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北京欧倍尔基因编辑效率检测虚拟仿真软件,让基因编辑实验不再受限

2021-04-01
【摘要】:
北京欧倍尔建立《基因编辑效率检测虚拟仿真软件》,大大提高了分子生物学实验教学的效果,增加了实验内容的深度和前沿性。同时,学生的综合实验能力、学术视野和科研兴趣也得到了极大的提升。

二十一世纪是生命科学、生物技术的世纪。1990年,跨世纪的人类基因组计划计划在美国正式启动,试图破译人类自身遗传秘密。最终,由于英国、日本、法国、德国和中国科学家的先后加盟和合作,人类基因组草图被绘制出,昭示着人类已从基因组时代步入后基因组时代。

后基因组时代,在活体细胞特别是哺乳动物细胞中实现对遗传信息的精确编辑是分子生物学领域研究的重点和热点。自2013年起,一种新型的基因编辑技术CRISPR/Cas9系统被广泛应用于基因的靶向编辑。CRISPR/Cas9基因编辑系统目前已在一系列基础和应用研究场景中广泛运用,对生命科学和医学等相关领域的发展起到了巨大的推动作用。

欧倍尔基因编辑效率检测虚拟仿真软件,让基因编辑实验不再受限

然而,由于实验场地,实验时间和成本,实验伦理,实验仪器设备以及实验有害残留等因数的限制,CRISPR/Cas9基因编辑实验很难纳入传统分子生物学线下实验教学过程,这降低了分子生物学实验教学内容的深度和广度,影响了学生专业素养培育的质量。鉴于此,北京欧倍尔根据CRISPR/Cas9基因编辑技术的特点,利用计算机虚拟现实技术,通过三维重建和模拟实验等技术手段,建立了基因编辑效率检测虚拟仿真软件。

 

01

CRISPR-Cas9基因编辑技术

 

生物体的生、长、衰、病、老、死等一切生命现象都与基因有关,它是决定生命健康的内在因素。而基因编辑就是一种比较精确地对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。

CRISPR-Cas9基因编辑技术,是对靶向基因进行特定DNA修饰的技术,这项技术也是用于基因编辑中前沿的方法。以CRISPR-Cas9基础的基因编辑技术在一系列基因治疗的应用领域都展现出极大的应用前景,例如血液病、肿瘤和其他遗传疾病。该技术成果已应用于人类细胞、斑马鱼、小鼠以及细菌的基因组精确修饰。

欧倍尔基因编辑效率检测虚拟仿真软件,让基因编辑实验不再受限

2019年8月27日,美国科学家借助基因编辑技术CRISPR-Cas9,制造出了第一种经过基因编辑的爬行动物——一些小型白化蜥蜴,这是该技术首次用于爬行动物。由于白化病患者经常有视力问题,因此,最新突破有助于研究基因缺失如何影响视网膜发育。

2020年12月11日,日本厚生劳动省通过其国内首个基因编辑食品的销售申请。这是一种基因编辑的西红柿,含有更多营养成分γ-氨基丁酸,预计最早将于2022年上市销售。领导研究的筑波大学教授江面浩说,基因编辑能大幅缩短作物品种改良时间,可以将原来需要10年的品种改良时间缩短到约1年半。

 

02

基因编辑效率检测虚拟仿真软件

 

分子生物学理论和技术的发展日新月异,但其课程实验教学仍然是以验证性和演示性实验为主,实验内容陈旧,教学模式单一。这导致分子生物学理论和技术的发展逐渐与课程实验教学脱节,不利于学生综合能力和创新思维的培养。此外,分子生物学实验多为微观尺度实验过程,难以直接观察。北京欧倍尔研发出《基因编辑效率检测虚拟仿真软件》,力图改变学生对于概念和原理的理解常处于抽象的理论水平的现象,解决一直以来的课程教学难点。

欧倍尔基因编辑效率检测虚拟仿真软件,让基因编辑实验不再受限

学生可通过此软件,学习基因编辑效率检测中PCR扩增基因编辑位点和T7核酸内切酶Ⅰ酶切实验的基本原理和方法,实验操作过程及操作要领,从而掌握这一最前沿的分子生物学实验技术。

 

软件特色

 

本软件的特色主要有以下几个方面:

 

(1)虚拟现实技术

利用电脑模拟生成一个三维的虚拟世界,构建高度仿真的虚拟分子生物学实验环境。软件使用者可在虚拟实验室内自由走动,可以根据需要自行旋转观察角度。软件中仿真的实验设施、设备、器材,都是依据真实原物进行制作的,可随意点击、观察、学习。互动操作点遍布整个虚拟实验环境中,界面友好,操作简单,形式多样,和虚拟的实验环节浑然一体。

欧倍尔基因编辑效率检测虚拟仿真软件,让基因编辑实验不再受限

(2)多种模式

分为漫游模式和操作模式。漫游模式下操作者可以在场景中自由行走,观察设备,点击学习相应知识点;操作模式下操作者不仅可以漫游,还可以进行设备操作,根据需要选择相应任务进行学习。

欧倍尔基因编辑效率检测虚拟仿真软件,让基因编辑实验不再受限

(3)自主学习内容丰富

软件设有“阅读与思考”提供相关基础知识的系统讲解,此外还配有“思考题”,对学生的日常知识积累及通过仿真软件操作所学的知识进行考察,系统可对学生的作答情况进行自动评分,使学生充分认识到自身知识掌握的短板,以便进一步改进提高。

欧倍尔基因编辑效率检测虚拟仿真软件,让基因编辑实验不再受限

(4)实用性强,具有较大的可推广应用价值和应用前景

本套软件由计算机程序设计人员、虚拟现实技术人员、具有实际经验的一线专业教师合作完成,贴近实际,过程规范,特别适合本专科院校学生学习培训使用。

北京欧倍尔建立《基因编辑效率检测虚拟仿真软件》,大大提高了分子生物学实验教学的效果,增加了实验内容的深度和前沿性。同时,学生的综合实验能力、学术视野和科研兴趣也得到了极大的提升。