Prompt-Only Gene-Circuit-Modellierung mit einem großen Sprachmodell simuliert die synNotch-Sphäroiden

Morphogenese entsteht aus genetischen Regulationsschaltungen, die biochemische Signale in räumlich organisierte Zellschicksale umsetzen; dennoch bleibt der Aufbau quantitativer Simulationen dieser Prozesse technisch anspruchsvoll. Hier präsentieren wir eine ausschließliche Prompt-Pipeline, in der ein großes Sprachmodell (LLM) automatisch CompuCell3D (CC3D)-Simulationen direkt aus biologischen Spezifikationen in natürlicher Sprache generiert. Anhand des kanonischen synNotch-spheroid-Assays als Benchmark zeigen wir, dass der vom LLM generierte Code Schlüsselfunktionen der kontaktabhängigen Signalübertragung, der cadherinvermittelten Adhäsion und der dynamischen Mehrzellensortierung ohne manuelle Programmierung erfasst. Basislinien-Simulationen zeigten die erwartete qualitative Anordnung der Induktor-Antwortaktivierung, enthüllten jedoch eine Fragmentierung in mehrere Sphäroide, was auf vorzeitige reziproke Signalübertragung als kinetisches Versagensmodell hindeutete. Die Einbeziehung eines kumulativen Kontaktzeit-Schwellenwerts für die synNotch-Aktivierung rettete die robuste Bildung einzelner Sphäroide und legt nahe, dass nachhaltige Zell-Zell-Interaktionen ein kritisches Entwurfsprinzip für dieses Muster sind. Unsere Ergebnisse etablieren die konversationelle LLM-Anleitung als leistungsstarken Beschleuniger für multiskalige Modellierung und reduzieren die steile Lernkurve von CC3D auf einen dialoggesteuerten Workflow. Dieses Framework ermöglicht es Nicht-Spezialisten, Gene-Schaltkreis-Hypothesen in silico zu testen und bietet einen verallgemeinerbaren Weg zur schnellen, mechanistischen Erkundung entwicklungsbiologischer Designprinzipien.