生物学やその他の実験科学において、インシリコ実験とは、コンピュータ上またはコンピュータシミュレーションソフトウェアを用いて行われる実験を指します。この用語は「シリコン内」（正しいラテン語は「in silicio 」）を意味する擬ラテン語で、コンピュータチップ内のシリコンを指します。これは1987年に、生物学（特にシステム生物学）でよく使われるラテン語の「 in vivo」、「in vitro」、「in situ」を暗示する造語として作られました。後者の用語はそれぞれ、生体内、生体外、そして自然界でそれらが見られる場所で行われる実験を指します。
歴史
[編集]この語句の最も古い使用例は、1987年にロスアラモス国立研究所の非線形研究センターで開催された人工生命に関するワークショップの告知で、クリストファー・ラングトンが人工生命を説明する際に用いたものである。 [ 1 ] [ 2 ]この表現が初めてコンピュータ内で完全に実行される生物学的実験を特徴付けるために用いられたのは、1989年にニューメキシコ州ロスアラモスで開催されたワークショップ「セルラーオートマトン：理論と応用」において、メキシコ国立自治大学（UNAM）の数学者ペドロ・ミラモンテスが発表した「 DNAとRNAの物理化学的制約、セルラーオートマトン、分子進化」という報告書においてであった。この研究は後にミラモンテスによって学位論文として発表された。[ 3 ]
欧州共同体委員会が細菌ゲノムプログラムの作成を支援するために作成したホワイトペーパーでは、 in silicoが使用されています。in silicoが登場する最初の論文は、1991年にフランスのチームによって執筆されました。[ 4 ] in silicoが登場する最初の参考文献は、1990年にHans B. Sieburgによって執筆され、サンタフェ研究所の複雑系に関するサマースクールで発表されました。[ 5 ]
「in silico」というフレーズは、もともと自然または実験室のプロセス（すべての自然科学）をモデル化するコンピューターシミュレーションにのみ適用され、コンピューターによって実行される計算全般を指すものではありませんでした。
バーチャルスクリーニングによる創薬
[編集]医学におけるin silico研究は、高価な実験室での作業や臨床試験の必要性を減らしながら発見の速度を速める可能性があると考えられています。これを実現する1つの方法は、薬物候補をより効率的に生成およびスクリーニングすることです。たとえば、2010年には、タンパク質ドッキングアルゴリズムEADock（タンパク質-リガンドドッキングを参照）を使用して、研究者らは癌の活動に関連する酵素の潜在的な阻害剤をin silicoで発見しました。その後、分子の50％がin vitroで活性阻害剤であることが示されました。[ 6 ] [ 7 ]このアプローチは、高価なハイスループットスクリーニング（HTS）ロボットラボ を使用して1日に何千ものさまざまな化合物を物理的にテストする方法とは異なり、予想されるヒット率は1％以下であることが多く、さらなるテストの後、実際のリードとなるものはさらに少ないと予想されます（薬物発見を参照）。
一例として、この技術はCOVID-19 （SARS-CoV-2）の潜在的な治療法を探すための薬物再利用研究に利用されました。[ 8 ]
細胞モデル
[編集]細胞挙動のコンピュータモデルを確立するための取り組みはこれまで行われてきました。例えば、2007年には、創薬支援を目的として結核のin silicoモデルが開発されました。このモデルの最大の利点は、リアルタイムのシミュレーションによる増殖速度よりも高速であるため、関心のある現象を数ヶ月ではなく数分で観察できることです。[ 9 ] Caulobacter crescentus の増殖サイクルなど、特定の細胞プロセスのモデル化に焦点を当てた研究は他にも数多くあります。[ 10 ]
これらの取り組みは、細胞全体の挙動を正確かつ完全に予測できるコンピュータモデルの構築には程遠いものです。分子動力学と細胞生物学の理解における限界、そして利用可能なコンピュータ処理能力の不足により、大きな単純化の仮定が強いられ、現在のin silico細胞モデルの有用性が制限されています。
遺伝学
[編集]DNA 配列解析から得られたデジタル遺伝子配列は、配列データベースに保存したり、解析したり (配列解析を参照)、デジタル的に変更したり、人工遺伝子合成を使用して実際の新しい DNA を作成するためのテンプレートとして使用したりできます。
その他の例
[編集]インシリココンピュータベースのモデリング技術は、次のような分野にも応用されています。
- 原核生物および真核生物宿主の全細胞解析（例：大腸菌、枯草菌、酵母、CHO細胞株またはヒト細胞株）
- COVID-19の潜在的な治療法の発見。[ 11 ]
- バイオプロセスの開発と最適化（例：製品収量の最適化）
- 欧州グリッドインフラストラクチャなどのグリッドコンピューティングインフラストラクチャを活用した腫瘍臨床試験のシミュレーションにより、シミュレーションのパフォーマンスと有効性が向上します。[ 12 ]
- ゲノム、トランスクリプトーム、プロテオームデータなど、さまざまなソースからの異種データセットの分析、解釈、視覚化
- 草食動物のメタゲノミクス研究における分類学的割り当てステップの検証。[ 13 ]
- タンパク質設計。一例として、開発中のソフトウェアパッケージであるRosettaDesignが挙げられます。これは学術目的での使用が無料です。[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
参照
[編集]- バーチャル上映
- 計算生物学
- 計算バイオモデリング
- コンピュータ実験
- 折りたたみ@ホーム
- エクスカレート4コブ
- 細胞モデル
- 非臨床試験
- 臓器チップ
- インシリコ分子設計プログラム
- インシリコ医療
- ドライラボ
参考文献
[編集]- ^ 「Google グループ」 . groups.google.com . 2020年1月5日閲覧。
- ^ ハメロフ, SR (2014-04-11).究極のコンピューティング：生体分子意識とナノテクノロジー. エルゼビア. ISBN 978-0-444-60009-7。
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- ^ Sieburg, HB (1990)、「シリコによる生理学的研究」、複雑性科学研究、12 : 321–342
- ^ レーリグ、ユテ F.;アワド、ローイ。グロディディエ、オーレリアン。ラリュー、ピエール。ストロバント、ヴィンセント。コラウ、ディディエ。チェルンドロ、ヴィンチェンツォ。シンプソン、アンドリュー・JG。他。 (2010)、「インドールアミン 2,3-ジオキシゲナーゼ阻害剤の合理的設計」、Journal of Medicinal Chemistry、53 (3): 1172–89、doi : 10.1021/jm9014718、PMID 20055453
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外部リンク
[編集]
- ワールドワイドワード：インシリコ
- CADASTER Archived 2012-03-30 at the Wayback Machine 第7次フレームワークプログラムプロジェクトは、REACHの登録、評価、認可、化学物質の制限に関する実験テストを最小限に抑えるためのコンピュータによる計算手法の開発を目的としています。
- インシリコ生物学。生物システムモデリングとシミュレーションジャーナル。 2020年10月21日 アーカイブ。Wayback Machineにて。
- インシリコ薬理学
