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      生物學(xué)家逐個細(xì)胞開發(fā)完整動物的3D計算機模型
      
			
      
				2019-01-18 11:50:50
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      人類疾病是網(wǎng)絡(luò)疾病，“弗吉尼亞大學(xué)生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)助理教授Eyleen O'Rourke說。通過這一點，她意味著我們的基因，細(xì)胞，組織和器官都相互作用并相互影響，作為一個高度復(fù)雜的實體網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合環(huán)境 - 定義為我們的飲食，健康習(xí)慣和其他因素 - 決定我們的身體是否是受疾病影響，以及他們?nèi)绾螒?yīng)對用于治療各種疾病的藥物。
      

      生物學(xué)家逐個細(xì)胞開發(fā)完整動物的3D計算機模型
      

      “例如，囊性纖維化引起基因的相同突變可能意味著一個人的預(yù)期壽命不到20年，但其他人的癥狀輕微，”O'Rourke說。“這是因為許多其他因素 - 通常被誤解的因素 - 在構(gòu)成我們身體的基因，細(xì)胞和組織網(wǎng)絡(luò)中的影響，以及我們與環(huán)境的相互作用，定義了突變可能會或可能不會發(fā)生的變化。網(wǎng)絡(luò)也是影響各種疾病治療對特定個體的影響。“
      

      為了更好地了解復(fù)雜的疾病，O'Rourke和UVA，哈佛醫(yī)學(xué)院和加州大學(xué)圣地亞哥分校的同事團隊計劃創(chuàng)建第一個整個活體動物的三維計算機模型 - 在這種情況下，一種廣泛研究的蠕蟲具有相對簡單的細(xì)胞系統(tǒng)，由20種細(xì)胞類型和約20,000種基因組成。
      

      O'Rourke及其同事正致力于模擬秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)的相對簡單的生物體，是在細(xì)胞水平上研究遺傳學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)的優(yōu)秀系統(tǒng)。超過60%的基因與人類基因的功能基本相同。
      

      O'Rourke領(lǐng)導(dǎo)的團隊將挖掘出一種胰島素抵抗和肥胖的蠕蟲病毒的全基因組。它們將在每種細(xì)胞類型中一次一個地滅活這種動物的所有20,000個基因，并且還改變飲食。通過這種方式，他們將定義在該模型系統(tǒng)中允許或引起代謝疾病的網(wǎng)絡(luò)變化。然后，該數(shù)據(jù)將用于生成具有單細(xì)胞細(xì)節(jié)的動物代謝的第一計算機模型。
      

      “通過對這種簡單的線蟲建模，我們將首次了解遺傳變化如何與不同的環(huán)境相結(jié)合，決定健康或疾病，”O'Rourke說。
      

      此外，通過構(gòu)建這種蠕蟲模型，該團隊將生成高度復(fù)雜的未來哺乳動物模型所需的實驗和信息學(xué)工具，甚至可能用于人類。因為該模型將具有互動性，研究人員將能夠比使用真實動物的實驗室更快地操縱基因或飲食，并產(chǎn)生可測試的假設(shè)。
      

      “我們建議開發(fā)的模型將成為通過功能基因網(wǎng)絡(luò)重建和建模更好地預(yù)測健康和疾病結(jié)果的基石，”O'Rourke說。“目前還沒有這樣的東西。“未來，結(jié)合個性化基因組學(xué)，預(yù)測模型可以改變我們合理化設(shè)計和測試高度針對性治療的能力，并促進真正個性化醫(yī)療的方式。”
      

      為此，O'Rourke贏得了WM Keck基金會120萬美元的撥款。UVA將通過研究副總裁辦公室為該項目提供額外的20萬美元。O'Rourke的高風(fēng)險/高價值研究還獲得了皮尤慈善信托基金(Pew Charitable Trusts)的24萬美元贈款，最近她將其命名為Pew Biomedical Scholar。
      

      O'Rourke希望在三到四年內(nèi)完成該技術(shù)的開發(fā)。
      

      “目前還沒有能夠完全代表動物生命的模型，其復(fù)雜的組織水平，從基因，細(xì)胞到器官，”UVA臨時負(fù)責(zé)研究的副總裁Phil Parrish說。“如果沒有這樣的模型，就不可能完全預(yù)測藥物對不同器官系統(tǒng)的影響，設(shè)計我們的身體不會拒絕的組織或器官，或僅僅是在分子水平上理解生命。通過凱克基金會和皮尤的慷慨支持，O'Rourke集團的3D建模工作將為生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)打開新的大門。“
      
			

			
        
      
			
      
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