For å modellere den enkleste mikroben i verden trenger du 128 datamaskiner

Hva en banebrytende datasimulering forteller oss om fremtiden til bioteknologi.

Mycoplasma genitalium har et av de minste genomene av noen frittlevende organismer i verden, med bare 525 gener. Det er en brøkdel av størrelsen på til og med en annen bakterie E coli , som har 4288 gener. M. genitalium 's diminutive genom gjorde det til det første målet for forskere fra Stanford og J. Craig Venter Institute som ønsket å simulere en organisme i programvare.

Bioingeniørene, ledet av Stanfords Markus Covert, lyktes med å modellere bakterien, og publiserte arbeidet sitt forrige uke i journalen Celle . Det som er fascinerende er hvor mye hestekrefter de trengte for å delvis simulere denne enkle organismen. Det tok en klynge på 128 datamaskiner som kjørte i 9 til 10 timer for å faktisk generere dataene om de 25 kategoriene av molekyler som er involvert i cellens livssyklusprosesser.

Dette har direkte betydning for et av de store spørsmålene om teknologi de neste 50 årene: hvor vellykket vil bioteknologi være? På den ene siden har vi gjort enorme fremskritt i å beskrive de molekylære prosessene som driver livet. Jeg snakker ikke bare om genomikk, men hele sett med andre molekyler og interaksjoner (se: proteomikk, metabolomikk, epigenomikk, transkriptomikk ). Det nye verket står som et bevis på hvor langt vi har kommet. Vi kan nå simulere de fleste kjente interaksjoner i cellen: hvordan koden til dens DNA blir til proteiner, hvordan disse proteinene samhandler og hvordan cellen bruker energi.

På den annen side har dybden og bredden av cellulær kompleksitet vist seg å være nesten utrolig og vanskelig å håndtere, selv gitt Moores lov. De M. genitalium modellen krevde at 28 delsystemer ble individuelt modellert og integrert, og mange kritikere av arbeidet har klaget på Twitter som bare en brøkdel av det som til slutt vil kreves å vurdere simuleringen realistisk.

«Akkurat nå tar det rundt 10 timer å kjøre en simulering for en enkelt celle for å dele én gang, og det genererer en halv gigabyte med data,» leder forsker Det fortalte Covert til New York Times . 'Jeg finner dette faktum fullstendig fascinerende, fordi jeg ikke vet at noen noen gang har spurt hvor mye data en levende ting virkelig inneholder.'

Én celle. En divisjon. En halv spillejobb med data. Tenk nå at millioner av bakterier kan passe på hodet av en nål, og at mange av dem er en størrelsesorden mer komplekse enn M. genitalium . Eller tenk på ideen som menneskekroppen består av 10 billioner (store, komplekse) menneskelige celler , pluss rundt 90 eller 100 billioner bakterieceller. Det er omtrent 100 000 000 000 000 celler totalt. Det vil kreve mange datamaskiner å modellere, ikke sant? Hvis det var mulig, altså.

Det er ikke det at jeg tror dette nivået av biologisk kompleksitet gjør det ugjennomtrengelig for menneskelig konstruksjon. Det er tydeligvis ikke tilfelle. Men det ser ut til at det er veldig vanskelig å manipulere eller optimalisere levende systemer uten å forårsake store, utilsiktede konsekvenser. Vi kan bare simulere en av de enkleste cellene i verden gjennom mange års forskning, men vi endrer trillioner av trillioner celler med letthet.