Para Ilmuwan Akhirnya Memecahkan Kode Komunikasi Seluler
Para peneliti di UC San Diego telah mengembangkan SMART, sebuah paket perangkat lunak yang mampu mensimulasikan jaringan sinyal sel secara realistis.
Alat ini, yang diuji di berbagai sistem biologis, meningkatkan pemahaman tentang respons seluler dan membantu memajukan penelitian di bidang seperti biologi sistem dan farmakologi.
Para peneliti di Universitas California San Diego (UCSD) telah mengembangkan dan menguji perangkat lunak baru yang disebut Algoritma Pemodelan Spasial untuk Reaksi dan Transportasi (SMART). Perangkat lunak inovatif ini dapat secara akurat mensimulasikan jaringan sinyal sel — sistem interaksi molekuler yang rumit yang memungkinkan sel merespons sinyal dari lingkungannya. Jaringan ini rumit karena banyaknya langkah yang terlibat dan bentuk sel tiga dimensi serta komponennya, menjadikannya tantangan untuk dimodelkan dengan alat yang ada. SMART mengatasi tantangan-tantangan ini, berjanji untuk mempercepat penelitian di bidang-bidang seperti biologi sistem, farmakologi, dan teknik biomedis.
Tim tersebut berhasil menguji SMART di berbagai sistem biologis, termasuk respons sel terhadap sinyal perekat, pelepasan kalsium di neuron dan sel otot jantung, dan produksi ATP dalam model mitokondria yang terperinci. Dengan kemampuan simulasi yang fleksibel, tepat, dan efisien, SMART membuka kemungkinan baru untuk memahami perilaku seluler dan mengembangkan pengobatan untuk penyakit manusia.
Video ini menunjukkan simulasi yang dibuat dengan SMART yang menampilkan dinamika pelepasan kalsium di dalam sel jantung. Proses ini penting agar otot jantung berkontraksi.
Para peneliti berhasil menguji perangkat lunak baru dalam sistem biologis pada beberapa skala berbeda, mulai dari sinyal sel sebagai respons terhadap isyarat perekat, hingga peristiwa pelepasan kalsium di daerah subseluler neuron dan sel otot jantung, hingga produksi ATP (mata uang energi dalam sel). dalam representasi rinci dari satu mitokondria. Dengan menyediakan alat yang fleksibel, akurat dan efisien untuk memodelkan jaringan sinyal sel, SMART membuka jalan bagi simulasi yang lebih rinci untuk memajukan pemahaman kita tentang perilaku seluler dan mendorong pengembangan pengobatan baru untuk penyakit manusia.
Studi tersebut, diterbitkan hari ini (19 Desember) di Ilmu Komputasi Alamdipimpin oleh Emmet Francis, Ph.D., seorang rekan postdoctoral American Society for Engineering Education dalam kelompok penelitian yang diawasi oleh Profesor Padmini Rangamani, Ph.D., keduanya berafiliasi dengan Departemen Farmakologi di UC San Diego School of Medicine dan Departemen Teknik Mesin dan Dirgantara di UC San Diego Jacobs School of Engineering. Versi awal perangkat lunak ini ditulis oleh Justin Laughlin, Ph.D., mantan mahasiswa pascasarjana di kelompok Rangamani.
Referensi: “Algoritme pemodelan spasial untuk reaksi dan transportasi dalam sel biologis” oleh Emmet A. Francis, Justin G. Laughlin, Jørgen S. Dokken, Henrik NT Finsberg, Christopher T. Lee, Marie E. Rognes dan Padmini Rangamani, 19 Desember 2024 , Ilmu Komputasi Alam.
DOI: 10.1038/s43588-024-00745-x
SMART adalah bagian dari kolaborasi berkelanjutan dengan tim peneliti yang dipimpin oleh Marie Rognes, Ph.D., di Simula Research Laboratory di Oslo, Norwegia. Penelitian ini sebagian didanai oleh National Science Foundation, Wu Tsai Human Performance Alliance, Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara, Hartwell Foundation, Kavli Institute of Brain and Mind, European Research Council, Research Council of Norwegia, Pusat Penelitian Cairan Otak KG Jebsen, dan Yayasan Fulbright.
