开发和验证肠道微生物-粘膜相互作用的计算模型，以取代和减少动物实验

最近的许多发现揭示了生活在我们肠道中的细菌对我们的健康的迷人而重要的影响。例如，它们训练我们的免疫系统，影响体重增加，甚至影响我们的情绪和行为。因此，对肠道细菌的研究数量急剧增加。由于许多研究使用动物实验，越来越多的动物被使用。

我们的长期目标是用计算机模拟取代许多动物实验，我们一直在开发软件，让没有编程经验的科学家也能运行这样的计算机模拟。我们称这个软件为电子肠子的eGUT。我们估计eGUT每年最终可以取代全球7.5万个动物实验。

这个学生的具体目标是填补我们的eGUT软件的一个重要空白。间隙是肠道粘膜的计算模型。粘膜是人体组织细胞和细菌相遇的肠壁。我们将开发这个计算粘膜模型，并使用工程(非动物)模型和昆虫模型进行实验，以检验我们的eGUT模型是否能做出正确的预测。我们将与Wilmes教授(卢森堡)和Moya教授(西班牙)合作，他们是开发这些模型的专家，在他们的实验室里进行实验。在学生期结束时，英国益生菌国际公司和哈特教授和施特彻教授的两个世界领先实验室的研究人员将测试我们的eGUT软件，并帮助我们改进它。这样，越来越多的研究人员会想要使用它，因为它将使他们的研究更好。重要的是，我们的软件将帮助其他研究人员更好地理解他们所研究的系统，因为这将激励他们用计算机模拟取代动物实验。

我们有两个很好的理由来解释为什么计算机模拟将改善科学。其一，肠道是一个非常复杂的系统，它包含数千种不同类型的细菌，我们吃的几十种不同类型的食物包含数千种化学成分，我们的身体器官和细胞与这些细菌和化学物质有多种相互作用的方式。如果不在计算机中模拟这些系统的数学模型(即简化)，就很难理解这些复杂的系统。如果计算机模拟结果与实验结果相似，则可以认为简化模型是适当的。如果结果不同，可以找出简化的问题所在并加以修正。系统的复杂性也意味着影响结果的因素非常多。因此，人们应该改变所有这些因素来研究它们的影响，这就需要使用大量的动物。

使用计算机模拟的另一个原因是动物模型通常不是很好的人类模型。例如，老鼠的内脏就和我们的内脏大不相同。它们不仅体型小得多，食物在肠道中消化的时间就少得多，而且它们还有很大的盲肠囊，细菌在盲肠囊中发酵纤维和其他难以消化的食物成分。人类没有这些盲肠。老鼠和人类的肠道之间还有许多其他的区别，这就是为什么老鼠和我们体内的细菌不同。因此，人们不能确定对人类进行干预的结果是否与在小鼠身上相同。

该项目还将培训学生开发和使用计算、工程和昆虫模型作为动物模型的替代方案。这将是在科学前沿的职业生涯的一个极好的准备，我们希望学生在未来继续开发和使用eGUT，从而成为使用计算模型而不是动物实验的世界领导者。