На сегодняшний день ученые успешно смоделировали действие лекарств, инфекции, клеточные ткани, органы и многое другое. Как упоминалось ранее, сейчас предпринимаются усилия по интеграции этих аспектов виртуального человека с виртуальным метаболизмом – той базовой сетью генов, белков и биохимии, которая охватывает человеческое тело.

Некоторые модели просты. Чтобы исследовать сложные механизмы, лежащие в основе мышечной усталости, Юкико Химено и ее коллеги из Университета Рицумэйкан в Киото разработали математическую модель с пятью основными компонентами – мышцами, печенью, легкими, кровеносными сосудами и другими органами, – чтобы карикатурно отобразить ключевые механизмы. Результаты моделирования представляют важные доказательства для лучшего понимания мышечной усталости, например, увеличения уровня лактата в крови и неорганических фосфатов в мышцах, а также падения уровня pH крови, что является результатом высокоинтенсивных упражнений[492].

Первая компьютерная модель, представляющая трехмерные структурные данные белков и метаболитов в метаболических процессах, была разработана международным консорциумом, в который вошли Бернхард Палссон из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Инес Тиле, которая сейчас работает в Национальном университете Ирландии в Голуэе. Модель охватывала около 4000 продуктов метаболизма или метаболитов, как их называют, и почти 13 000 белковых структур, объединенных в компьютерный инструмент под названием Recon3D, который дает представление о генетических вариациях и механизмах, лежащих в основе воздействия лекарств на метаболический ответ у людей[493].

Используя Recon3D, исследователи смогут, например, детально изучить, как метаболические процессы протекают у пациентов с болезнью Паркинсона по сравнению со здоровыми людьми, изучить взаимодействие между патогенами (такими, как бактерии или вирусы) и их хозяином-человеком, или исследовать влияние генетической мутации на структуру метаболита или белка во время развития определенных заболеваний. Они также использовали Recon3D для изучения того, как гены, белки и метаболические реакции отвечают на различные методы лечения. К своему удивлению, исследователи обнаружили, что препараты с очень разной молекулярной структурой могут вызывать схожие метаболические реакции.

Основываясь на этой работе, Тиле и ее коллеги разработали новый подход к реконструкции метаболической сети, в котором использовалась специфичная для органа информация из литературы (обзор более 2000 статей и книг) и данные – омик, чтобы зафиксировать метаболизм 26 органов и шести типов клеток крови у двух человек, мужчины и женщины, Харви и Харветты[494].

В 2020 г. они сообщили, что каждая из реконструкций представляет метаболизм всего тела с более чем 80 000 биохимических реакций анатомически и физиологически согласованным образом, опираясь в своих реконструкциях на физиологические, диетические и метаболомические данные, чтобы воспроизвести межорганные метаболические циклы и использование энергии, а также биомаркеры наследственных заболеваний обмена веществ в различных биожидкостях и скорость основного обмена. Наконец, добавив данные о микробиоме, они смогли изучить кометаболизм микробиома хозяина. Они пришли к выводу, что работа представляет собой «важный шаг на пути к виртуальным физиологическим людям».