科技商報(bào)成都1月23日電（記者張夢(mèng)然）據(jù)最新一期《細(xì)胞》雜志報(bào)導(dǎo)，俄羅斯科學(xué)家構(gòu)建了一個(gè)基因組被剝離到了最基本要素的“最小活細(xì)胞”細(xì)胞膜模型制作，以及一個(gè)反映其行為的細(xì)胞計(jì)算機(jī)模型。通過(guò)改進(jìn)和測(cè)試該模型，科學(xué)家們表示正在開發(fā)一個(gè)用于預(yù)測(cè)基因組、生命條件或活細(xì)胞化學(xué)特點(diǎn)的變化將怎樣改變其功能的系統(tǒng)。
日本佛羅里達(dá)學(xué)院厄巴納中學(xué)物理院長(zhǎng)贊達(dá)·露西—舒爾滕說(shuō)，最小細(xì)胞具有精簡(jiǎn)的基因組，這種基因組攜帶有復(fù)制DNA、生長(zhǎng)、分裂和執(zhí)行大多數(shù)其他定義生命的功能所必需的基因。研究人員說(shuō)：“此處的新奇之處在于，我們開發(fā)了一個(gè)3D、完全動(dòng)態(tài)的最小活細(xì)胞動(dòng)力學(xué)模型，該模型模擬了實(shí)際細(xì)胞中發(fā)生的情況。”
該模擬以原子尺度勾畫出3D空間中數(shù)千個(gè)細(xì)胞成份的精確位置和物理特點(diǎn)。它跟蹤那些分子在細(xì)胞中擴(kuò)散并相遇須要多長(zhǎng)時(shí)間，當(dāng)它們擴(kuò)散時(shí)會(huì)發(fā)生哪些樣的物理反應(yīng)，以及每一步須要多少能量。
為了建立最小細(xì)胞，日本加洲克雷格·文特研究所（JCVI）科學(xué)家們轉(zhuǎn)向最簡(jiǎn)單的活細(xì)胞原體，這是一種寄生于其他生物體的真菌。在之前的研究中，JCVI團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)合成基因組，并在含有細(xì)胞維持所需的所有營(yíng)養(yǎng)和誘因的環(huán)境中培養(yǎng)細(xì)胞。對(duì)于這項(xiàng)新研究細(xì)胞膜模型制作，該團(tuán)隊(duì)添加了部份基因以增強(qiáng)細(xì)胞的活力。該細(xì)胞比任何天然細(xì)胞都簡(jiǎn)單，因而更容易在計(jì)算機(jī)上建模。
舒爾滕說(shuō)，模擬像活細(xì)胞這樣巨大而復(fù)雜的東西依賴于數(shù)六年研究的數(shù)據(jù)。為了構(gòu)建計(jì)算機(jī)模型，研究人員必須考慮細(xì)胞DNA、脂質(zhì)、氨基酸的化學(xué)和物理特點(diǎn)，以及基因轉(zhuǎn)錄、翻譯和蛋白質(zhì)建立機(jī)制。她們還必須模擬每位成份怎樣通過(guò)細(xì)胞擴(kuò)散，跟蹤細(xì)胞生命周期中每位步驟所需的能量。
這種模擬讓研究人員深入了解了細(xì)胞怎樣“平衡其新陳代謝、遺傳過(guò)程和生長(zhǎng)的需求”。比如，該模型顯示，細(xì)胞借助其大部份能量將必需的離子和分子導(dǎo)出其細(xì)胞膜。這是由于原體從其他生物體中獲得了生存所需的大部份物質(zhì)。
研究人員表示，該模型模擬了一個(gè)最小細(xì)胞內(nèi)從其出生到兩小時(shí)后分裂的所有物理反應(yīng)。這個(gè)最小活細(xì)胞的3D、全動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)模型打開了一扇了解細(xì)胞內(nèi)部運(yùn)作的窗口，展示了所有細(xì)胞成份是怎樣響應(yīng)內(nèi)部和外部線索互相作用和變化的，將幫助研究人員更好地理解生命的基本原則。