研究基因功能的虚拟工具旨在减少用于基因检测的动物数量

得克萨斯A&；M大学兽医和生物医学科学学院（VMBS）开发了一种新的虚拟工具，使科学家能够更有效地研究基因的功能，并有望减少基因研究中使用的动物模型的数量

这项名为基因敲除推理（GenKI）的工具使科学家能够模拟单个细胞中基因之间的关系，从而研究哪些基因会影响细胞功能。了解每个基因的用途对于开发从癌症到普通流感的新疗法至关重要

兽医综合生物科学系VMBS教授James Cai博士说：“分子生物学家和其他科学家使用所谓的‘敲除模型’来研究靶基因。”。“科学家们会删除或‘敲除’一个基因，以了解其功能。正如我们在《核酸研究》杂志上发表的那样，由我的博士生杨永健领导的我们新开发的虚拟工具将使研究人员能够在不使用太多小鼠模型的情况下研究基因，并使我们更容易看到基因如何相互作用。”

从更大的角度来看

发现生物体中每个基因的功能可能具有挑战性。人类有20000到25000个蛋白质编码基因，一些植物可能有40000多个。

为了使事情变得更复杂，基因通常协同作用来控制身体的不同部位，这意味着敲除研究并不总是能全面了解基因功能

“基因是一个巨大网络的一部分，”蔡说。“它们之间有伴侣、备份，甚至有远距离的关系。有时很难确定哪些基因是相连的。

”当科学家想一起研究基因时，他们可以进行所谓的‘双敲除’，但这很昂贵，而且仅限于两个基因，”他说。“理论上，虚拟工具可能能够敲除两个、三个、，或者随着技术的发展而产生更多的基因。“

使用虚拟工具进行基因研究的另一个优势是，研究人员可以研究跨组织反应，或基因在多个组织、器官和系统之间的关系。

”蔡说：“研究实验室通常专门研究身体的一个方面，如中枢神经系统或新陈代谢，他们倾向于专注于研究一个地方的组织样本，比如肝脏。但有些基因可能扮演不止一个角色，因此我们预计，使用像GenKI这样可以访问多种组织细胞类型的虚拟工具，将更容易看到这些跨组织连接。“

专注于基本要素

使用计算机化工具也很有益，因为它可以让研究人员研究他们无法研究的基因。

”蔡说：“当你研究组织时，你不能敲除任何对身体功能至关重要的基因，否则你就没有一个可行的模型。”；或者，次要的&mdash；基因的作用，但不是靶基因本身

“使用GenKI，我们可以停止任何基因的功能，模拟仍然有效，”他解释道。“我们所要做的就是将基因表达水平设置为零，或者降低它，该工具将向我们显示哪些其他数据点受到了变化的影响。”

GenKI还将使科学家能够在研究过程中比使用组织更早地获得问题的答案

蔡说：“即使你只是想回答初步问题，你也可以开始模拟。”。“希望随着技术的发展，科学家们能够越来越多地依赖该工具，而不是动物模型。”

基因研究的未来

活生物体非常复杂，这使得数字模拟的创建具有挑战性

蔡说：“现在，该工具可以模拟人类和小鼠单个细胞中的基因关系。”。“我们从一些简单的事情开始，以确保该工具的准确性。”

虽然该工具仍在开发中，但蔡预计，随着越来越多的人向他的团队发送不同细胞类型的数据，他们将能够扩展该工具的功能，同时保持高水平的准确性

“最终，我们希望能够模拟其他细胞类型，甚至其他生物体，”他解释道

“有了这项技术，我们可以在15年左右的时间内将动物模型的使用减少50%，”他说。“但我们不能单独做到这一点，这需要文化的改变。需要持续努力来构建工具，使研究人员能够依赖它。”