Virtuelle Ratten Forscher Studie Krankheit helfen

Die meisten Laborratten haben untergebracht, gefüttert und gezüchtet werden. Aber nicht die Gruppe Daniel Beard im Auge hat für seine neue Systeme Biologie-Center.

Sie können virtuell sein.

Bart, eine rechnerische Biologe am Medical College of Wisconsin in Milwaukee, nutzt Computermodelle der Ratte Physiologie um zu studieren, wie Gene und Umweltfaktoren interagieren, um Krankheit zu verursachen. Nennt er sein Projekt der "virtuellen physiologischen Ratte."

Das Endprodukt wird nicht aussehen wie ein Nagetier – mehr wie integrierten Datensätze auf einem Computer – aber es verhält sich wie ein. Das ist die Schönheit der Systembiologie, ein aufstrebendes Gebiet, das Computer-Modellierung mit Laborexperimenten zu lernen wie gesamte physiologische Systeme integriert zu betreiben, in Gesundheit und Krankheit.

"Wir gehen nach der Synthese oder Integration, viele funktionierende Komponenten", erklärt Bart.

Systembiologen häufig Modelle, die versuchen, Prozesse in lebenden Zellen zu imitieren, und dann verwenden Experimente um zu testen, wie eng die Modelle Vorhersagen Realität oder replizieren. Basteln mit verschiedenen Teilen des jeweiligen Modells kann Systeme helfen Biologen Fragen zu erforschen, die traditionelle Laborexperimenten nicht beantworten können.

"Wir arbeiten darauf hin der grand Challenge der biomedizinischen Forschung: das komplexe Zusammenspiel von physiologischen, genetischen und umweltbedingten Faktoren zu verstehen", sagt Bart.

Closing the Loop

Leben Sie Ratte, die Modelle ausgiebig verwendet wurden, um Herz-Kreislauf-Krankheit, die häufigste Todesursache bei Menschen weltweit studieren. Aber sie habe noch in der Lage zu zeigen, wie mehrere Gene und Umweltfaktoren interagieren, um dies und andere komplexe Krankheiten verursachen.

Mit diesem neuen Projekt soll Bart neue Erkenntnisse über Krankheiten wie Bluthochdruck und Herzinsuffizienz, die anspruchsvoll sind, um zu studieren, weil sie einfache Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge im Körper nicht zu entdecken. In anderen Worten, können nicht sie zu einer einzigen Gen oder Lebensstil Wahl zurückgeführt werden.

Bevor Bart und sein Team ihr Modell erstellen, werden sie studieren, wie echte Ratten Körper funktioniert. Mit Gewebeproben und live Ratten mit bekannten Genomen, misst sie Funktionen von der Rats gesunden Herzen, Nieren, skelettartigen Muskeln und Blutgefäße, im großen und ganzen und in Nahaufnahme molekularen Detail. Dadurch wird hinzugefügt, um Wissen aus anderen Experimenten, die Art und Weise zu charakterisieren, dass normalerweise die Ratte Herz-Kreislauf-System funktioniert.

Dann wird das Team Computersimulationen der normalen Funktion anhand der Ergebnisse erstellen. Da die Modelle tatsächliche Ratte Physiologie widerspiegeln werden, helfen sie Forscher besser analysieren Daten aus Tierversuchen und präzisere Hypothesen zu testen im Labor zu entwickeln.

"Wir versuchen, den Kreislauf zwischen Experimenten und Modellen schließen", sagt Bart.

Vorhersagekraft

Beard Arbeit wird untersuchen, wie einer Ratte in den Genetik und Umwelt interagieren, um Krankheit zu verursachen.

Haben sie ein virtuelles Modell des gesunden Ratte Physiologie, misst Beard Team Herz-Kreislauf-Funktion bei live Ratten, deren Gene mit Krankheiten und Krankheitssymptome, wie Bluthochdruck verknüpft wurden.

Bart erwartet hinzufügen, dass diese Krankheit Detailinformationen zu den Computermodellen in einer anspruchsvollen Datenbank resultieren, die eine Ratte in den Genen zu seinen molekularen Funktionen zu vergleichen und letztlich den Zustand des Herz-Kreislauf-Gesundheit oder Krankheit vorhersagen kann.

Diese Krankheit Eigenschaften sind wichtig, weil sie sehr ähnlich sind, die beim Menschen erscheinen zu studieren, erklärt Bart.

Schließlich konnte Entdeckungen aus der virtuellen Ratten Forschern helfen, die Rolle identifizieren eine Person Gene bei komplexen Krankheiten spielen. In Zukunft könnte diese Art von Arbeit sogar mit frühe Interventionen helfen, um Krankheiten zu verhindern.

Um Genauigkeit zu gewährleisten, Bart und sein Team wollen dem Projekt einen Schritt weiter gehen. Sie werden neue Stämme leben Ratten zu züchten, deren Genetik sind bekannt, aber deren Krankheit-Merkmale, die durch diese Gene entstehen sind unbekannt. Dann werden sie sehen, wenn die Computer-Modelle erfolgreich jede Ratte Herz-Kreislauf-Gesundheit, angesichts seiner Gene vorhersagen können. Bart ruft diesen letzten Schritt das Team "ehrgeizigste Ziel."

Integrative Antworten

Ziel des Projekts ist nicht get rid of Living Labor-Ratten ganz, sagt Bart, sondern Experimente in Verbindung mit Computern verwenden – einen "integrativen Ansatz" – um unsere Fähigkeit, Krankheitsrisiken Vorhersagen zu erhöhen.

"Die virtuelle physiologischen Ratte ist ein Mittel, um so viel lernen wie wir aus Experimenten, kann", sagt Bart. "Ich hoffe, dass dies zu viel besser, intelligenter und effizienter Tierversuche führen wird."

Seine neue Mitte erhalten $ 13 Millionen über 5 Jahre von den National Institutes of Health.

"Mehrstufige Ansatz des Projekts – von Genen zur Orgel Physiologie – unsere laufenden Hilfsmaßnahmen zu erklären, die Grundlagen des Lebens und die Ursachen von Krankheiten," sagt Paul Brazhnik, der NIH-Programm-Direktor für das Zentrum.

Wie physiologische Systeme selbst hängt von dem Gebiet der Systembiologie Zusammenarbeit. Das virtuelle Ratte-Projekt umfasst Experten aus Großbritannien, Norwegen und Neuseeland – einige davon sind auch hart an der Entwicklung eines virtuellen physiologischen Menschen Arbeit.

Weitere Informationen:

• Forschung: Integration von Biologie

Diese im Life Science-Artikel wurde bereitgestellt, um LiveScience in Zusammenarbeit mit dem National Institute of General Medical Sciences, Teil der National Institutes of Health.