Az OpenWorm egy nemzetközi projekt egy számítógépes modell létrehozására ( in silico ) a modern biológia egyik legteljesebben tanulmányozott [1] mikroorganizmusának , a Caenorhabditis elegans féregnek [2] [3] [4] sejtszintjén .
A projekt végcélja egy teljes modell, amely magában foglalja az összes C. elegans sejtet (valamivel ezer alatt). Az első szakaszban a féreg mozgását szimulálják, amihez 302 idegsejt és 95 izomsejt munkáját szimulálják. 2014-re létrehozták az idegi konnektóma és az izomsejtek modelljeit. A féreg háromdimenziós interaktív anatómiai atlasza elérhető a projekt honlapján. Az OpenWorm projekt közreműködői a geppetto platformot is fejlesztik egész organizmusok modellezésére [5] .
2015-ben S. Larson projektkoordinátor úgy nyilatkozott, hogy a kitűzött célokat 20-30%-ban sikerült elérni [1] .
A C. elegans orsóféreg a modern genetika számára a Drosophila légy analógja a klasszikus természettudományok számára; az egyik legegyszerűbb idegrendszerrel rendelkezik, mindössze 302 neuronból áll [1] . Ezenkívül tanulmányozták a köztük lévő kapcsolatok szerkezetét ( connectome ). A féreg testében alig ezer sejt található, amelyek mindegyikét azonosították és leírták a tudományos irodalomban, mivel a C. elegans egy népszerű modellszervezet . A férgek genomját is teljesen kiolvasták, számos mutációt, a férgek viselkedését stb. leírták.. Ilyen alacsony számú neuron mellett a kétfoton mikroszkóppal lehetővé válik a teljes neuronális aktivitás leírása. élő organizmus. Az optogenetikai technológiák segítségével lehetővé válik a test neurodinamikája teljes körű leírása.
Az élőlény teljes in silico modelljének megalkotása során olyan új eszközök és módszerek születnek, amelyek leegyszerűsítik a bonyolultabb élőlények modellezését.
A Nemaload projekt [6] egy kutatási program olyan biológiai tények empirikus felkutatására, amelyek egy teljes értékű alulról felfelé irányuló szimulációhoz szükségesek. A Nemaload alapítója , David Dalrymple az OpenWorm projekt közreműködője.
Annak ellenére, hogy a projekt kimondott végcélja a C. elegans teljes testének és viselkedési mintáinak szimulálása, az Open Worm projekt kezdetben csak a legegyszerűbb motoros reakciók szimulációját tervezi. Ehhez a virtuális férget virtuális környezetbe kell helyezni. Szükséges a teljes visszacsatolás a lánc mentén: Környezeti inger - szenzoros transzdukció - köztes neuronok tüzelése - motoros neuronok tüzelése - izomsejtek összehúzódása - környezeti változás - szenzoros transzdukció és így tovább ...
A két fő technikai probléma az idegrendszer idegrendszeri és elektromos tulajdonságainak modellezése az információfeldolgozás során, majd a féreg testének mozgás közbeni mechanikai tulajdonságainak modellezése. A neuronok tulajdonságait a Hodgkin Huxley egyenletek, a mechanikai tulajdonságokat pedig a Simított részecske hidrodinamikai algoritmussal modellezik.
Az OpenWorm csapata létrehozta a Geppetto programot, amely integrálja ezeket az algoritmusokat, és modularitása révén képes lesz más biológiai rendszerek (például emésztés) szimulálására is.
A csapat létrehozta a NeuroConstruct környezetet is, amely NeuroML formátumban írja le a neuronok szerkezetét. A teljes C. elegans konnektómát NeuroConstruct segítségével rekonstruáltuk .
Egy izomsejt modelljét is elkészítették NeuroML formátumban. A modellek azonban jelenleg csak a legegyszerűbb reakciókat tartalmazzák, az elektromos vagy mechanikai tulajdonságokat nem.
A projekt következő szakaszában a résztvevők egy izomsejtet hat idegsejttel kapcsolnak össze, és vizsgálják azok interakcióját.
A jövőben a folyamat megismétlődik a fennmaradó izomsejtek esetében.