微軟開源生物模型分析器：一款基於雲的生物研究工具

微軟近日在 GitHub 上開源了「生物模型分析器」（Bio Model Analyzer，簡稱BMA）。這是一款能夠幫助生物學家模擬細胞互動和通信過程的基於雲的工具。

生物模型分析器（BMA）能夠創建計算機模型，讓研究人員將健康細胞的正常代謝過程與疾病發作時的異常代謝過程進行對比。「在硅基上」（即使用計算機而非較為傳統的模型）從事這項工作，將允許研究人員以更快的速度檢測比以前更多樣的可能情況。

微軟英國劍橋研究院編程原理及工具研究組資深研究員、劍橋大學生物化學系副教授 Jasmin Fisher 認為，BMA 還可以加速有關藥物間相互作用和抗藥性等領域的研究，並可能最終為患者提供更為個性化和有效的癌症治療方案。

Jasmin Fisher

BMA是微軟利用計算機科學加速癌症研究和治療突破的研究項目之一。Fisher在2016年的一篇報道中說：「我們正努力變革生物學日常研究的方式。」

GitHub鏈接：https://github.com/Microsoft/BioModelAnalyzer

BMA官網：http://biomodelanalyzer.org/

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一種治療癌症的方法：調試系統

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Jasmin Fisher 不寄望於徹底治癒癌症，而是希望能控制它。她相信，在她有生之年可以做到這一點。作為微軟英國劍橋研究院編程原理與工具研究組資深研究員、劍橋大學生物化學系副教授，她認為，並不是說癌症會永遠消失。而是一旦你能夠管理它並知道如何控制它，它就不再是個問題。

為此，Fisher 和她的團隊認為需要利用技術理解癌症——或者更具體說是讓正常細胞變成癌細胞的生物過程。了解了問題所在，你就需要知道如何修復它。

Fisher 把計算方法引入癌症研究，她就像計算機科學家看待計算機程序一樣看待癌症研究。她的目標是了解讓細胞執行命令或以特定方式行動的程序或指令集。一旦開發了一個描述細胞不正常行為的計算機程序並與癌細胞的行為對比，你就可以找出改正不正常行為的方法。她說：「如果知道了如何開發這些程序，你就可以調試它們，那它就不再是個問題了。」

生物模型分析器（Bio Model Analyzer，BMA）

當然，這雖然聽上去很簡單，實際卻很複雜。Fisher 和她的團隊正在研究的一種方法叫生物模型分析器（Bio Model Analyzer，BMA）。這個基於雲的工具讓生物學家可以對細胞之間的互動和通信以及它們的連接進行建模。該系統可創建一個計算機化的模型，對比健康細胞的生物流程與生病後的異常流程。這反過來讓科學家可以看到導致癌症的人體中數百萬基因和蛋白質之間的互動，並快速制定最好、危害最小的方式為患者提供個性化治療。

Fisher 項目團隊的成員、英國劍橋皇家社會大學研究員 BenHall 說： 「我使用 BMA 研究癌症，了解癌症的形成過程，以及正在進行的通信。」Hall 說，BMA 有很多用途，包括如何及早檢測癌症並了解如何更好地治療癌症，通過建模找出哪些藥品最有效以及癌症在什麼時候會產生抗藥性。

下面是 BMA 可能發揮作用的一種方式：假設一名患者得了一種罕見並且致命的腦癌。使用 BMA，醫生可以把有關該患者的所有生物信息輸入該系統。然後，他們可以使用該系統進行各種實驗，例如對比癌症患者與健康人的信息，或模擬患者的身體對各種治療方法的反應。使用筆和紙，甚至簡單的計算機程序進行這種計算是不可能的，因為人體中互相配合的數百萬分子、蛋白質和基因存在太多的變數。為了開發Fisher預想的這種解決方案，研究人員需要開發強大的計算模型，能夠建立這些極為複雜的模型，並運行所有可能的解決方案以尋找異常情況。

由於能夠使用計算機而不是紙和筆或試管和燒杯進行這些實驗，研究人員可以快速地測試更多的可能性。這反過來更好地了解癌症如何發展、演進以及與身體其它部分的互動。Jonathan Dry 是製藥公司 AstraZeneca 的首席科學家，他的團隊與Fisher的團隊合作。他表示：「我認為這會加快研究，因為我們能夠檢驗比在實驗室中多得多的可能性。」Dry 說，由於過去檢驗任何假設都極為困難，研究人員不得不專註於自己偏好的假設，猜測什麼可能最有潛力。BMA 等系統讓他們可以嘗試所有想法，使得他們更有可能找到正確的方法——並且更有可能找到「黑馬式」的方法。Dry 認為，如果每一個假設都來被檢驗，放在過去這是不可能的。而有了這些模型則使得研究人員可以檢驗所有可能性，從而能找出更為科學的治療方案。

改進和個性化癌症治療

微軟和 AstraZeneca 一直在使用 BMA 來更好地了解藥品在白血病患者體內的相互作用和抗藥性。藉助 BMA，兩個研究團隊能夠更好地了解不同的患者為什麼對特定治療方法有著不同的反應。Dry 說，BMA 對於更加個性化的癌症治療或精準醫療來說有著巨大的潛力。研究人員希望 BMA 這樣的系統最終可以讓研究人員和腫瘤醫生詳細了解具體的癌症病情，在檢驗時納入可能影響治療的其他因素，例如患者是否有其它疾病以及患者吃的其它葯是否會與治療癌症的葯產生反應。「這真正正視了每個患者都是不同的，可能存在很大的不同這一現實」，Dry 表示。

對於生物學家來說有用的計算機系統

Fisher 認為，BMA 這樣的系統有望革命性地改變人們對癌症的看法，但只有生物學家願意使用它們才能取得成功。經常使用BMA工作的設計師 David Benque 說，該系統在開發時就考慮到儘可能讓生物學家感到熟悉並且可以理解。

Benque 多年來一直在使用生物學家可以理解的語言來開發工具，在視覺上模擬科學家在實驗室中可能用到的東西。在Fisher看來，這樣的系統迫切需要方便生物學家的使用。否則，就不會在治療癌症方面實現突破。她說：「每個人都意識到癌症研究中需要計算能力。了解到這一點是一件事，說服醫生實際使用這些工具又是另外一件事。」

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