Построена компьютерная модель живого организма на атомном уровне

Общий вид смоделированного на компьютере вируса-сателлита табачной мозаики (рис. с сайта www.news.uiuc.edu)

Американские биоинформатики впервые в мире построили динамическую компьютерную модель живого организма на атомном уровне. Этой чести удостоился один из самых простых вирусов.

Детальным моделированием на компьютере автомобиля или самолета давно уже никого не удивишь. Однако о том, чтобы на атомном уровне смоделировать живое существо, до последнего времени можно было прочитать только в научно-фантастических рассказах. И вот фантастика становится реальностью. Группа биоинформатиков из Иллинойсского университета в Урбане и Шампейне (University of Illinois at Urbana-Champaign) и Калифорнийского университета в Ирвине (University of California at Irvine) впервые в мире построила динамическую модель целого живого организма — вируса, говорится в пресс-релизе Иллинойсского университета.

Вирусы являются самыми простыми живыми существами. Многие биологи даже не признают их организмами и называют органическими частицами. Размножаться вирусы могут, только проникнув в живую клетку и используя ее ресурсы и механизмы. Для моделирования был выбран один из самых простых известных вирусов — вирус-сателлит табачной мозаики. Его размер составляет всего около 20 нм. Свое название он получил за то, что не может даже самостоятельно взять под контроль клетку и размножается только в тех клетках, которые уже атакованы вирусом табачной мозаики, который часто поражает сельскохозяйственные культуры, в особенности томаты.

Для самолета компьютерная модель создается до того, как строится новый лайнер. В случае с вирусом всё, естественно, было наоборот. По сути, ученые выполнили инженерный анализ («reverse engineer») готового вируса и постарались воплотить в программе все детали его строения.

Вирус-сателлит состоит из сферической молекулы РНК, окруженной белковой оболочкой. Чтобы обеспечить реалистичность модели, виртуальный вирус поместили в крошечную капельку соленой воды. Вся модель в целом содержала более миллиона атомов. Их взаимное расположение и движение рассчитывалось с учетом сил межатомного взаимодействия, как это обычно делается при моделировании макромолекул.

Пока модель не позволяет проследить за поведением вируса в клетке, поскольку для этого понадобилось бы смоделировать внутриклеточную среду. Однако расчет, выполненный в американском Национальном центре суперкомпьютерных приложений (NCSA), позволил в течение короткого отрезка модельного времени следить за динамикой вируса, когда он представлен самому себе. В результате были и уточнены механические свойства, и внутреннее строение вирусной частицы.

Презентация подобных имиджевых результатов, как правило, сопровождается общими словами о том, что полученные результаты принесут в будущем большую пользу в деле разработки противовирусных средств. Однако на этот раз разработчики модели дополнительно обращают внимание на то, что модель строения белковой оболочки вируса может пригодиться для создания искусственных наномашин.

Несмотря на то что в новой модели действительно впервые в мире на компьютере целиком смоделировано живое существо, это не самый крупный расчет подобного рода. Осенью прошлого года в Лос-Аламосской национальной лаборатории была создана динамическая модель работы рибосомы, синтезирующей молекулу белка; в этой модели учитывалось движение более 2,5 млн атомов (см. Синтез белка: девять месяцев на две наносекунды, Элементы, 26.10.2005).

Александр Сергеев