Tất cả các sinh vật sống đòi hỏi sự trao đổi chất. Cách một sinh vật chuyển hóa chất dinh dưỡng là một quá trình phức tạp và việc mô phỏng các quá trình hóa học giúp duy trì sự sống là một thách thức khó khăn.
Về mặt lý thuyết, quy trình có thể được biểu diễn bằng các phương trình toán học với các tham số cụ thể cho từng sinh vật. Tuy nhiên, trên thực tế, việc xác định các tham số đó- là một vấn đề phức tạp do thiếu dữ liệu thực nghiệm.
Các nhà khoa học nói chung cần rất nhiều dữ liệu thực nghiệm và sức mạnh xử lý để tìm ra các thông số này. EPFL các nhà khoa học đã đề xuất một khung tính toán dựa trên học sâu tái tạo các đặc tính trao đổi chất động được quan sát thấy trong tế bào. Khung có tên REKINDLE có thể mở đường cho việc mô hình hóa các quá trình trao đổi chất hiệu quả và chính xác hơn.
Ljubisa Miskovic thuộc Phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học hệ thống tính toán của EPFL và đồng PI của nghiên cứu cho biết: “REKINDLE sẽ cho phép cộng đồng nghiên cứu giảm nỗ lực tính toán trong việc tạo ra các mô hình động học theo một số bậc độ lớn. Nó cũng sẽ giúp đưa ra các giả thuyết mới bằng cách tích hợp dữ liệu sinh hóa trong các mô hình này, làm sáng tỏ các quan sát thực nghiệm và định hướng các khám phá trị liệu mới và thiết kế công nghệ sinh học”.
Subham Choudhury, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết, “Mục đích bao quát của mô hình trao đổi chất là để mô tả hành vi trao đổi chất tế bào ở mức độ mà sự hiểu biết và dự đoán tác động của các biến thể trong trạng thái tế bào và điều kiện môi trường có thể được kiểm tra một cách đáng tin cậy cho một loạt các nghiên cứu về sức khỏe, công nghệ sinh học, hệ thống và sinh học tổng hợp. Chúng tôi hy vọng rằng REKINDLE tạo điều kiện xây dựng các mô hình trao đổi chất cho cộng đồng rộng lớn hơn.”
Kỹ thuật này có các ứng dụng công nghệ sinh học trực tiếp vì các mô hình động học rất quan trọng đối với nhiều nghiên cứu, bao gồm cả những nghiên cứu về sản xuất sinh học, nhắm mục tiêu thuốc, tương tác giữa các vi khuẩn và xử lý sinh học.
choudhury nói, “REKINDLE sử dụng các thư viện Python tiêu chuẩn, được sử dụng rộng rãi giúp dễ truy cập và sử dụng. Mục tiêu chính của chúng tôi với nghiên cứu này là mở đường để biến những nỗ lực lập mô hình này thành nguồn mở và có thể truy cập được để bất kỳ ai trong cộng đồng sinh học tổng hợp và hệ thống đều có thể sử dụng chúng cho mục tiêu nghiên cứu của riêng họ, bất kể chúng là gì.”
Tạp chí tham khảo:
- Choudhury, S., Moret, M., Salvy, P. et al. Tái tạo các mô hình động học cho các nghiên cứu động học về quá trình trao đổi chất bằng cách sử dụng các mạng đối thủ sáng tạo. Nat Mach Intell 4, 710–719 (năm 2022). DOI: 10.1038 / s42256-022-00519-y
