In silico

Az in silico (latin, „szilíciumban”, azaz: „a gépben”) kifejezés arra a technikára utal, amikor egy kísérletet számítógépes szimulációval hajtanak végre. A kifejezést 1989-ben alkották meg a biológiában (lásd még: rendszerbiológia) elterjedt in vivo, in vitro és in situ (az élő szervezetben, az élő szervezeten kívül, illetve a természetben végzett kísérletekre utaló) kifejezések analógiájára.

Gyógyszerek felfedezése virtuális szűréssel

Bővebben: Virtuális szűrés

Az orvostudományban alkalmazott in silico kutatásokról azt gondolják, eséllyel felgyorsíthatják az új gyógyszerek felfedezését, egyben lecsökkentve az igényt a drága laboratóriumi és klinikai kutatásokra. Ennek egyik módja a gyógyszerjelöltek hatékonyabb kiválasztása és megszűrése. 2010-ben például az EADock fehérjedokkoló algoritmus (lásd Fehérje-ligandum dokkolás) segítségével a kutatók in silico találtak meg egy rákos viselkedéssel kapcsolatos enzim potenciális gátlóit. Később a megtalált molekulák ötven százalékáról in vitro is bebizonyosodott az aktív inhibitor hatás.^[1]^[2] A megközelítés eltér a nagy áteresztőképességű szűrést (HTS) használó robotizált laboratóriumokétól, ahol naponta több ezer különböző vegyületet tesztelnek fizikailag, miközben a jelölt vegyületek kevesebb mint 1%-a esélyes arra, hogy további tesztfázisokba kerülhessen (lásd: gyógyszerkutatás).

Sejtmodellek

Erőfeszítések történtek a sejtek viselkedésének számítógépes modellezésére. 2007-ben például kutatók megalkották a tuberkulózis in silico modelljét, hogy elősegítsék a gyógymódok fejlesztését. Az in silico modellben a valós idejűnél gyorsabban szimulálható a betegség kifejlődése (hónapok helyett akár percek alatt).^[3] Más modellek egy-egy sejti folyamatra koncentrálnak, például a Caulobacter crescentus növekedési ciklusára.^[4]

Az eddigi próbálkozások során nem sikerült létrehozni egy sejt teljes viselkedésének pontos, előre jelző erővel bíró számítógépes modelljét. A modelleket korlátozzák a molekuláris dinamika és a sejtbiológia még feltáratlan területei, valamint az is, hogy a számítási kapacitás véges volta miatt a modellező szoftverekben kénytelenek olyan egyszerűsítő előfeltevésekkel élni, melyik korlátozzák a jelenlegi in silico modellek hasznosságát.

Genetika

A DNS-szekvenálás során meghatározott nukleinsavsorrend szekvencia-adatbázisban tárolható, analizálható, digitálisan megváltoztatható és/vagy sablonként használható új DNS létrehozására (mesterséges génszintézis).

Egyéb példák

In silico számítógép-alapú modellezési technikákat használtak már:

Prokarióta és eukarióta gazdaszervezetek (E. coli, B. subtilis, élesztő, CHO- vagy emberi sejtvonalak) teljes sejtjeinek elemzésére
Biológiai fermentációs eljárás fejlesztésére és optimalizálására
Különböző adatforrások (pl. genom, transzkriptom, proteom) heterológ adatainak analízisére, értelmezésére és vizualizációjára
Fehérjetervezésre. Egy sikeres, akadémiai használatra ingyenes és aktív fejlesztés alatt álló példa a RosettaDesign szoftvercsomag.^[5]^[6]^[7]^[8] A RosettaDesign a weben elérhető.^[9]

Története

Az in silico kifejezést nyilvánosan először 1989-ben használták egy Los Alamos-i workshopon, melynek címe „Cellular Automata: Theory and Applications” volt. Pedro Miramontes mexikói matematikus adott elő "DNA and RNA Physicochemical Constraints, Cellular Automata and Molecular Evolution" tárgyban. Beszédében Miramontes az „in silico” kifejezéssel utalt arra, hogy a biológiai kísérletek teljes egészében a számítógépen belül zajlottak. Az előadás később visszaköszönt Miramontes doktori disszertációjában is.^[10]

Az in silico kifejezés előfordult az Európai Bizottság bakteriális genomszoftverek írásának támogatására készült műszaki dokumentációkban (white paper-ekben) is. Az első hivatkozott dokumentumot, amiben az „in silico” előfordult, 1991-ben írta egy francia csoport.^[11] Az első könyvfejezetet, amiben a kifejezés előfordulHans B. Sieburg írta 1990-ben, és a komplex rendszerekről tartott nyári iskolában prezentálta a Santa Fe Intézetben.^[12]

Az „in silico” kifejezést eredetileg nem használták általánosan a számítógépben végzett művetekre, hanem specifikusan a természettudományos vagy laboratóriumi folyamatok számítógépes szimulációjára utaltak vele.

In silico vagy in silicio

Az in silico kifejezésnél nyelvtanilag helyesebb lett volna az in silicio. Az általános latin nyelvtudás háttérbe szorulásával azonban az „in silico” sem hat furcsán, és rímel az elterjedt „in vivo” és „in vitro” kifejezésekre. Mostanra a helytelenül képzett alak már teljesen elterjedt, még egy szakfolyóirat nevében is szerepel (In Silico Biology: http://www.bioinfo.de/isb/).

Kapcsolódó szócikkek

Jegyzetek

↑ (2010) „Rational Design of Indoleamine 2,3-Dioxygenase Inhibitors”. Journal of Medicinal Chemistry 53 (3), 1172–89. o. DOI:10.1021/jm9014718. PMID 20055453.
↑ Ludwig Institute for Cancer Research (2010, February 4). New computational tool for cancer treatment. ScienceDaily. Hozzáférés ideje: February 12, 2010, from http://www.sciencedaily.com/releases/2010/01/100129151756.htm
↑ University Of Surrey (2007, June 25). In Silico Cell For TB Drug Discovery. ScienceDaily. Hozzáférés ideje: February 12, 2010, from http://www.sciencedaily.com/releases/2007/06/070624135714.htm
↑ Li S, Brazhnik P, Sobral B, Tyson JJ, 2009 Temporal Controls of the Asymmetric Cell Division Cycle in Caulobacter crescentus. PLoS Comput Biol 5(8): e1000463. doi:10.1371/journal.pcbi.1000463
↑ Liu, Y & Kuhlman, B (July 2006), "RosettaDesign server for protein design", Nucleic Acids Research 34 (Web Server issue): W235–8, DOI 10.1093/nar/gkl163
↑ Dantas, Gautam; Kuhlman, Brian & Callender, David et al. (2003), "A Large Scale Test of Computational Protein Design: Folding and Stability of Nine Completely Redesigned Globular Proteins", Journal of Molecular Biology 332 (2): 449, DOI 10.1016/S0022-2836(03)00888-X
↑ Dobson, N; Dantas, G & Baker, D et al. (2006), "High-Resolution Structural Validation of the Computational Redesign of Human U1A Protein", Structure 14 (5): 847, DOI 10.1016/j.str.2006.02.011
↑ Dantas, G; Corrent, C & Reichow, S et al. (2007), "High-resolution Structural and Thermodynamic Analysis of Extreme Stabilization of Human Procarboxypeptidase by Computational Protein Design", Journal of Molecular Biology 366 (4): 1209, DOI 10.1016/j.jmb.2006.11.080
↑ Archivált másolat. [2008. szeptember 13-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. március 28.)
↑ Miramontes P. Un modelo de autómata celular para la evolución de los ácidos nucleicos [A cellular automaton model for the evolution of nucleic acids]. Tesis de doctorado en matemáticas. UNAM. 1992.
↑ (1991) „From data banks to data bases”. Research in microbiology 142 (7–8), 913–6. o. DOI:10.1016/0923-2508(91)90073-J. PMID 1784830.
↑ (1990) „Physiological Studies in silico”. Studies in the Sciences of Complexity 12, 321–342. o.

További információk

Nézd meg az in silico címszót a Wikiszótárban!

World Wide Words: In silico
CADASTER Archiválva 2012. március 30-i dátummal a Wayback Machine-ben Seventh Framework Programme project aimed to develop in silico computational methods to minimize experimental tests for REACH Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals
In Silico Biology. Journal of Biological Systems Modeling and Simulation Archiválva 2020. október 21-i dátummal a Wayback Machine-ben
In Silico Pharmacology

[1] (2010) „Rational Design of Indoleamine 2,3-Dioxygenase Inhibitors”. Journal of Medicinal Chemistry 53 (3), 1172–89. o. DOI:10.1021/jm9014718. PMID 20055453.

[2] Ludwig Institute for Cancer Research (2010, February 4). New computational tool for cancer treatment. ScienceDaily. Hozzáférés ideje: February 12, 2010, from http://www.sciencedaily.com/releases/2010/01/100129151756.htm

[3] University Of Surrey (2007, June 25). In Silico Cell For TB Drug Discovery. ScienceDaily. Hozzáférés ideje: February 12, 2010, from http://www.sciencedaily.com/releases/2007/06/070624135714.htm

[4] Li S, Brazhnik P, Sobral B, Tyson JJ, 2009 Temporal Controls of the Asymmetric Cell Division Cycle in Caulobacter crescentus. PLoS Comput Biol 5(8): e1000463. doi:10.1371/journal.pcbi.1000463

[5] Liu, Y & Kuhlman, B (July 2006), "RosettaDesign server for protein design", Nucleic Acids Research 34 (Web Server issue): W235–8, DOI 10.1093/nar/gkl163

[6] Dantas, Gautam; Kuhlman, Brian & Callender, David et al. (2003), "A Large Scale Test of Computational Protein Design: Folding and Stability of Nine Completely Redesigned Globular Proteins", Journal of Molecular Biology 332 (2): 449, DOI 10.1016/S0022-2836(03)00888-X

[7] Dobson, N; Dantas, G & Baker, D et al. (2006), "High-Resolution Structural Validation of the Computational Redesign of Human U1A Protein", Structure 14 (5): 847, DOI 10.1016/j.str.2006.02.011

[8] Dantas, G; Corrent, C & Reichow, S et al. (2007), "High-resolution Structural and Thermodynamic Analysis of Extreme Stabilization of Human Procarboxypeptidase by Computational Protein Design", Journal of Molecular Biology 366 (4): 1209, DOI 10.1016/j.jmb.2006.11.080

[9] Archivált másolat. [2008. szeptember 13-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. március 28.)

[Miramontes-10] Miramontes P. Un modelo de autómata celular para la evolución de los ácidos nucleicos [A cellular automaton model for the evolution of nucleic acids]. Tesis de doctorado en matemáticas. UNAM. 1992.

[Danchin-11] (1991) „From data banks to data bases”. Research in microbiology 142 (7–8), 913–6. o. DOI:10.1016/0923-2508(91)90073-J. PMID 1784830.

[Sieburg-12] (1990) „Physiological Studies in silico”. Studies in the Sciences of Complexity 12, 321–342. o.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]