来自上海科技大学、耶路撒冷希伯来大学、加州大学旧金山分校和南加州大学的科研团队共同开发了一种称为贝叶斯元建模的新方法，集成一组异构的输入模型来对完整的生物细胞进行建模。该团队还提供了关于人类胰岛 β 细胞中葡萄糖刺激胰岛素分泌机制的验证元模型。这一研究成果于 2021 年 8 月 31 日在线发表在高水平学术期刊《美国科学院院报》（PNAS），标题为“跨越相异表达的复杂生物系统的贝叶斯元建模”。
全细胞的多尺度时空建模研究可以追溯到 2017 年 11 月的 iHuman 论坛。Andrej Sali 教授根据该论坛的讨论起草了全细胞建模的机遇和挑战一文，并发表在了 学术期刊《细胞》（Cell）上(https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29570991/）。自那时起，来自不同机构的国际科研团队付出了巨大的努力，从收集多种细胞成像实验数据到探索各种算法对亚细胞的结构、运动模式和信号通路进行跨尺度建模，对β 细胞的结构和运动模式获得了全新的认识。研究团队创造性的引入全新的贝叶斯元建模方法，将碎片化的输入模型整合生成完整的细胞模型，将细胞的全方位建模这个复杂的问题简化为不同类型较小模型的整合问题（图 1）。
图 1. 葡萄糖刺激胰岛素分泌的元建模。
iHuman 的科研团队一直专注于开发和应用整合建模方法获得生物大分子以及全细胞模型。具体包括两大研究方向：一是GPCR-G蛋白复合物结构动力学的整合建模；二是全细胞的整合建模和贝叶斯元建模。贝叶斯元建模氛围三个步骤进行（图 2）：1）将输入模型转换为替代概率模型；2）通过统计相关变量的子集耦合替代模型；3）通过与在所有其他输入模型的反向传播来计算每个输入模型的自由参数的概率密度函数来更新原始输入模型。贝叶斯元建模计算整合输入模型并解决不同模型中的冲突信息以生成更精确、更完整的模型。
图 2. 从输入模型到元模型中的耦合代理模型。
该研究成果凝结了四个科研团队的共同努力：1）上海科技大学iHuman研究所创始所长Raymond Stevens，特聘教授Andrej Sali，博士后孙立萍、赵姬慧和博士生王晨汐、李昂狄；2）耶路撒冷希伯来大学的Barak Raveh；3）加州大学旧金山分校的Tanmoy Sanyal、Kala Bharath 和 Andrej Sali；4）南加州大学的Kate White、Dongqing Zheng、Jitin Singla、Nicholas Graham 和 Carl Kesselman。
