控制論細胞的內部運作

一段影片回放了首個能夠模擬完整生物體的軟體記錄的資料

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斯坦福大學的一個科學家團隊公開發布了其生殖支原體全細胞模型,以及來自超過3,000次單細胞微生物生長和分裂模擬的完整資料集。下面的影片透過一個名為WholeCellViz的視覺化工具回放了其中一次模擬的資料,該工具也線上可用

六個面板顯示了細胞在其九小時生命週期中不同方面的生理機能。

“細胞形狀”面板指示了細胞在擴充套件並分裂成兩個子細胞時的長度、重量和體積。


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在“新陳代謝”面板中,閃爍的箭頭和圓圈代表細胞用於處理能量、營養和廢物的一些更重要的生化物質和反應的運動和濃度變化。

“基因表達”視覺化顯示了RNA從DNA染色體(頂部方塊)中轉錄的水平,然後翻譯成單個蛋白質(中間)和蛋白質複合物(底部)的水平。

左下角面板中的每個圓形形狀代表生物體的兩條染色體之一,它們在細胞生命週期的不同時間複製。深藍色圓圈代表原始(母)細胞的DNA;淺藍色圓圈反映了進入新的(子)細胞的DNA副本。從染色體不同位置升起的彩色線條反映了已與DNA結合的蛋白質綠色);附著在DNA上的甲基(影響基因活性)(橙色);以及破壞DNA鏈之一的損傷(紅色),這種情況很少見,因此在本影片中難以看到。

“DNA複製”圖表顯示了DNA聚合酶蛋白在染色體上的位置,並顯示了複製活動如何在細胞模擬生命的約兩個小時後開始加速。DNA聚合酶是為子細胞複製DNA鏈的酶。

生殖支原體中的蛋白質編碼基因圖譜顯示在右下角面板中。當單個核糖體附著到RNA片段並開始將其翻譯成蛋白質時,RNA轉錄自的相應基因的方塊從白色變為藍色。當兩個或多個核糖體同時附著到RNA時,該方塊變為綠色。切換到綠色是蛋白質正在大量產生的標誌。

有關如何開發細胞模擬器的更多資訊,請參閱馬庫斯·W·科弗特在2014年1月刊的《大眾科學》雜誌上發表的“科學家成功地用軟體模擬活細胞”。

W. Wayt Gibbs 是《大眾科學》在西雅圖的特約編輯。他還在 Intellectual Ventures 擔任科學編輯。

更多作者:W. Wayt Gibbs
大眾科學雜誌 第 310 卷 第 1 期本文最初以“控制論細胞的內部運作”為標題發表在《大眾科學》雜誌 第 310 卷 第 1 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican012014-4w8Yel6kFTpwcsaUtJMk57
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