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创建生物学反应计算机模型的两大难题及其解决

2015-05-28 02:02 【关键词】 计算机模型；生物学反应；自由基
　　【关键词】 计算机模型；生物学反应；自由基
　　0引言
　　创建生物学反应的计算机模型是很有意义的. 例如，国外一个研究小组创建了一个包括近8000化学信号的介质网络和细胞凋亡模型，就被美国《科学》杂志评为2005年十大科学突破之一. 近两年来,我们也在创建一个能根据细胞或机体的反应而创作和显示各种生物学反应的反应机制图的计算机模型. 我们在研究中感到, 创建仅能创作和显示一种生物学反应的反应机制图的计算机模型并不难,而要创建能创作和显示各种生物学反应的反应机制图的计算机模型则困难较大.在这方面有两大难题必须解决;但是,通过反复研究,我们已找出了解决这两大难题的方法.
　　1两大难题及其解决方法
　　其一，将各种生物学反应的数据存储在同一数据库后,计算机虽能创作出很多反应机制图,但多数都是不符合实际的,或只能显示输入的原图,而不能进行创作. 例如，当我们将细胞的增殖与分化，凋亡与坏死，血管的扩张与收缩，机体的免疫与炎症等反应的数据都存储到同一个数据库，在达到329个数据时，如果要查阅内皮生长因子（EGF）对内皮细胞（EC）的作用及其机制,在键入“EGF”和“EC”作为关键词, 并键入“(contin )”表示“要求显示各种可能的反应结果”，计算机就立即创作出202个反应机制图. 但是,其中绝大多数都是不符合实际的；如关于EGF对EC的作用的反应结果有些竟是细胞凋亡，抑止呼吸，产生细胞因子，产生抗体，吞噬杀菌等等. 分析这些反应机制图可以看出，产生这种现象的主要原因,是由于细胞增殖及其他许多生物学反应都涉及superoxide自由基的作用;计算机在创作这些反应机制图的过程中,常常是在到达选用superoxide自由基的步骤时就步入歧途.
　　在研究自由基在生物学反应中作用的基础上，我们曾提出一个新学说［1］，这个学说认为,生物学反应常涉及两类介质(specific and general mediators)的作用，specific enzymes, transcription factors, cytokines and eicosanoids 等生物活性分子系生物学反应的specific mediator; 它们在体内常仅作用于特定的分子,二者之间只有具备钥匙和锁样的结构关系,才能反应,因此不需要外在因子来约束它们的反应,而super oxide和nitric oxide等自由基则系生物学反应的general mediator,它们都具有直接或通过生成OH等强氧化剂的途径而修饰各种生物分子的能力,因此它们在体内的作用不仅决定于其本身的结构而且还要受其他一些外在因子的约束,以免有关的反应出现紊乱现象. 按照这个学说,我们在构建数据库时，对这两类介质就应给以不同的处理,如为了使计算机能正确地选定这些介质;对specific mediator只要标明其名称就可以了;对general mediator,除要标明其名称外,还要说明约束其反应的因子,否则就会创作出很多不符合实际的反应机制图［2-5］.
　　当我们创建