计算机模型ID单个基因在早期胚胎发育中的作用

发布时间：2023-02-12 18:01:41 栏目：生活

导读 圣路易斯华盛顿大学医学院开发的计算机软件可以预测当单个基因缺失或比平时拨出更多时复杂基因网络会发生什么。这种遗传网络在早期胚胎发育

圣路易斯华盛顿大学医学院开发的计算机软件可以预测当单个基因缺失或比平时拨出更多时复杂基因网络会发生什么。这种遗传网络在早期胚胎发育中起着关键作用，引导干细胞形成特定的细胞类型，然后构建组织和器官。绘制单个基因在这些网络中的作用是理解健康发育和寻找再生受损细胞和组织的方法的关键。同样，了解遗传错误可以深入了解出生缺陷，流产甚至癌症。



这种基因实验 - 通常在实验室中对小鼠和斑马鱼等动物模型进行 - 几十年来一直是发育生物学研究的支柱。在基因缺失或过度表达的动物研究中，关于基因的功能可以学到很多东西，但这些实验也是昂贵和耗时的。

相比之下，新开发的名为CellOracle的软件(8月<>日在《自然》杂志上描述)可以在几分钟内模拟数百个基因实验，帮助科学家识别在发育中发挥重要作用的关键基因，但这些基因可能被较旧，较慢的技术所遗漏。CellOracle 是开源的，此处提供了有关软件的代码和信息。

“科学界已经从动物实验中收集了足够的数据，我们现在不仅可以观察生物学的发生 - 我们可以建立基因如何相互作用的计算机模型，并预测当一个基因缺失时会发生什么，”资深作者Samantha A. Morris博士说，他是发育生物学和遗传学的副教授。“我们可以在没有任何实验干预的情况下做到这一点。一旦我们确定了重要的基因，我们仍然需要做实验室实验来验证这一发现。但这种计算方法有助于科学家缩小哪些基因是最重要的。

CellOracle被收录在《自然》杂志最近的一项技术专题中，是许多相对较新的软件系统之一，旨在模拟细胞基因调控的见解。CellOracle不是简单地识别网络，而是其独特的能力，可以让研究人员测试当网络以特定方式中断时会发生什么。

Morris和她的团队利用小鼠和人类血细胞形成的众所周知的发育过程以及斑马鱼的胚胎发育来验证CellOracle是否正常工作。他们的研究与合著者和斑马鱼发育专家Lilianna Solnica-Krezel博士，Alan A.和Edith L. Wolff杰出教授兼发育生物学系主任的实验室合作，还发现了斑马鱼发育中某些基因的新作用以前没有被确定。

在发表在《干细胞报告》杂志上的一篇相关论文中，莫里斯和她的同事使用CellOracle来预测当某些基因被调到超出其通常表达水平时会发生什么。

“我们发现，如果我们拨出两个特定的基因，我们可以将皮肤细胞转化为一种可以修复受损肠道和肝脏的细胞，”莫里斯说。“在再生医学方面，这些预测工具在建模我们如何重新编程细胞成为可以在受伤或疾病后促进愈合的细胞类型方面很有价值。

根据莫里斯的说法，大多数将干细胞转化为不同细胞类型(如血细胞或肝细胞)的实验室方法效率低下。也许2%的细胞到达所需的目的地。像CellOracle这样的工具可以帮助科学家确定应该在鸡尾酒中添加哪些因子，以引导更多的细胞进入所需的细胞类型，例如那些能够修复肠道和肝脏的细胞。

目前，CellOracle可以模拟10多种不同物种的细胞身份，包括人类、小鼠、斑马鱼、酵母、鸡、豚鼠、大鼠、果蝇、蛔虫、拟南芥植物和两种青蛙。

“我们收到很多添加不同物种的请求，”莫里斯说。“我们正在努力添加蝾螈，这是一种蝾螈。它们是研究再生的很酷的动物，因为它们能够再生整个四肢和其他复杂的器官和组织。