集。這些數(shù)據(jù)集提供了對(duì)不同細(xì)胞功能的洞察，例如基因活動(dòng)和蛋白質(zhì)水平。然而，如何整合和理解這些數(shù)據(jù)集以了解細(xì)胞代謝，一直是一項(xiàng)高難度挑戰(zhàn)。

動(dòng)力學(xué)模型通過(guò)對(duì)細(xì)胞代謝的數(shù)學(xué)表達(dá)，提供了一種解讀復(fù)雜數(shù)據(jù)的新方法。它們可充當(dāng)詳細(xì)的地圖，描述分子在細(xì)胞內(nèi)如何相互作用和轉(zhuǎn)化，以及物質(zhì)如何隨著時(shí)間的推移轉(zhuǎn)化為能量和其他產(chǎn)物。

此次團(tuán)隊(duì)利用RENAISSANCE創(chuàng)建了準(zhǔn)確反映大腸桿菌代謝行為的動(dòng)力學(xué)模型。該工具成功生成了與實(shí)驗(yàn)觀察到的代謝行為相匹配的模型，模擬了細(xì)菌在生物反應(yīng)器中如何隨時(shí)間調(diào)整其代謝。

研究同時(shí)證明，即使受到遺傳和環(huán)境條件的干擾，動(dòng)力學(xué)模型也能保持穩(wěn)定性。模型能可靠地預(yù)測(cè)細(xì)胞對(duì)不同情景的反應(yīng)，從而增強(qiáng)其在研究和工業(yè)應(yīng)用中的實(shí)際效用。

團(tuán)隊(duì)表示，代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)只能檢測(cè)和量化有限數(shù)量的代謝物和蛋白質(zhì)，這會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)覆蓋不足的問(wèn)題。能整合和協(xié)調(diào)各種來(lái)源數(shù)據(jù)的建模技術(shù)，則可彌補(bǔ)這一限制并增強(qiáng)對(duì)整個(gè)生命系統(tǒng)的理解。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，RENAISSANCE能準(zhǔn)確模擬細(xì)胞代謝具有重大意義，它為人類研究代謝變化提供了強(qiáng)大的工具，并有助于開(kāi)發(fā)新的治療方法和生物技術(shù)。

總編輯圈點(diǎn)

細(xì)胞代謝是細(xì)胞內(nèi)所發(fā)生的用于維持生命的一系列有序化學(xué)反應(yīng)的總稱。生物體的生長(zhǎng)、繁殖和衰老，都和代謝密切相關(guān)。細(xì)胞一刻不停地在工作，而發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)的代謝過(guò)程又異常復(fù)雜。各種代謝物，各種蛋白質(zhì)……要對(duì)其進(jìn)行模擬，難度可想而知。計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步，給生物學(xué)的很多問(wèn)題帶來(lái)新的解決方案。此次，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了基于AI的工具，其可幫助準(zhǔn)確模擬細(xì)胞代謝，為研究代謝變化提供指引。理解了代謝，我們就掌握了生命活動(dòng)的密碼。