Кіріспе
Компьютерлік симуляцияларды білдіретін латын тіліндегі сөз. Биология және басқа да тәжірибелік ғылымдарда in silico эксперименті – компьютерде немесе компьютерлік симуляциялық бағдарламалық қамтамасы арқылы жүргізілетін тәжірибе. Бұл тіркес «кремнийде» деген мағына беретін, дұрысы in silicio латын сөзінен шыққан, компьютерлік чиптердегі кремнийге сілтеме жасайды. Бұл термин 1987 жылы биологияда, әсіресе жүйелік биологияда кеңінен қолданылатын in vivo, in vitro және in situ латын тіркестерімен байланысты қолданылды. Соңғы тіркестер тірі организмдерде, тірі организмдерден тыс және табиғатта табиғи ортада жүргізілетін тәжірибелерге қатысты.
In biology and other experimental sciences, an in silico experiment is one performed on a computer or via computer simulation software. The phrase is pseudo Latin for 'in silicon' (correct in silicio), referring to silicon in computer chips. It was coined in 1987 as an allusion to the Latin phrases in vivo, in vitro, and in situ, which are commonly used in biology (especially systems biology). The latter phrases refer, respectively, to experiments done in living organisms, outside living organisms, and where they are found in nature.
Тарих
Бұл сөз тіркесін ең алғаш рет Кристофер Лэнгтон 1987 жылы Лос-Аламос ұлттық зертханасындағы Сызықтық емес зерттеулер орталығында осы тақырыпқа арналған семинарды жариялағанда қолданған. "In silico" өрнегі алғаш рет 1989 жылы Лос-Аламоста (Нью-Мексико) өткен "Жасушалық автоматтары: теориясы мен қолданбалары" семинарында Мексиканың Ұлттық автономды университетінің (UNAM) математигі Педро Мирамонтес "ДНК және РНК физикалық-химиялық шектеулері, жасушалық автоматтары және молекулалық эволюция" атты баяндамасын ұсынған кезде, толыққандай компьютерде жүргізілген биологиялық тәжірибелерді сипаттау үшін пайдаланылды. Бұл жұмыс кейін Мирамонтес тарапынан диссертация ретінде қорғалды. "In silico" Еуропалық қауымдастық комиссиясы бактериялық геномдар бағдарламасын құруды қолдау мақсатында жазылған ақ парақтарда қолданылған. "In silico" сөзі алғаш рет 1991 жылы француздық команда жазған мақалада кездеседі. "In silico" сөзі алғаш рет 1990 жылы Ханс Б. Сибург жазған кітап тарауында пайда болды және Санта-Фе институтында күрделі жүйелер бойынша өткен жазғы мектепте таныстырылды. "In silico" сөз тіркесі бастапқыда табиғи немесе зертханалық процестерді модельдеуге арналған компьютерлік симуляцияларға ғана қатысты (барлық табиғаттану ғылымдарында) және компьютердегі жалпы есептеулерге сілтеме жасамайтын.
Виртуалды скринингпен дәрі-дәрмектерді табу
Медицинадағы in silico зерттеулері зерттеу жылдамдығын арттырып, қымбат зертханалық жұмыстар мен клиникалық сынақтарға қажеттілікті азайтуға мүмкіндік береді деп саналады. Мұны препарат үміткерлерін тиімдірек өндіру және тексеру арқылы іске асыруға болады. Мысалы, 2010 жылы EADock ақуыздық док алгоритмін (қараңыз: Ақуыз-лиганд доктау) пайдаланып, зерттеушілер in silico зерттеулерде қатерлі ісік қызметімен байланысты ферменттердің ықтимал тежегіштерін анықтады. Кейіннен молекулалардың 50 пайызы in vitro жағдайында белсенді тежегіштер екені дәлелденді. Бұл тәсіл күніне мыңдаған әртүрлі қосылыстарды физикалық түрде тексеруге арналған қымбат жоғары өнімділікпен скрининг (HTS) жүзеге асыратын роботты зертханаларды пайдаланудан өзгеше. Мұндай скринингтерде табыс деңгейі көбінесе 1% немесе одан да аз болады, ал одан әрі тестілеуден кейін нақты жетекші молекулалардың саны одан да азайды (қараңыз: дәрілік препараттарды ашу). Мысалы, бұл техника COVID-19 (SARS-CoV-2) ауруына ем табу мақсатындағы препараттарды қайта мақсаттау зерттеуінде қолданылды.
Ұяшық үлгілері
Жасушалардың мінез-құлқының компьютерлік модельдерін құруға күш-жігер жұмсалды. Мысалы, 2007 жылы зерттеушілер жаңа дәрілер табуға көмектесу үшін туберкулездің in silico моделін жасады, оның ең басты артықшылығы – нақты уақыттағы симуляцияланған өсу жылдамдығынан тез болуы, соның арқасында қызығушылық тудыратын құбылыстарды айлар емес, минуттар ішінде бақылауға болады. Тағы да бірқатар жұмыстар белгілі бір жасуша процесін, мысалы, Caulobacter crescentus жасушасының өсу циклын модельдеуге бағытталған. Алайда, бұл күш-жігерлер жасушаның толық мінез-құлқының нақты және толық болжам жасайтын компьютерлік моделіне жете алмайды. Молекулалық динамика және жасуша биологиясын түсінудегі шектеулер, сондай-ақ қолда бар компьютерлік қуаттың жетіспеуі, қазіргі in silico жасуша модельдерінің тиімділігін шектейтін үлкен жеңілдетулер жасауға мәжбүр етеді.
Генетика
ДНК секвенирлеуден алынған цифрлық генетикалық реттіліктер реттілік деректер базасында сақталуы, талдануы (Реттік талдау бөлімін қараңыз), цифрлық түрде өзгертілуі немесе жасанды ген синтезі арқылы жаңа нақты ДНК құру үшін үлгі ретінде қолданылуы мүмкін.