Побудована комп’ютерна модель живого організму на атомному рівні

Загальний вид змодельованого на комп’ютері вірусу-сателіта тютюнової мозаїки (ризик з сайту www.news.uiuc.edu)

Американські біоінформатики вперше в світі побудували динамічну комп’ютерну модель живого організму на атомному рівні. Цієї честі удостоївся один з найпростіших вірусів.

Детальним моделюванням на комп’ютері автомобіля або літака давно вже нікого не здивуєш. Однак про те, щоб на атомному рівні змоделювати живу істоту, до останнього часу можна було прочитати тільки в науково-фантастичних оповіданнях. І ось фантастика стає реальністю. Група біоінформатиків з Іллінойського університету в Урбані і Шампейні (University of Illinois at Urbana-Champaign) і Каліфорнійського університету в Ірвіні (University of California at Irvine) вперше в світі побудувала динамічну модель цілого живого організму — вірусу, йдеться в прес-релізському університеті.

Віруси є найпростішими живими істотами. Багато біологів навіть не визнають їх організмами і називають органічними частинками. Розмножуватися віруси можуть, тільки проникнувши в живу клітку і використовуючи її ресурси і механізми. Для моделювання був обраний один з найпростіших відомих вірусів — вірус-сателіт тютюнової мозаїки. Його розмір становить всього близько 20 нм. Свою назву він отримав за те, що не може навіть самостійно взяти під контроль клітку і розмножується тільки в тих клітинах, які вже атаковані вірусом тютюнової мозаїки, який часто вражає сільськогосподарські культури, особливо томати.

Для літака комп’ютерна модель створюється до того, як будується новий лайнер. У випадку з вірусом все, природно, було навпаки. По суті, вчені виконали інженерний аналіз («reverse engineer») готового вірусу і постаралися втілити в програмі всі деталі його будови.

Вірус-сателіт складається зі сферичної молекули РНК, оточеної білковою оболонкою. Щоб забезпечити реалістичність моделі, віртуальний вірус помістили в крихітну крапельку солоної води. Вся модель загалом містила понад мільйон атомів. Їх взаємне розташування і рух розраховувалося з урахуванням сил міжатомної взаємодії, як це зазвичай робиться при моделюванні макромолекул.

Поки модель не дозволяє простежити за поведінкою вірусу в клітці, оскільки для цього знадобилося б змоделювати внутрішньоклітинне середовище. Однак розрахунок, виконаний в американському Національному центрі суперкомп’ютерних додатків (NCSA), дозволив протягом короткого відрізка модельного часу стежити за динамікою вірусу, коли він представлений самому собі. В результаті були і уточнені механічні властивості, і внутрішня будова вірусної частинки.

Презентація подібних іміджевих результатів, як правило, супроводжується загальними словами про те, що отримані результати принесуть у майбутньому велику користь у справі розробки противірусних засобів. Однак цього разу розробники моделі додатково звертають увагу на те, що модель будови білкової оболонки вірусу може стати в нагоді для створення штучних наномашин.

Незважаючи на те що в новій моделі дійсно вперше в світі на комп’ютері цілком змодельовано живу істоту, це не найбільший розрахунок подібного роду. Восени минулого року в Лос-Аламоській національній лабораторії була створена динамічна модель роботи рибосоми, що синтезує молекулу білка; у цій моделі враховувався рух понад 2,5 млн атомів (див. синтез білка: дев’ять місяців на дві наносекунди, Елементи, 26.10.2005).

Олександр Сергєєв