p Programar um experimento de biologia molecular pode ser semelhante a jogar Sudoku; ambos são simples se você estiver trabalhando com apenas algumas moléculas ou uma pequena grade, mas eles explodem em complexidade à medida que crescem. Agora, em um artigo publicado em 3 de outubro na Biophysical Journal , Pesquisadores do Virtual Cell Project da UConn Health (vcell.org) tornaram muito mais fácil para os biólogos celulares construir modelos biológicos complexos. p A Célula Virtual, ou VCell como é conhecido, é uma plataforma de software que oferece o conjunto mais abrangente de recursos de modelagem e simulação para biologia celular do mundo. Ele permite que biólogos sem grande habilidade em matemática ou programação de computadores construam modelos e simulem o funcionamento de uma célula. O VCell entrou online pela primeira vez há quase 20 anos, em 1998, e a equipe da UConn Health chefiada pelo biofísico Leslie Loew o desenvolveu e manteve desde então. Usando VCell, um biólogo pode prever o que acontece quando uma determinada droga encontra uma célula de filtração no rim, por exemplo, ou como uma molécula de hemoglobina em um glóbulo vermelho lida com um pico de dióxido de carbono.

p Mas até agora, um biólogo ainda precisava de fortes habilidades de programação para fazer modelos celulares detalhados em nível molecular, e ainda mais do que isso, paciência. Cada molécula envolvida em um modelo tem um certo número de estados, ou coisas que pode fazer e lugares onde pode estar. Cada combinação possível de moléculas e seus estados tinha que ser codificada à mão. E conforme o número de peças móveis aumenta, o número de linhas de código de computador, também. Se você aumentar o tamanho de uma grade de Sudoku para nove por nove, você de repente tem 6,7 sextilhões de cenários possíveis ... e você tem uma idéia do pesadelo que os biólogos moleculares enfrentaram quando tentaram codificar até mesmo um sistema biológico ligeiramente complexo. O nome comum para este problema é uma "explosão combinatória, "e a solução para isso, chamado de "modelagem baseada em regras, "foi desenvolvido há 12 anos pelo membro da equipe VCell Michael Blinov e seus colegas James Faeder e William Hlavacek, todos trabalharam durante esse tempo no Laboratório Nacional de Los Alamos.

p Contudo, cada modelador que usa modelagem baseada em regras enfrentou uma complicação. O programa que detalha as interações entre as moléculas teve que ser escrito em texto. Nesta era de iPhones e computadores, você pode navegar deslizando e clicando, todo mundo espera que um computador tenha uma interface gráfica linda. Até agora, usar a modelagem baseada em regras não era assim. Parecia mais com as caixas de comando de texto que você pode acessar se precisar navegar rapidamente pelas entranhas de sua máquina. Mas fica cansativo rápido, e detectar erros em milhares de linhas repetitivas, código quase-mas-não-idêntico pode ser enlouquecedor. Os modelos de biologia celular rapidamente se tornam tão pesados ​​que apenas um modelador ou programador experiente pode lidar com eles. Isso limitou drasticamente quem poderia usar tal modelagem.

p "Antes, apenas programadores ou modeladores experientes poderiam criar modelos baseados em regras para descrever detalhes de interações moleculares, "diz Loew." Queríamos tornar a modelagem baseada em regras disponível para os biólogos celulares que realmente precisam dela. "

p Loew e a equipe VCell de Michael Blinov, Ion Moraru, James Schaff, e Dan Vasilescu decidiu tornar as coisas mais fáceis. Em seu novo jornal, eles descrevem uma interface de usuário para VCell que usa formas coloridas para representar moléculas. As formas parecem um pouco com tijolos coloridos. As bolhas mostram locais de ligação, e as linhas mostram as ligações entre as moléculas. Os links também podem ter cores e formas diferentes para representar diferentes interações. Um modelo simples que descreve a hemoglobina se assemelha a um mapa ou diagrama de fiação.

p Em vez de escrever milhares de linhas de código, biólogos que usam o VCell agora podem apenas definir suas moléculas e explicar ao VCell como elas podem interagir umas com as outras. O biólogo não precisa se preocupar com a explosão combinatória. O computador - todos os 60 teraflops, 3, 000 processadores, e 2 petabytes de armazenamento hospedado no edifício Cell and Genome da UConn Health - dá conta do recado.

p Loew e Blinov acreditam que a nova versão do VCell expandirá drasticamente o número de pessoas que podem usar a modelagem baseada em regras. Isso ocorre porque permite que os cientistas usem o conjunto abrangente de métodos de simulação disponíveis no VCell com modelos baseados em regras em um único, unificado, ambiente de software amigável.

p Agora, um biólogo treinado deve ser capaz de tirar um dia para ler os tutoriais no site e aprender o suficiente para descobrir como modelar um novo problema no VCell. Anteriormente, havia cerca de 5, 800 usuários ativos do VCell globalmente (você pode fazer o login de qualquer lugar que tenha uma conexão com a internet). Esses modeladores criaram 76, 600 modelos e cerca de 479, 000 simulações diferentes sobre eles. Essas simulações testam tudo, desde se uma determinada mutação causa câncer até como uma nova droga pode interagir com o coração. E com a versão recém-lançada do VCell, o número de usuários ativos deve aumentar.

p Até aqui, VCell não ajudou com um jogo de Sudoku. Mas alguém pode simplesmente escrever um modelo para isso.