최소 유전체 세포의 4D 전산 모델링

본 연구는 유전적으로 최소화된 박테리아 JCVI-syn3A의 약 100분 세포 주기를 4차원(공간 및 시간)으로 시뮬레이션하는 전세포 공간-운동 모델을 제시한다. 모든 유전 정보 처리 과정, 대사 네트워크, 성장 및 세포 분열을 포함하여 완전한 세포 주기를 모델링하였다. 하이브리드 전산 방법을 통합하여 형태학적 변환의 동역학을 모델링하였다. 세포 성장은 지질 및 막 단백질 삽입에 의해 구동되며, 형광 이미징 데이터로 제약하였다. 염색체 복제 및 분리는 SMC(응축 단백질) 및 토포아이소머라아제 단백질과 유사한 필수 염색체 구조 유지 단백질에 의해 제어되며, 복제 속도는 대사 과정의 dNTP 풀에 반응하도록 설정하였다. 모델은 DNA 시퀀싱에서 측정된 기점-말단 비율을 포착하고, 배가 시간, mRNA 반감기, 단백질 분포, 리보솜 수와 같은 다른 실험 측정값을 재현한다. 확률론적 특성으로 인해 각 복제된 세포는 고유하며, 딸세포로의 분할 평균 행동뿐만 아니라 세포 간 이질성도 예측한다. 이 모델은 최소 유전체 세포의 복잡한 생명 현상을 통합적으로 이해하고 예측하는 데 중요한 기반을 제공하며, 향후 생명 시스템의 전산 모델링 연구에 기여할 것으로 기대된다.