Nyílt féreg

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 féreg

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.

NemaLoad projekt

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.

Az OpenWorm Project

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.

Kapcsolódó projektek

Jegyzetek

  1. 1 2 3 Nikolenko S., Kadurin A., Arkhangelskaya E. 1.5 A neurobiológia határai: mit tudunk valójában? // Mély tanulás. Merüljön el a neurális hálózatok világában. - Szentpétervár. : Péter, 2018. - S. 28. - 480 p. — (Programozói könyvtár). - ISBN 978-5-496-02536-2 .
  2. A fonálféregrajongók felnyitják a férgüket a kickstarterre . Letöltve 2017. szeptember 29. Az eredetiből archiválva : 2018. január 27..
  3. A virtuális C. elegans felé: keretrendszer a neuromuszkuláris rendszer szimulációjához és megjelenítéséhez 3D fizikai környezetben. Palyanov A., Khayrulin S., Larson SD and Dibert A. (2012) In Silico Biology 11(3): 137-147 Archivált : 2014. április 22..
  4. A számítógépes idegtudomány szoftverfejlesztésének jelenlegi gyakorlata és annak javítása. Gewaltig, M.-O. és Cannon, R. (2014). PLoS Computational Biology, 10(1), e1003376. doi:10.1371/journal.pcbi.1003376
  5. Az Openworm egy digitális organizmus lesz a böngészőjében Archiválva : 2017. július 4. a Wayback Machine -nél // Venturebeat, 2014-04-30
  6. NemaLoad Archiválva : 2012. október 7.

Linkek