این نویسنده ارشد گفت: «جامعه علمی داده‌های کافی را از آزمایش‌های حیوانی جمع‌آوری کرده است که ما اکنون می‌توانیم بیش از مشاهده اتفاقات زیست‌شناسی انجام دهیم – می‌توانیم مدل‌های رایانه‌ای از نحوه تعامل ژن‌ها با یکدیگر بسازیم و پیش‌بینی کنیم که وقتی یک ژن از بین می‌رود، چه اتفاقی می‌افتد». سامانتا ا. موریس، دکترا، دانشیار زیست شناسی تکاملی و ژنتیک. و ما می‌توانیم این کار را بدون هیچ مداخله‌ای آزمایشی انجام دهیم. هنگامی که یک ژن مهم را شناسایی کردیم، هنوز باید آزمایش‌های آزمایشگاهی را برای تأیید این یافته انجام دهیم. اما این روش محاسباتی به دانشمندان کمک می‌کند تا تعیین کنند کدام ژن مهم‌تر است.»
نرم افزار رایانه ای توسعه یافته در دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس می تواند پیش بینی کند که وقتی ژن های فردی بیش از حد معمول از بین رفته یا شماره گیری می شود، چه اتفاقی برای شبکه های ژنی پیچیده می افتد. چنین شبکه های ژنتیکی نقش کلیدی در رشد اولیه جنین ایفا می کنند و سلول های بنیادی را برای تشکیل انواع سلول های خاص هدایت می کنند و سپس بافت ها و اندام ها را می سازند. نقشه برداری از نقش ژن های منفرد در این شبکه ها برای درک رشد سالم و یافتن راه هایی برای رشد مجدد سلول ها و بافت های آسیب دیده کلیدی است. به همین ترتیب، درک خطاهای ژنتیکی می تواند بینشی در مورد نقایص مادرزادی، سقط جنین یا حتی سرطان ارائه دهد.
موریس گفت: “ما دریافتیم که اگر دو ژن خاص را شماره گیری کنیم، می توانیم سلول های پوست را به نوعی سلول تبدیل کنیم که می تواند روده و کبد آسیب دیده را ترمیم کند.” از نظر پزشکی بازساختی، این ابزارهای پیش‌بینی در مدل‌سازی اینکه چگونه می‌توانیم سلول‌ها را دوباره برنامه‌ریزی کنیم تا به انواع سلول‌هایی تبدیل شوند که می‌توانند باعث بهبودی پس از آسیب یا بیماری شوند، ارزشمند هستند.
در حال حاضر، CellOracle می تواند هویت سلولی را در بیش از 10 گونه مختلف از جمله انسان، موش، گورخرماهی، مخمر، مرغ، خوکچه هندی، موش صحرایی، مگس میوه، کرم گرد، گیاه Arabidopsis و دو گونه قورباغه مدل کند.
به گفته موریس، اکثر روش‌های آزمایشگاهی برای تبدیل سلول‌های بنیادی به انواع مختلف سلول، مانند سلول‌های خونی یا سلول‌های کبدی، ناکارآمد هستند. شاید 2 درصد از سلول ها به مقصد مورد نظر برسند. ابزارهایی مانند CellOracle می توانند به دانشمند کمک کنند تا مشخص کند چه عواملی باید به کوکتل اضافه شود تا سلول های بیشتری را به سمت نوع سلول مورد نظر هدایت کند، مانند مواردی که قادر به ترمیم روده و کبد هستند.
موریس و همکارانش در مقاله‌ای آنلاین در مجله Stem Cell Reports از CellOracle برای پیش‌بینی اینکه چه اتفاقی می‌افتد وقتی ژن‌های خاصی فراتر از سطح بیان معمول خود شماره‌گیری می‌شوند، استفاده کردند.
چنین آزمایش‌های ژنتیکی – که معمولاً در آزمایشگاه در مدل‌های حیوانی مانند موش و گورخرماهی انجام می‌شود – برای دهه‌ها پایه اصلی تحقیقات زیست‌شناسی رشدی بوده است. در مورد عملکرد یک ژن در مطالعات حیوانی که در آنها یک ژن وجود ندارد یا بیش از حد بیان می شود، می توان چیزهای زیادی آموخت، اما این آزمایش ها نیز پرهزینه و وقت گیر هستند.
موریس گفت: “ما درخواست های زیادی برای افزودن گونه های مختلف دریافت می کنیم.” “ما در حال کار بر روی افزودن axolotl هستیم که نوعی سمندر است. آنها حیوانات جالبی برای مطالعه بازسازی هستند زیرا توانایی آنها در رشد مجدد کل اندام ها و سایر اندام ها و بافت های پیچیده است.”
در مقابل، نرم افزار جدید توسعه یافته به نام CellOracle – در 8 فوریه در مجله توضیح داده شده است طبیعت – می‌تواند صدها آزمایش ژنتیکی را در عرض چند دقیقه مدل‌سازی کند و به دانشمندان کمک کند ژن‌های کلیدی را شناسایی کنند که نقش مهمی در توسعه بازی می‌کنند، اما ممکن است تکنیک‌های قدیمی‌تر و آهسته‌تر از قلم افتاده باشند. CellOracle منبع باز است، با کد و اطلاعات مربوط به نرم افزار در اینجا موجود است ارتباط دادن.
موریس و تیم او از فرآیندهای رشد شناخته شده تشکیل سلول های خونی در موش ها و انسان ها و رشد جنینی در گورخرماهی استفاده کردند تا تأیید کنند که CellOracle به درستی کار می کند. مطالعات آنها با همکاری آزمایشگاه نویسنده مشترک و متخصص توسعه گورخرماهی لیلیانا سولنیکا-کرزل، دکترا، پروفسور برجسته آلن و ادیت ال. وولف و رئیس گروه زیست شناسی رشد، نقش های جدیدی را برای ژن های خاص کشف کرد. در توسعه گورخرماهی که قبلاً شناسایی نشده بود.
