এক শতাব্দীরও বেশি সময় ধরে আণবিক জীববিজ্ঞান এগিয়েছে একক উপাদান বিশ্লেষণের মাধ্যমে: একটি জিন বিচ্ছিন্ন করা, একটি প্রোটিন পরীক্ষা করা। কিন্তু ২০১২ সালে মার্কাস কভার্ট এবং জোনাথন কার কম্পিউটেশনাল বায়োলজির সবচেয়ে বড় মাইলফলক অর্জন করেন: বিশ্বের প্রথম হোল-সেল কম্পিউটেশনাল মডেল (Whole-Cell Model) তৈরি করা—যা একটি জীবন্ত কোষের সম্পূর্ণ জীবনচক্রের প্রতিটি জিনের কার্যক্রম কম্পিউটারে হুবহু সিমুলেট করে।
১. মাল্টি-অ্যালগরিদমিক আর্কিটেকচার
কোষের ভেতরের প্রক্রিয়াগুলো সম্পূর্ণ ভিন্ন ভিন্ন ভৌত স্কেলে পরিচালিত হয়:
- মেটাবলিজম: মিলিসেকেন্ড স্কেলে ঘটে, অণুর সংখ্যা লক্ষাধিক—লিনিয়ার প্রোগ্রামিং (FBA) দিয়ে মডেল করা হয়।
- জিন প্রকাশ: সেকেন্ড স্কেলে ঘটে, অণুর সংখ্যা মাত্র কয়েকটি—স্টোকাস্টিক সিমুলেশন (SSA) দিয়ে পরিচালিত হয়।
- ক্রোমোজোম বিভাজন: মিনিট থেকে ঘণ্টার স্কেলে ঘটে—ল্যাঞ্জেভিন স্থানিক পলিমার গতিবিদ্যা দিয়ে নিয়ন্ত্রিত হয়।
গবেষকরা একটি জটিল একক সমীকরণ খোঁজার চেষ্টা না করে কোষটিকে ২৮টি পৃথক সাব-মডেলে ভাগ করেন, যার প্রতিটি তার নিজস্ব উপযুক্ত গাণিতিক নিয়মে পরিচালিত হয়।
২. সমন্বয় ও এক-সেকেন্ডের টাইম-স্টেপ
সিমুলেশনটি প্রতি ১ সেকেন্ড অন্তর অন্তর এগিয়ে চলে:
- প্রতি সেকেন্ডের শুরুতে কোষের বর্তমান অবস্থা (সব অণুর সুনির্দিষ্ট সংখ্যা) ২৮টি মডেলে পাঠানো হয়।
- প্রতিটি মডেল আগামী এক সেকেন্ডে তার নিজস্ব রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলো গণনা করে।
- যদি দুটি প্রক্রিয়া একই উপাদানের (যেমন এটিপি) জন্য প্রতিযোগিতা করে, তবে কেন্দ্রীয় সমন্বয়কারী অংশ সেটিকে ভারসাম্যপূর্ণভাবে বণ্টন করে পরবর্তী সেকেন্ডের নতুন অবস্থা নির্ধারণ করে।
৩. কম্পিউটেশনাল কোষের বিস্ময়কর আবিষ্কার
মাইকোপ্লাজমা জেনেটালিয়াম ব্যাকটেরিয়ার ওপর চালানো এই সিমুলেশন জীববিজ্ঞানের বহু অজানা দিক উন্মোচন করেছে:
- এটি দেখিয়েছে কীভাবে ডিএনএ অনুলিপিকরণের সময় DnaA প্রোটিনের আকস্মিক সঞ্চয় কোষ বিভাজনের টাইমিং নির্ধারণ করে।
- কোষের ভেতর অপ্রয়োজনীয় শক্তি অপচয়ের গোপন মেটাবলিক সাইকেলগুলো শনাক্ত করেছে।
- যেসব জিনের কাজ সম্পর্কে বিজ্ঞানীদের কোনো ধারণা ছিল না, কম্পিউটারে তাদের নকআউট পর্যবেক্ষণ করে তাদের প্রকৃত ভূমিকা উদ্ধার করা সম্ভব হয়েছে।
৪. ডিজিটাল টুইন ও মানব কোষের ভবিষ্যৎ
বিজ্ঞান আজ এক রোমাঞ্চকর যুগে প্রবেশ করেছে যেখানে আধুনিক জিপিইউ (GPU) ব্যবহার করে ত্রিমাত্রিক স্থানে প্রতিটি অণুর ব্যাপন ও চলাচল ট্র্যাক করা হচ্ছে। অদূর ভবিষ্যতে মানুষের একক কোষের ডিজিটাল রেপ্লিকা তৈরি করে কোনো রোগ আক্রমণ করার আগেই কম্পিউটারে ওষুধের প্রতিক্রিয়া নিখুঁতভাবে পরীক্ষা করা সম্ভব হবে।
