Ученые все чаще обращаются к цифровым технологиям изучения микроорганизмов. Это поможет решить проблемы, связанные с изменением климата, разработкой альтернативных источников энергии и даже колонизацией космоса.

Современные цифровые технологии, в том числе, моделирование метаболических процессов на уровне генома, открывают новые горизонты для биотехнологий и фундаментальных исследований.

Метаболические модели на уровне генома (GEM) представляют собой цифровые схемы, описывающие все известные химические реакции, происходящие в клетках. Эти реакции играют ключевую роль в преобразовании пищи в энергию, строительстве клеточных структур и нейтрализации токсинов. Такие модели позволяют ученым с высокой точностью предсказывать поведение микроорганизмов в различных условиях и находить оптимальные пути для производства бактериями биотоплива, биопластиков и лекарств.

Создание GEM начинается с анализа генома организма. Он содержит инструкции для синтеза белков, включая ферменты, которые выступают катализаторами метаболических процессов. Ученые связывают гены, кодирующие ферменты, с соответствующими реакциями и метаболитами, создавая подробную цифровую карту, которая затем подвергается вычислительным симуляциям. Используемые алгоритмы, в частности, анализ баланса потоков, позволяют предсказать, как микроорганизмы будут реагировать на изменения окружающей среды или генетические модификации.