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創(chuàng)建生物學(xué)反應(yīng)計(jì)算機(jī)模型的兩大難題及其解決方法
【關(guān)鍵詞】 計(jì)算機(jī)模型；生物學(xué)反應(yīng)；自由基【關(guān)鍵詞】 計(jì)算機(jī)模型；生物學(xué)反應(yīng)；自由基
0引言
創(chuàng)建生物學(xué)反應(yīng)的計(jì)算機(jī)模型是很有意義的. 例如，國外一個研究小組創(chuàng)建了一個包括近8000化學(xué)信號的介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和細(xì)胞凋亡模型，就被美國《科學(xué)》雜志評為2005年十大科學(xué)突破之一. 近兩年來,我們也在創(chuàng)建一個能根據(jù)細(xì)胞或機(jī)體的反應(yīng)而創(chuàng)作和顯示各種生物學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)制圖的計(jì)算機(jī)模型. 我們在研究中感到, 創(chuàng)建僅能創(chuàng)作和顯示一種生物學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)制圖的計(jì)算機(jī)模型并不難,而要創(chuàng)建能創(chuàng)作和顯示各種生物學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)制圖的計(jì)算機(jī)模型則困難較大.在這方面有兩大難題必須解決;但是,通過反復(fù)研究,我們已找出了解決這兩大難題的方法.
1兩大難題及其解決方法
其一，將各種生物學(xué)反應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲在同一數(shù)據(jù)庫后,計(jì)算機(jī)雖能創(chuàng)作出很多反應(yīng)機(jī)制圖,但多數(shù)都是不符合實(shí)際的,或只能顯示輸入的原圖,而不能進(jìn)行創(chuàng)作. 例如，當(dāng)我們將細(xì)胞的增殖與分化，凋亡與壞死，血管的擴(kuò)張與收縮，機(jī)體的免疫與炎癥等反應(yīng)的數(shù)據(jù)都存儲到同一個數(shù)據(jù)庫，在達(dá)到329個數(shù)據(jù)時，如果要查閱內(nèi)皮生長因子（EGF）對內(nèi)皮細(xì)胞（EC）的作用及其機(jī)制,在鍵入“EGF”和“EC”作為關(guān)鍵詞, 并鍵入“(contin )”表示“要求顯示各種可能的反應(yīng)結(jié)果”，計(jì)算機(jī)就立即創(chuàng)作出202個反應(yīng)機(jī)制圖. 但是,其中絕大多數(shù)都是不符合實(shí)際的；如關(guān)于EGF對EC的作用的反應(yīng)結(jié)果有些竟是細(xì)胞凋亡，抑止呼吸，產(chǎn)生細(xì)胞因子，產(chǎn)生抗體，吞噬殺菌等等. 分析這些反應(yīng)機(jī)制圖可以看出，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因,是由于細(xì)胞增殖及其他許多生物學(xué)反應(yīng)都涉及superoxide自由基的作用;計(jì)算機(jī)在創(chuàng)作這些反應(yīng)機(jī)制圖的過程中,常常是在到達(dá)選用superoxide自由基的步驟時就步入歧途.
在研究自由基在生物學(xué)反應(yīng)中作用的基礎(chǔ)上，我們曾提出一個新學(xué)說［1］，這個學(xué)說認(rèn)為,生物學(xué)反應(yīng)常涉及兩類介質(zhì)(specific and general mediators)的作用，specific enzymes, transcription factors, cytokines and eicosanoids 等生物活性分子系生物學(xué)反應(yīng)的specific mediator; 它們在體內(nèi)常僅作用于特定的分子,二者之間只有具備鑰匙和鎖樣的結(jié)構(gòu)關(guān)系,才能反應(yīng),因此不需要外在因子來約束它們的反應(yīng),而super oxide和nitric oxide等自由基則系生物學(xué)反應(yīng)的general mediator,它們都具有直接或通過生成OH等強(qiáng)氧化劑的途徑而修飾各種生物分子的能力,因此它們在體內(nèi)的作用不僅決定于其本身的結(jié)構(gòu)而且還要受其他一些外在因子的約束,以免有關(guān)的反應(yīng)出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象. 按照這個學(xué)說,我們在構(gòu)建數(shù)據(jù)庫時，對這兩類介質(zhì)就應(yīng)給以不同的處理,如為了使計(jì)算機(jī)能正確地選定這些介質(zhì);對specific mediator只要標(biāo)明其名稱就可以了;對general mediator,除要標(biāo)明其名稱外,還要說明約束其反應(yīng)的因子,否則就會創(chuàng)作出很多不符合實(shí)際的反應(yīng)機(jī)制圖［2-5］.
當(dāng)我們創(chuàng)建
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