¿Cuándo sería posible simular un ser humano a nivel molecular?

Aunque esto podría parecer un objetivo ridículo, varios institutos de investigación están involucrados con la biología computacional para lograr un modelo funcional de desarrollo humano o función del tejido humano. Como se puede imaginar, tal modelo sería increíblemente valioso para determinar qué etapas del desarrollo son particularmente sensibles a la exposición química, o para determinar cómo las manipulaciones o mutaciones genéticas afectarían la función de los tejidos o los órganos, o para determinar si una terapia farmacológica sería eficaz en una persona en particular, o podría ayudar a responder preguntas persistentes en biología del desarrollo sobre el impacto de los genes y las redes de genes en los procesos de desarrollo, etc. Las células son increíblemente complejas, pero dado que siguen las leyes de la física, teóricamente es posible utilizando modelos matemáticos y computacionales conocidos para mecánica (mecanotransducción), bioquímica, transporte masivo y otros fenómenos fundamentales para los que existen modelos matemáticos. Sin embargo, dado el número de genes funcionales en el genoma humano (una bacteria minimalista necesita solo 473 genes para sobrevivir [1] y reproducirse, pero las células humanas necesitan mucho más para organizarse en tejidos y órganos multicelulares), es difícil y exigente. generar modelos de algo tan fundamental como la célula humana, aunque tales modelos existen para organismos unicelulares modelo (ver la figura a continuación). [2] Los biólogos computacionales se han vuelto bastante buenos diseñando modelos computacionales de interacciones bioquímicas, funciones celulares y modelos basados ​​en agentes para tejidos y fenómenos biológicos particulares, pero la parte difícil será integrar todos estos modelos en un único modelo de trabajo que sea lo suficientemente complejo como para ser instructivo, pero lo suficientemente simple como para ejecutar en las computadoras disponibles.

Figura: Modelo computacional para micoplasma. [3] En base a esta figura, se puede apreciar la complejidad involucrada en establecer las condiciones iniciales y analizar incluso un subconjunto limitado de procesos celulares necesarios para la vida. Para las células humanas, los procesos biológicos adicionales como el desarrollo de la tensión, la migración, la organización multicelular, etc. necesitarían incorporarse en el modelo para que sea instructivo hacia un modelo más integral de un ser humano.

El modelo que está discutiendo es el objetivo final del proyecto en el que estoy trabajando actualmente para la EPA, que es la continuación de un esfuerzo que comenzó hace varios años llamado el Proyecto Virtual Embryo. El objetivo desde la perspectiva de la EPA es utilizar la biología de sistemas para construir y validar modelos de procesos de desarrollo que podrían ser útiles para las aplicaciones de detección. [4] La EPA tiene un conjunto de ensayos para determinar modos de acción putativos (eventos iniciadores moleculares) para sustancias tóxicas (ToxCast, Tox21), [5] y uno de los objetivos del Proyecto Embrión Virtual (ahora denominado proyección de Modelos de Tejido Virtual) es construir estas perturbaciones moleculares en un modelo in silico que podría ayudar a informar la evaluación de riesgos a través de toxicología predictiva y computacional. No espero que todas las palabras en este párrafo tengan sentido para usted, pero básicamente, lo que propuso en su respuesta es una posibilidad real y sería muy valioso para la gente en la evaluación de toxicidad, productos farmacéuticos y ciencias de la vida / ecología en general.

No daré una respuesta definitiva de ‘cuándo’ sería posible un modelo computacional molecular de un ser humano, pero creo que un modelo funcional podría lograrse en el transcurso de mi vida.

Notas a pie de página

[1] Diseño y síntesis de un genoma bacteriano mínimo

[2] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/…

[3] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/…

[4] Modelos de tejidos virtuales: predicción del impacto de las sustancias químicas en el desarrollo

[5] Datos de Toxicity ForeCaster (ToxCast ™)