Počítačový model živého organismu pomůže biologům

Na projektu, který vyvíjí metodu studia buněk prostřednictvím umělého modelu, se podílejí odborníci ze šesti významných evropských institucí. Jednou z nich je také Masarykova univerzita a její Laboratoř paralelních a distribuovaných systémů na Fakultě informatiky.

S umělým modelem živého organismu, který vědci v rámci projektu vyvinou, pak mohou biologové pracovat při svých experimentech. V některých fázích jejich výzkumu může nahradit nákladný a často zdlouhavý experiment, který doposud využívají. Ten se provádí buď v umělých, např. laboratorních, podmínkách, nebo přímo v živých organismech.

Evropský projekt, v jehož rámci spolupracují matematici, biologové a informatici, je nyní zhruba ve své polovině. Základním cílem je posunout dosavadní možnosti v modelování biologických organismů. „To, co v současnosti umíme, je modelovat jednotlivé úrovně organismů – například metabolickou či genetickou. Náš projekt je jedinečný v tom, že se snaží vzít v potaz všechny úrovně současně a získat tak komplexnější model živého organismu,“ vysvětluje profesor Luboš Brim, jeden z členů mezinárodního týmu a zároveň vedoucí Laboratoře paralelních a distribuovaných systémů FI a dodává: „Samozřejmě nejsme schopni plně zachytit komplexnost živého organismu, ale můžeme naším modelem pomoci v určitých fázích výzkumu – biolog si může na modelu některé své hypotézy snadno a rychle ověřit a až následně provést reálný experiment.“ Výzkumníci tak mohou například dodávat koncentrace látek, které by jinak v takové míře do živého organismu přidávat nemohli, nebo mohou analyzovat současně vliv většího počtu látek na chování organismu.

„Jako informatici vycházíme při naší práci z biologických popisů této bakterie. Společně s matematiky z nich vytváříme počítačový model a vyvíjíme pro něj nástroje pro provádění experimentů. Počítačový model živého organismu lze přirovnat ke komplexnímu počítačovému programu. To umožňuje experimentovat s modelem podobnými technologiemi, které jsou uplatňovány v informatice. V poslední fázi je pak na biolozích, aby provedli validační měření a řekli, do jaké míry takzvaná silikonová bakterie odpovídá realitě,“ popisuje, v čem spočívá úkol informatiků v tomto projektu, profesor Brim.

Celý projekt spadá do oblasti systémové biologie, v jejímž rámci informatici již nyní diskutují o spolupráci s Přírodovědeckou fakultou. Otevírá se jim tak širší prostor pro práci na vytváření počítačových modelů dalších organismů, jiných, než je nyní zkoumaná Escherichia coli.

PARADISE
Laboratoř paralelních a distribuovaných systémů Fakulty informatiky (ParaDiSe) funguje bezmála deset let. Jejím hlavním výzkumným úkolem je vývoj metod a automatizovaných technik pro analýzu a verifikaci komplexních počítačových systémů. V současné době se vědcům v ParaDiSe podařilo vytvořit celosvětově unikátní nástroj, který umožňuje ověřit správnost velkých programů a výrazně tak snížit počet chyb, které počítačové programy v současnosti vykazují. Laboratoř klade také velký důraz na práci s talentovanými studenty, na spolupráci s průmyslovými partnery a praktické využití výsledků své práce. Více na: www.fi.muni.cz/paradise.