作者:赵熙熙 来源: 中国科学报 发布时间:2019-10-17
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科学家尝试绘制人体“谷歌地图”
旨在研究细胞是如何相互连接和作用的

 

这是一张正在发育的肝脏图,单个细胞在图中显示为圆点。图片来源:纽卡斯尔大学

本报讯 美国国立卫生研究院(NIH)正在尝试将新兴技术转化为有用的数据集,目的是研究人体数万亿个细胞究竟是如何相互连接和相互作用的。研究人员上周在《自然》杂志上撰文称,人类生物分子图谱计划(HuBMAP)旨在描述人体生物化学环境以及单个细胞在人体主要器官中的位置。相关研究使用了被《科学》杂志誉为2018年年度突破的一项技术。

HuBMAP负责人、印第安纳州西拉菲特市普渡大学分析化学家Julia Laskin说,其目标是“建立一个构成健康系统的基线”。她说,通过这种方式,研究人员将能够发现疾病中出现的问题。

直到最近,生物医学家对人体器官是如何工作的只有一个大致的了解。如今,他们成功地在特定组织中获得了基因活动(当基因打开和关闭时)的信息。基因活动决定了细胞的功能,但器官由多种细胞组成,每一种细胞都有自己的分子结构。

2016年,利用使研究人员能够对单个细胞进行常规研究的技术,来自全球的90位科学家推出了人类细胞图谱(HCA),目的是对细胞在不同组织中的运作方式进行分类。

HCA创始成员之一、马萨诸塞州剑桥市布罗德研究所计算系统生物学家Aviv Regev说,这项工作目前涉及来自65个国家的1500名科学家,获得了许多机构的支持,包括维康基金会和欧盟的地平线2020计划。

这篇10月9日发表在《自然》杂志上的论文的通讯作者、加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学基因学家Michael Snyder说,HuBMAP代表了美国政府对这一国际项目的承诺。

“希望HuBMAP能够在领导能力和构建框架方面发挥重要作用”,这将有助于HCA与其他十几个专注于特定器官(如大脑、肺、肾脏以及癌前组织和癌前组织)单细胞分析的项目结合起来。

这种融合将涉及建立通用的标准、协议和数据表示方法。“我们希望能够尽可能多地比较‘苹果和苹果’‘橘子和橘子’。”Snyder说。

总的来说,NIH预计未来8年将在HuBMAP上花费2亿美元。到目前为止,NIH已经在未来4年里向大约120名研究人员提供了5400万美元的资助。

一些团队将研究细胞本身——除了确定基因活性和使用其他组学方法外,他们还将使用荧光显微镜和成像方法收集关于蛋白质、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,以构建细胞的三维地图。

另一些团队的任务是开发计算机工具,以一种连贯的方式呈现这些数据,并允许研究人员探索地图集。

第三组团队,包括Laskin在内,正在开发更好的技术来研究这些细胞。Laskin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进行分析”。

《自然》杂志同时也发表了两篇利用HCA新数据的论文。在一项研究中,英国纽卡斯尔大学皮肤科医生Muzlifah Haniffa和她的同事研究了来自发育中的肝脏的14万个细胞,以及7.4万个皮肤、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,英国爱丁堡大学临床科学家Prakash Ramachandran及其同事使用单细胞技术描述了所有参与形成病变肝脏疤痕组织的细胞。这些细胞包括3个关键细胞的亚型——被称为巨噬细胞的白细胞、排列在血管上的内皮细胞和被称为肌成纤维细胞的瘢痕形成细胞。Ramachandran说,了解这些细胞以及它们如何与每个细胞交流,可以找到阻止疤痕形成的方法。

来自这两篇论文的数据将成为正在开发的图谱的一部分,NIH的Richard Conroy将其描述为身体的“谷歌图谱”,在那里你可以深入到每个细胞的分子细节。上周,HCA在西班牙巴塞罗那市召开了一次会议,以了解这项努力的进展情况并讨论如何向前推进。NIH将在明年春季与之共同主办另一次会议。“令人兴奋的是,”Regev说,“所有这些部件是如何组合在一起的。”(赵熙熙)

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1652-y

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1631-3

《中国科学报》 (2019-10-17 第2版 国际)
 
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