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电子细胞（E-cell) 报告类型：Seminar I 报告人：高明波 题目组：1812— 海洋生物产品工程组 导 师：张 卫 研究员 日 期：2005-05-17 什么是电子细胞 电子细胞（E-cell）即虚拟细胞（virtual cell) 是在计算机上模拟真实细胞的结构、物质组成、生命活动的动力学行为和生命现象，用虚拟现实的方式实现友好人机交互，以便研究者构造细胞结构和其内外部环境物质组成，考察、记录细胞实验现象和功能，再现细胞生命活动和发现新的生物学现象规律。 电子细胞亦称人工细胞，是人工生命的重要基础部分。 电子细胞产生的背景 20世纪末期，人类和许多模式生物基因组计划的完成引来了以基因功能研究为目的的后基因组时代。 后基因组时代一个重要的研究目的是在整体水平上利用系统思维来研究生命现象。 这标志着生物学研究的一个新时代－“系统生物学”时代”的到来。 电子细胞是系统生物学的重要部分 实验研究、数学建模和计算机模拟是进行系统生物学研究必不可少的工具。 应用信息科学的原理和技术， 通过数学计算和分析，对细胞的结构和功能进行分析、整合，可以将整个细胞系统在分子水平上建立模型，并通过计算机加以模拟， 以研究细胞和生命现象。 这就是电子细胞技术。 电子细胞系统结构 已构建的电子细胞 目前构建的电子细胞主要有： E-cell ―― V-CELL ―― GENESSI ―― GEPASI / JARNAC http://members.tripod.co.uk/sauro/biotech.htm DBSOLVE /~igor.goryanin/ BioSpice /~aparkin/ M-Cell / StochSim http://www.zoo.cam.ac.uk/comp-cell/StochSim.html …… 等。 这些虚拟细胞或者说细胞仿真系统都试图采用信息技术的方法来研究细胞生物学中一个或多个内容。譬如说E-cell (Masaru Tomita，Keio University，Japan) 就主要针对细胞核、染色体以及基因表达的研究。V-CELL则结合细胞结构在Ca2+、RNA扩散等方面进行了模拟。Genessi则针对细胞膜与跨膜信号传导。 最早的电子细胞模型—E-cell 日本keio(庆应）大学Masaru Tomita领导的研究组以原核细胞生物生殖支原体（ M. genitalium）为对象，在1997年实现了世界上第一个虚拟电子细胞 该模型选取了127个与代谢过程相关的基因，对细胞内与代谢过程密切相关的物质与能量活动过程建立了数学模型，采用面向对象方法实现计算机模拟。 该模型不仅可以模拟代谢途径，亦可模拟蛋白质合成与信号转导。现用C++编写的可下载版本已经是3.0。 为何选择M. genitalium ？ the smallest genome (580 kb) the smallest number of genes (~480) of all living organisms currently known and its genomic sequences have been published (see /). and thus is an ideal candidate for wholE-cell modeling. The ssc model 美国虚拟真核细胞模型— V-cell 1999年美国学者James Schaff和Leslie Loew建立真核细胞钙转运的模型 Virtual cell 。注： NRCAM （National Resource for Cell Analysis and Modelling)项目 美国的虚拟细胞以真核细胞为虚拟对象。主要由客户端(用户界面) 、数据库和服务器(细胞的建模) 三部分组成。利用该虚拟细胞可以完成神经母细胞瘤的钙动力学、受精卵细胞的钙离子流、RNA 的转运、线粒体的作用和细胞核膜的作用等一系列关于真核细胞的生物学活动和功能。 实验过程：首先由用户通过客户端向服务器提交实验“说明书”———实验的要求和涉及的物质与反应等。服务器根据用户对实验的定义以及实验细胞的模型从后台数据库中提取数据并应用服务器上的软件和分析系统进行分析和处理，完成虚拟实验。最终的实验结果以类似生物学实际实验结果的形式包括图象、表格返回给用户。