科学家尝试绘制人体“谷歌地图”

  • 发布:2019-11-06 15:23:15
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目的是研究细胞如何相互连接和作用。

这是一张发育中的肝脏图像,其中单个细胞显示为点。资料来源:纽卡斯尔大学

美国国立卫生研究院正试图将新兴技术转化为有用的数据集,目的是研究人体内数万亿个细胞是如何相互连接和相互作用的。研究人员上周在《自然》杂志上写道,轮毂图旨在描述人体的生化环境和人体主要器官中各个细胞的位置。相关研究使用了一项被《科学》杂志誉为2018年突破的技术。

印第安纳州锡拉菲特普渡大学的hubmap负责人兼分析化学家朱莉娅拉斯金说,目标是“建立一个构成卫生系统的基线”。她说,通过这种方式,研究人员将能够发现疾病引起的问题。

直到最近,生物医学科学家对人体器官的工作方式只有一个大致的了解。今天,他们已经成功地获得了特定组织中基因活性的信息(当基因被打开和关闭时)。基因活性决定了细胞的功能,但器官是由多种细胞组成的,每种细胞都有自己的分子结构。

2016年,来自世界各地的90名科学家推出了人类细胞图谱(hca),使用的技术使研究人员能够对单个细胞进行常规研究,目的是对细胞在不同组织中如何运作进行分类。

麻省剑桥布罗德研究所的计算系统生物学家、hca的创始成员之一特拉维夫·雷盖夫(Aviv regev)表示,这项工作目前涉及来自65个国家的1500名科学家,并得到许多机构的支持,包括威尔康基金会和欧盟地平线2020计划。

加利福尼亚州帕洛阿尔托斯坦福大学的遗传学家迈克尔·斯奈德(Michael snyder)是10月9日发表在《自然》杂志上的论文的通讯作者,他说hubmap代表了美国政府对这个国际项目的承诺。

“希望hubmap将在领导和框架建设中发挥重要作用”,这将有助于hca与十几个其他侧重于特定器官(例如脑、肺、肾、癌前组织和癌前组织)单细胞分析的项目相结合。

这种融合将包括建立共同的标准、协议和数据表示方法。"我们希望尽可能多地比较‘苹果和苹果’和‘橘子和橘子’。"斯奈德说。

总体而言,国家卫生研究院预计未来八年将在轮毂图上花费2亿美元。到目前为止,国家卫生研究院已经在未来四年向大约120名研究人员提供了5400万美元。

一些团队将自己研究细胞——除了确定基因活性和使用其他组织学方法外,他们还将使用荧光显微镜和成像方法来收集关于蛋白质、脱氧核糖核酸修饰、脂质、核糖核酸和其他关键分子的空间信息,以构建细胞的三维图。

其他团队的任务是开发计算机工具,以连贯的方式呈现数据,并允许研究人员探索地图集。

第三组,包括拉斯金,正在开发更好的技术来研究这些细胞。拉斯金说,这样的发展是必要的,因为对于单细胞,“你只需要非常少量的材料来分析。”

《自然》杂志还发表了两篇使用新hca数据的论文。在一项研究中,纽卡斯尔大学的皮肤科医生穆兹利法·哈尼夫和她的同事研究了140,000个发育中的肝脏细胞和74,000个皮肤、肾脏和卵黄囊细胞,并描述了血液和免疫系统是如何形成的。他们报告说,怀孕7到17周后,肝脏产生这些血液和免疫细胞的能力发生了变化。

在第二篇论文中,英国爱丁堡大学的临床科学家普拉卡什·拉马钱德兰和他的同事用单细胞技术描述了患病肝脏中疤痕组织形成的所有细胞。这些细胞包括三种类型的关键细胞——称为巨噬细胞的白细胞、排列在血管上的内皮细胞和称为肌成纤维细胞的瘢痕形成细胞。拉马钱德兰说,了解这些细胞以及它们如何相互交流可以找到防止疤痕形成的方法。

这两篇论文的数据将成为正在开发的地图集的一部分,国家卫生研究院的理查德·康罗伊将其描述为人体的“谷歌地图集”,在这里你可以深入了解每个细胞的分子细节。上周,hca在西班牙巴塞罗那召开会议,了解这项工作的进展,并讨论如何向前推进。Nih将于明年春天共同主办另一次会议。“令人兴奋的是,”雷格夫说,“所有这些部分是如何结合在一起的。”(赵茜·Xi)

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