科学家综述DNA计算机模型25年来的发展
意大利里雅斯特高级研究国际学校的理论物理学家Angelo Rosa，与法国巴黎巴斯德研究院的实验物理学家Christophe Zimmer合作，回顾了过去25年来发展染色体或基因组大规模3D组织和动态的定量模型而做出的努力。相关文章发表于《International Review of Cell and molecular Biology》杂志上。
在转录过程中，压缩的DNA被解开，然后一种被称为rna聚合酶II的复合酶读取所需的DNA碱基对并将它们转录成RNA，RNA随后指令细胞合成特定的蛋白质。虽然DNA看起来像一个凌乱的线团，但事实上，它的结构由精确的规则控制。在细胞核这样一个有限体积中的遗传物质，其空间结构和动态在生物学过程(从基因表达到DNA修复)中发挥着重要作用。
然而，目前仍然缺乏动态的基因组结构的详细描述，其指导原理和功能影响在很大程度上仍然是未知的。科学家们已经发展了强大的实验方法来解决这一差距，包括单细胞成像和染色体构象捕获方法，这使得定量数据库快速增长。尽管这些数据非常重要，然而还不足以对基因组结构和功能提供一个全面的理解。
为了弄清些实验数据的意思，使我们对染色体如何折叠、移动和互动有一个定量的理解，计算机模型正变成一种越来越必不可少的补充方法。近日，意大利里雅斯特高级研究国际学校的理论物理学家Angelo Rosa，与法国巴黎巴斯德研究院的实验物理学家Christophe Zimmer合作，评估了这种全新但却强有力的方法其目前的进步水平。
他们回顾了过去25年来发展染色体或基因组大规模3D组织和动态的定量模型而做出的努力。他们讨论了基于理论基础和高分子物理或技术重建方法模拟的模型，突出强调了模型之间的显著异同点，也讨论了存在的局限性和可能的改进方法。
Rosa解释说：“除去一些罕见的例外，我们回顾了迄今为止几乎所有开发的模型。综述主要是针对生物学家们，因为我们最小程度地使用了影响阅读的数学公式。我认为这是该类型的第一篇综述。实际上，这篇综述对首次接近这个新领域的物理学家和数学家们来说，也很有趣的。”
这两位物理学家回顾了25年来的计算机模型，Rosa解释说：“在这个相对短的时间跨度内，模型已经变得越来越复杂，而这，都归功于计算机技术的发展。现在，我们能够进行更加详细和预测性的模拟，这可使我们将实验研究工作带到以前意想不到的方向。”
Rosa继续说：“这是一种有用的工具，没有数学方面的详细叙述，为生物学家们提供了一个研究类型的概述，这将越来越多地为更加传统的方法作补充。今天，例如，我们已经有软件程序，从实验数据开始，能够使我们重建染色体特殊部分的结构。那么我认为，如果计算机继续发展到迄今为止它们刚完成的水平——没有理由质疑这一点，我们将能够重建整个染色体。”
Rosa总结说：“目前，核DNA的计算机模拟分析的未来前景是双重的——详细地理解基因表达(蛋白质合成的细节)的动力学和精确确定当DNA在核中解开时染色体在哪里。”
原文链接：Chapter Nine – Computational Models of Large-Scale Genome Architecture
