הדמיית מחשב של תא חי / מרקוס ו’ קוברט

ביולוגים מפתחים את המודל הממוחשב הראשון לאורגניזם חד-תאי בשלמותו, מודל שישמש כלי חדש ורב-עוצמה להבנת מנגנון החיים

התובנה המכריעה הבליחה כשרכבתי על אופני בעצלתיים לביתי מן העבודה. זה היה ב-2008 בוולנטיינ’ס דיי. בעודי רוכב, הרהרתי בבעיה שהעסיקה אותי ואחרים בתחום יותר מעשר שנים: האם יש דרך כלשהי לפתח הדמיית מחשב של חיים, ובכללם כל הביוכימיה המופלאה, המסתורית והמורכבת להכעיס שבבסיס החיים?

מודל ממוחשב של תא חי, ולו גם מתווה לא לגמרי מדויק, יהיה כלי יעיל להפליא. ביולוגים יוכלו לבחון בעזרתו רעיונות לניסויים לפני שיקצו זמן וכסף למימוש הניסויים במעבדה. מפתחי תרופות, למשל, יוכלו להאיץ את מחקרם לגילוי אנטיביוטיקה חדשה בהתמקדם במולקולות שעיכובן יפריע לחיידק הווירטואלי במידה הרבה ביותר. ביו-הנדסאים כמוני יוכלו להשתיל ולחווט מחדש גנים של אורגניזמים וירטואליים כדי לתכנן זנים חדשים בעלי תכונות מיוחדות, למשל היכולת להפיץ אור פלואורסצנטי בתגובה להדבקה בנגיף מסוים, או היכולת להפיק גז מימן מנפט, ללא הסיכונים הכרוכים בשינוי חיידקים אמיתיים. בסופו של דבר, אם נוכל להבין כיצד להכין מודלים מתוחכמים דיים כדי לדמות תאים אנושיים, ניצור כלים שיוכלו לחולל מהפך במחקר הרפואי בכך שיספקו לחוקרים דרך לנהל מחקרים שאינם אפשריים כיום משום שסוגים רבים של תאים אנושיים אינם גדלים בתרבית.

אך כל זה נראה כמו חלום רחוק בהיעדר דרך מעשית לפרום את הרשת הסבוכה של תגובות כימיות וקשרים פיזיים המאפשרים לתא חי לפעול. ניסיונות קודמים רבים, במעבדתי בסטנפורד וכן אצל אחרים, נתקלו בקשיים בלתי עבירים, וקצתם כשלו מלכתחילה.

אך כשדיוושתי לאִטי ברחבי הקמפוס באותו ערב חורפי, הרהרתי במחקר שעסקתי בו לאחרונה ובמהלכו תיעדתי תמונות וצילומי וידאו של תאים חיים. ואז זה היכה בי: הדרך לייצר סימולטור תפקודי ומציאותי היא לבחור את אחד החיידקים הפשוטים ביותר, חיידק הקרוי מיקופלסמה גֶניטַליוּם, ולבנות מודל של חיידק יחיד. הגבלת ההדמיה לתא אחד בלבד תפשט את הבעיה כך שנוכל, בעיקרון, לכלול כל פיסת ביולוגיה שתועדה בתא זה: הפרימה של כל חווק בסולם הדנ”א המפותל שלו, השעתוק של כל גן בדנ”א לתעתיק רנ”א, הייצור של כל אנזים או חלבון אחר המיוצר על פי הוראות הרנ”א, והקשרים בין כל אחד משחקנים אלו ורבים אחרים, שכולם גורמים בסופו של דבר לתא לגדול ולהתחלק לשני תאי “בת”. ההדמיה תשחזר, כמעט מעקרונות היסוד, את הדרמה של חיים חד-תאיים בשלמותה.

בניסויים הקודמים, תמיד ניסו לדמות מושבה שלמה של תאים משום שכמעט כל המידע שיש לנו על התנהגות תאים מקורו באוכלוסיות ולא בתאים יחידים. ואולם, ההתקדמות בתחומי הביולוגיה והמחשבים הקלה על מחקרים בתאים יחידים. כעת, הבנתי, הכלים זמינים לנסות גישה אחרת.

רעיונות חגו בראשי. ברגע שהגעתי הביתה, התחלתי לערוך תכניות לסימולטור. בבוקר למחרת, התחלתי לכתוב קוד תוכנה לכמה מן התהליכים הרבים המתרחשים במיקרואורגניזם חי. בתוך שבוע, השלמתי כמה אבות טיפוס של מודולים, שכל אחד מהם הוא תוכנה המייצגת תהליך תאי נתון. המודולים סיפקו פלט שנראה מציאותי למדי.

הראיתי את העבודה לקומץ ביולוגים. רובם סברו שאני משוגע. אך אני חשתי ש”עליתי” על משהו, ושני דוקטורנטים יוצאי דופן ונועזים, ג’ונת’ן ר’ קאר וג’יודיטה כ’ סנגְבי, חשבו שטמונה בגישה שלי אפשרות למימוש הדבר והסכימו לעבוד אתי על הפרויקט. השלמת המודל הממוחשב כרוכה ביצירת עשרות מודולים כאלה, בסריקת כמעט 1,000 מאמרים מדעיים בחיפוש אחר נתונים ביוכימיים, ובשימוש בערכים אלו כדי להגביל ולכוונן אלפי פרמטרים, כמו באיזו חוזקה נקשרים אנזימים למולקולות המטרה שלהם ובאיזו תדירות חלבונים הקוראים את הדנ”א מסיטים זה את זה מן הסליל הכפול. חששתי שאפילו בעזרת שיתופי פעולה ודוקטורנטים, הפרויקט ייארך שנים, אבל גם סברתי שבסוף הוא יצליח. לא הייתה דרך לדעת לבטח, אלא לנסות.

אתגר גדול

בעודנו מתכוננים לכבוש את ההר, קיבלנו השראה מן החוקרים הראשונים שחלמו על יצירת מודל לחיים. ב-1984 התווה את הדרך הרולד מורוויץ, שהיה אז באוניברסיטת ייל. הוא שם לב שהחיידקים הפשוטים ביותר שביולוגים הצליחו לגדל בתרבית, המיקופלסמות, הם התחלה הגיונית. לבד מהיותם קטנים ביותר ופשוטים באופן יחסי, שני זנים של מיקופלסמה גורמים למחלות בבני אדם: החיידק הטפילי המועבר ביחסי מין, מ. גניטליום, שמשגשג בדרכי השתן ובנרתיק, ומ. פנאומוניה, שיכול לגרום לדלקת ריאות מתונה. מודל של כל אחד מן הזנים יהיה שימושי מבחינה רפואית, וכן ישמש מקור לתובנות בביולוגיה בסיסית.

מורוויץ אמר שהצעד הראשון צריך להיות קביעת רצף הגנום של החיידק שנבחר. ג’ קרייג ונטר ועמיתיו במכון לחקר הגנום (TIGR) השלימו משימה זו בזן מ. גניטליום ב-1995. לחיידק יש רק 525 גנים. (לשם השוואה, בתאים אנושיים יש יותר מ-20,000.)

אני הייתי דוקטורנט בסן דייגו, כשארבע שנים לאחר מכן, קבוצת המחקר ב-TIGR הסיקה שרק כ-400 מן הגנים האלה חיוניים כדי לתמוך בחיים (כל עוד החיידקים גדלים במצע תרבית עשיר). ונטר ועמיתיו המשיכו הלאה, ייסדו את חברת סֶלֶרַה והתחרו בממשל האמריקני על קביעת רצף הגנום האנושי. הם סינתזו את הגנים החיוניים של זן מיקופלסמה אחד והראו שהם מתפקדים בתוך תא.

בעיני ובעיני ביולוגים צעירים אחרים בשלהי שנות ה-90 של המאה ה-20, החבורה הזאת הייתה לד זפלין של הביולוגיה: טיפוסים שוברי מוסכמות וגדולים מן החיים המנגנים מוזיקה שמעולם לא שמענו קודם לכן. קלייד הצ’ינסון, אחד הביולוגים בחבורת ונטר, אמר שהמבחן האמיתי לאופן שבו אנו מבינים תאים פשוטים יהיה רק כשמישהו יפתח מודל ממוחשב של תא כזה. במעבדה אפשר לבנות תא פעיל בצירוף פיסות נפרדות בלי להבין כל פרט הגורם להן לעבוד יחדיו. לא כך כשמדובר בתוכנה.

גם מורוויץ קרא לבנות סימולטור של תא חי המבוסס על גנום המיקופלסמה. הוא טען ש”כל ניסוי שאפשר לבצע במעבדה יכול להתבצע גם במחשב. מידת ההתאמה בין התוצאות [הניסוייות ואלו של ההדמיה] היא מדד לשלמות הפרדיגמה של הביולוגיה המולקולרית”, כלומר לתיאוריה המסבירה כיצד הדנ”א ומולקולות אחרות בתא מגיבים ביניהם כדי ליצור את החיים המוכרים לנו. במילים אחרות, בעודנו מרכיבים את פיסות התצרף, אנו מיטיבים להבין אילו חלקים ואילו יחסי גומלין חסרים בתיאוריה שלנו.

אף שמכשירים בתפוקה גבוהה לקביעת רצף הדנ”א ומכשור מעבדתי רובוטי האיצו במידה רבה את החיפוש אחר הפיסות החסרות, מבול רצפי הדנ”א ותבניות פעילוּת הגנים שהתקבלו לא הגיעו עם הוראות כיצד לחבר את כל החלקים יחדיו. סידני ברנר, מחלוצי הגנטיקה, כינה את סוג המחקר הזה ביולוגיה של “נתונים דלים, תפוקה גבוהה, אפס הבנה”, משום שלעתים קרובות מדי הניסויים אינם מסתמכים על השערות ומספקים מיעוט מאכזב של תובנות על המערכות הגדולות יותר שגורמות לחיים לפעול באופן תקין – או להתקלקל.

מצב זה מסביר מדוע, על אף הכותרות המכריזות תדיר על גילוי גנים חדשים הקשורים לסרטן, השמנת יתר או סוכרת, המרפא למחלות אלו מוסיף להיות חמקמק להכעיס. נראה שמרפא יימצא רק כשנוכל להתיר את הסבך של עשרות או אף מאות גורמים המגיבים זה עם זה, גם אם לעתים בדרכים הנוגדות את האינטואיציה, וגורמים למחלות אלו.

חלוצי ההדמיה הממוחשבת של התא הבינו שהדמיות של תאים שלמים שיכילו את כל המרכיבים התאיים ואת רשת התגובות ביניהם ישמשו כלים רבי עוצמה להשלטת סדר בידע הביולוגי הלא סדור והמקוטע. מעצם טבעה, הדמיה של תא חי תזקק סדרה רחבה של השערות לגבי המתרחש בתא לכדי אלגוריתמים מתמטיים קפדניים.

האיורים המצויים פעמים רבות במאמרים מדעיים, המראים שגורם X מבקר את גן Y … באופן כלשהו … רחוקים מאוד מלהיות מדויקים דיים לכתיבת תוכנת מחשב. מתכנתים מבטאים את התהליכים בצורת משוואות, כמו הדוגמה הפשוטה Y=aX+b, אפילו אם הם צריכים לנחש באופן מושכל מהם הערכים של a ו-b. הצורך לדייק מבהיר, בסופו של דבר, אילו ניסויים יש לבצע במעבדה כדי למלא את החורים בידע הקיים לגבי הקצב של תגובות כימיות ומדדים אחרים.

בה בעת, היה ברור שמרגע שמודל יאומת ויתברר כמדויק, הוא יחליף ניסויים מסוימים, וניסויי המעבדה היקרים ישמשו כדי לענות על שאלות שאי אפשר לענות עליהן רק בעזרת הדמיות. כמו כן, הדמיות של ניסויים שייצרו תוצאות מפתיעות יסייעו לחוקרים לקבוע את סדרי העדיפויות במחקריהם ולהאיץ את קצב התגליות המדעיות. למעשה, מודלים משמשים כלים מפתים כל כך כדי להבחין בין סיבה לתוצאה עד שב-2001, מאסארו טומיטה מאוניברסיטת קיו ביפו הכריז שהדמיה של התא השלם היא “האתגר הגדול של המאה ה-21”.

בעודי דוקטורנט, התרשמתי מן התוצאות הראשוניות של החוקרים המובילים בפיתוח מודלים תאיים באותה העת [ראו תיבה בעמוד הנגדי], ופיתחתי “שיגעון” לאתגר הגדול הזה. אפילו כשהקמתי מעבדה משלי והתמקדתי בפיתוח שיטות הדמיה (חזותית) של תאים יחידים, האתגר נותר במחשבותיי. ואז, באותה רכיבה הביתה על אופני בפברואר 2008, ראיתי דרך לענות על האתגר.

שתי תובנות מכריעות

היה ברור שלפני שנוכל לפתח הדמיה של מחזור החיים של חיידק שתהיה מדויקת דיה כדי לחקות את התנהגותו המורכבת ולגלות תגליות חדשות בביולוגיה, יהיה עלינו לפתור שלוש בעיות. ראשית, היינו צריכים לקודד למשוואות מתמטיות ולאלגוריתמים את כל הפעילויות החשובות, החל בזרימת אנרגיה, חומרי מזון ותוצרי תגובות כימיות דרך התא (כלומר, חילוף החומרים שלו), דרך סינתזה ופירוק של דנ”א, רנ”א וחלבונים, וכלה בפעילות של המוני אנזימים. שנית, היה עלינו למזג את כל הפעילויות האלה למסגרת כללית אחת. הבעיה האחרונה הייתה במידה רבה הקשה ביותר: לקבוע גבולות עליונים ותחתונים לכ-1,700 משתנים במודל, כדי שיהיו להם ערכים נכונים מבחינה ביולוגית, או לפחות באותם סדרי גודל.

הבנתי שלא משנה באיזו קפידה נסרוק את הספרות לגבי מ. גניטליום וקרוביו בחיפוש אחר משתנים אלו (קאר, סנגבי ואני בילינו בסופו של דבר שנתיים באיסוף נתונים מכ-900 מאמרים), נצטרך להסתפק בחלק מן המקרים בניחושים מושכלים או בשימוש בתוצאות מניסויים של חיידקים שונים לגמרי, כמו אשריכיה קולי, כדי להשיג מספרים מסוימים, כמו למשל, כמה זמן, בממוצע, נשארים בתא תעתיקי רנ”א לפני שאנזימים מפרקים אותם כדי למחזר את מרכיביהם. בלי דרך להגביל ולבחון ניחושים אלו, לא היה לנו סיכוי להצליח.

באותו רגע של הארה ב-2008, הבנתי שפיתוח מודל של תא יחיד ולא של קבוצת תאים, בניגוד לכמעט כל המחקרים שנערכו עד אז, יאפשר לנו לקבוע את הגבולות שנזקקנו להם. קחו לדוגמה גדילה ורבייה. אוכלוסייה גדולה של תאים גדלה בשלבים. הלידה או המוות של תא יחיד אינם משנים הרבה. אבל לגבי תא יחיד, חלוקה היא אירוע דרמתי מאוד. לפני שתא מתחלק לשניים, האורגניזם צריך להכפיל את המסה שלו, ולא רק את המסה הכללית. יש להכפיל את כמויות הדנ”א, את קרום התא וכל סוג של חלבון הדרוש להישרדות. אם המודל מוגבל לתא יחיד, המחשב יכול למעשה לספור כל מולקולה ולעקוב אחריה במהלך כל מחזור התא. הוא גם יכול לבדוק אם כל המספרים מתאזנים בעת שתא אחד הופך לשני תאים.

יותר מזה, תא יחיד מתרבה למעשה בקצב קבוע. מ. גניטליום, לדוגמה, מתחלק בכל 9 עד 10 שעות בתנאי מעבדה רגילים. לעתים נדירות התאים מתחלקים בתוך פחות משש שעות או בתוך יותר מ-15. הדרישה שתא חייב לשכפל את כל תכולתו בלוח זמנים קשיח זה מאפשרת לנו לבחור תחומים סבירים בעבור משתנים רבים שאי אפשר לקבוע אותם בתנאים אחרים, כמו אלו הקובעים מתי יתחיל שכפול דנ”א.

קיבצתי צוות של פיזיקאים, של ביולוגים, של אנשי מחשב ואפילו מהנדס תוכנה שעבד בעבר בגוגל, ודנו בגישות המתמטיות שיש לנקוט בהן. מייקל שולר, מהנדס ביו-רפואי באוניברסיטת קורנל, שהיה חלוץ בהדמיות ממוחשבות של תאים, בנה מודלים מרשימים בעזרת משוואות דיפרנציאליות רגילות. ברנהרד פלסון, שאצלו למדתי בסן דייגו, פיתח שיטה רבת עוצמה, הקרויה אנליזה של שטף ושיווי משקל (FBA) לצורך בניית מודלים ממוחשבים של חילוף חומרים. אבל אחרים הראו שאקראיות היא מרכיב חשוב בשעתוק גנים, וחלוקת תא ודאי כרוכה בשינויים בגאומטריה של קרום התא. השיטות שתיארתי אינן מתייחסות להיבטים אלו. כבר בתור דוקטורנט הבנתי שאין שיטה אחת המסוגלת לשמש מודל לכל פעילויות התא. ואכן, עבודת הדוקטורט שלי הדגימה דרך לחבר שתי גישות מתמטיות נפרדות לסימולטור אחד.

משום כך החלטנו ליצור מודל של תא שלם כאוסף של 28 מודולים שונים, שכל אחד מהם משתמש באלגוריתם המתאים ביותר לתהליך הביולוגי ולדרגת הידע שיש לנו עליו [ראו תיבה בעמוד 48]. ואולם, אסטרטגיה זו הסתכמה באוסף טלאים של תהליכים מתמטיים. היה עלינו לתפור אותם זה לזה באופן כלשהו כדי לקבל מבנה אחד שלם.

נזכרתי בקורס שלמדתי בתואר הראשון, על תכנון מפעל כימי. לפרויקט הסופי בקורס השתמשנו בחבילת הדמיה רבת עוצמה, המכונה HYSYS, כדי לתכנן בית זיקוק גדול. HYSYS אפשרה לנו לתכנן כל תגובה כימית מרכזית כאילו היא מתרחשת בכלי נפרד. צינורות חיברו את התפוקה של כלי אחד לתשומה של כלים אחרים. מבנה זה חיבר סוגים רבים של פעולות כימיות למערכת סדורה וברורה.

עלה בדעתי שגישה זו, בשינויים הנחוצים, עשויה להתאים להדמיית התא שלנו אם נסכים להניח הנחה חשובה אחת שתפשט את התהליך: שאפילו תהליכים ביולוגיים המתרחשים באותה עת בתא החי, אינם תלויים זה בזה בפרקי זמן הקטנים משנייה אחת. אם הנחה זו מבוססת, נוכל לחלק את חיי התא לשניות ולהריץ כל אחד מ-28 המודולים, על פי הסדר, למשך שנייה אחת לפני שנעדכן את מאגר המשתנים של התא. המודל יבטא את כל יחסי הגומלין של הביוכימיה, כמו למשל את התלות של שעתוק גנים וסינתזת דנ”א באנרגיה ובנוקליאוטידים המיוצרים בתהליך חילוף החומרים, אבל רק בסדרי גודל הארוכים משנייה אחת.

לא הייתה לנו הוכחה תיאורטית שזה יפעל. זה היה עניין של אמונה.

בשעה שבנינו את התא הווירטואלי שלנו, הכנסנו לתוכו תוכנות חיישן שתפקידן למדוד מה קורה בפנים. כל הרצה של הסימולטור, שכללה את כל מחזור התא של תא יחיד, הסתכמה ב-500 מגבייט של נתונים. הפלט המספרי זרם אל תוך כעין לוח מכשירים, כלומר אוסף של תריסרי טבלאות ותרשימים שהיו ממלאים קלסר שלם.

בתחילה התוצאות היו מתסכלות. חודשים עסקנו בתיקון טעויות בתוכנות, שיפרנו את המתמטיקה והוספנו מגבלות רבות וטובות יותר על המשתנים, שמקורן בניסויי מעבדה. אך התא סירב להתחלק או התנהג בצורה חסרת היגיון. לפרק זמן מסוים הוא ייצר כמויות עצומות של החומצה האמינית אלנין ומעט מאוד מכל השאר.

ואז, יום אחד, החיידק הקיברנטי שלנו הגיע לסוף מחזור התא שלו והתחלק בהצלחה. ומה שריגש אף יותר: זמן ההכפלה היה בערך תשע שעות, בדיוק כמו מ. גניטליום חי. נתונים רבים אחרים היו עדיין שגויים, אך הרגשנו שההצלחה מצויה בהישג יד.

לאחר כמה חודשים השתתפתי בכנס של יומיים בבת’סדה שבמרילנד, ובין מושב אחד למשנהו נקראתי לדלפק הקבלה.

“ד”ר קוברט? קיבלת חבילה.”

בחדרי, פתחתי את הקופסה והוצאתי קלסר. את השעות הבאות ביליתי בדפדוף במאות עמודי התרשימים והטבלאות המסובכים, ולבי החל לפעום בחוזקה. רוב הנתונים נראו בדיוק כמו נתונים המתקבלים מתא אמיתי. והשאר היו מסקרנים: לא צפויים, אך אפשריים מבחינה ביולוגית. ואז ידעתי שהגענו לפסגת ההר שהתנוסס גבוה כל כך מעלינו לפני שנים. המודל הממוחשב הראשון של יצור חי שלם יצא לדרך. מה הוא ילמד אותנו?

חלון הצצה אל חייו של תא

לאחר כשנה שבה אנו מיישמים את הכלי החדש שפיתחנו, אנחנו עדיין מגלים דברים מרתקים בכל פעם כשאנו מציצים אל תוככי המנגנון של המיקרואורגניזם הווירטואלי המכיל מיליוני פרטים הקשורים בחיים וברבייה. מצאנו, לפליאתנו, שחלבונים דוחקים זה את זה מן הדנ”א לעתים קרובות עד להדהים, כ-30,000 פעמים בכל מחזור חיים בן 9 שעות. גילינו גם שזמן ההכפלה היציב של החיידק הוא בעצם תופעה הנובעת מיחסי גומלין מורכבים בין שני שלבים נפרדים של השכפול, שמשך כל אחד מהם לחוד יכול להשתנות במידה רבה. והמעקב, שנייה אחר שנייה, אחרי התנהגות התא, אִפשר לנו להסביר מדוע התא מפסיק להתחלק מיד כשגנים מסוימים מושתקים, אך מתחלק 10 פעמים נוספות לפני מותו כשפוגעים בגנים חיוניים אחרים. מחזורי החלוקה הנוספים יכולים להתרחש באותם מקרים שבהם התא אוגר יותר עותקים של חלבון המקוּדד בידי הגן מאלה הנחוצים לו למחזור חיים אחד. העודף מועבר לצאצאים, ואלו מתים רק כשהמאגרים בסופו של דבר מתכלים. תוצאות ראשוניות אלו מרגשות, אך ייתכן שיידרשו שנים כדי להבין מה מספרות לנו כל הדמיות המחשב על האופן שבו פועלים חיידקים אלו ותאים באופן כללי.

המחקר שלנו על מ. גניטליום הוא רק הצעד הראשון בדרך לפתח מודל ממוחשב של תאים או של רקמות אנושיים ברמת הגנים והמולקולות. המודל שיש לנו היום רחוק מלהיות מושלם, ומיקופלסמות הן פחות או יותר צורות החיים העצמאיות הפשוטות ביותר הקיימות. כל ההדמיות, התוכנות, מאגר הידע ונתוני הניסויים זמינים באופן חופשי באינטרנט, ואנחנו וחוקרים אחרים כבר פועלים לשפר את הסימולטור ולהרחיב את פעילותו למגוון אורגניזמים, כמו אי קולי והשמר Saccharomy­ces cerevisiae, שני אורגניזמים נפוצים ביותר במעבדות מחקר באקדמיה ובתעשייה.

בזנים אלו, הבקרה על גנים מורכבת בהרבה, וחשוב גם המיקום התוך-תאי שבו מתרחשים האירועים השונים. כשנצליח להתייחס לנושאים אלו, אני צופה שהיעד הבא יהיה תא עכבר או תא אנושי, סביר ביותר שתא, כמו מאקרופאג’ (תא מתקפה של מערכת החיסון), שאפשר לגדלו בקלות בתרבית ולהשתמש בו כמקור למדידות שיעזרו לכוונן ולתקף את המודל.

אינני יכול לנחש עד כמה רחוקים אנו היום מטכנולוגיה כזאת. בהשוואה לחיידקים, לתאים אנושיים יש הרבה יותר מדורים ובקרה גנטית נרחבת בהרבה שחלקים נרחבים ממנה אינם ידועים כלל. יותר מזה, מכיוון שתאים אנושיים מצויים ברקמות רב-תאיות, יש ביניהם יחסי גומלין הדוקים בהרבה מאשר בין חיידקים.

ב-13 בפברואר, 2013, הייתי אומר שיעבור לפחות עשור עד שנוכל לפתח מודל של התא הפשוט ביותר, ולא הייתי מעז לחשוב על מודל למשהו מורכב יותר. כעת, אפשר לפחות לחשוב על פיתוח מודל לתא אנושי, ולו רק כדי לראות איך התוכנה נכשלת ומן הכישלונות להבין מהם הדברים שעדיין יש ללמוד על התאים שלנו. אפילו זה יהיה צעד גדול למדי.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

על המחבר

מרקוס ו’ קוברט (Covert) הוא פרופסור חבר לביו-הנדסה באוניברסיטת סטנפורד, שם הוא עומד בראש מעבדה בתחום הביולוגיה המערכתית.

בקיצור

מודלים ממוחשבים שיביאו בחשבון את הפעילות של כל גן ושל כל מולקולה בתא יכולים לחולל מהפכה בדרך שבה אנו חוקרים, מבינים ומתכננים מערכות ביולוגיות.

הדמיה ממוחשבת מקיפה של חיידק מידבק נפוץ הושלמה בשנה שעברה, ואף על פי שיש בה עדיין פגמים, היא כבר מייצרת תגליות חדשות.

מדענים מפתחים כעת מודלים של אורגניזמים מורכבים יותר. לטווח הרחוק המטרה היא הדמיית תאים ואיברים אנושיים ברמת פירוט דומה.

עוד בנושא

The Dawn of Virtual Cell Biology. Peter L. Freddolino and Saeed Tavazoie in Cell, Vol. 150, No. 2, pages 248-250; July 20, 2012.

A Whole-Cell Computational Model Predicts Phenotype from Genotype. Jonathan R. Karr et al. in Cell, Vol. 150, No. 2, pages 389-401; July 20, 2012.

Bridging the Layers: Toward Integration of Signal Transduction, Regulation and Metabolism into Mathematical Models. Emanuel Gonçalves et al. in Molecular Biosystems, Vol. 9, No. 7, pages 1576-1583; July 2013.

הכתבה התפרסמה באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל