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促進癌癥疫苗研發(fā) 建立科學物聯(lián)網(wǎng)
15年前,對人類基因組進行測序需要花費大約30億美元,而今只需數(shù)千美元??萍及l(fā)展日新月異,新的一年又會有哪些令人期待的突破?英國《自然》雜志近日采訪了生物醫(yī)學領域的專家,為人們梳理出有望改變2018年生命科學研究面貌的技術和課題,其中包括為轉(zhuǎn)錄組繪圖、促進癌癥疫苗研發(fā)、建立科學物聯(lián)網(wǎng)等。
為轉(zhuǎn)錄組繪圖
全球性的人類細胞圖譜(HCA)計劃旨在確定人體內(nèi)所有細胞類型并繪制其空間組織,而完成此項目需要很多輔助技術。
單細胞RNA測序是識別不同細胞類型的有效方法,也是創(chuàng)建HCA的重要工具,這一方法需要將組織分離成單個細胞,然后隔離出RNA,但這樣做無法保留細胞在組織中的空間環(huán)境,即它們是如何組織以及相互作用的。
哈佛大學先進成像中心主任莊小威說,因此需要一種技術,可以對完整組織中細胞的轉(zhuǎn)錄組(細胞內(nèi)所有轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的集合,包括信使RNA、核糖體RNA、轉(zhuǎn)運RNA等)成像,從而提供這種空間背景。他的實驗室正在開發(fā)多重抗誤差熒光原位雜交技術(MERFISH),這是一種基于圖像的單細胞轉(zhuǎn)錄組學方法,能對單細胞中1000個不同的信使RNA(mRNA)成像,然后通過細胞的基因表達圖譜對其分類,并繪制出其空間組織。隨著技術進一步發(fā)展,MERFISH有潛力檢測完整組織細胞中的全部轉(zhuǎn)錄組。
促進癌癥疫苗研發(fā)
在癌癥免疫基因組學領域,研究人員想知道,哪些由癌癥基因組編碼的突變蛋白——新抗原能在個體中引發(fā)免疫應答,并基于此開發(fā)個性化癌癥疫苗或其他療法。質(zhì)譜流式細胞技術(CyTOF)可用于研究這些新抗原。
全美兒童醫(yī)院聯(lián)合基因組醫(yī)學研究所所長伊蘭·馬蒂斯說,這項技術能確定癌細胞產(chǎn)生最多、且對免疫系統(tǒng)產(chǎn)生強烈反應的新抗原是哪種,然后用這些信息創(chuàng)建個性化的抗癌疫苗,這些疫苗與新型抗癌藥物結(jié)合使用,有望使患者最終擺脫疾病困擾。
CyTOF不僅對癌癥基因組學有用,還可用于追蹤由細胞產(chǎn)生的任何蛋白的豐度和組成,使我們能更多維、更精確地了解蛋白質(zhì)。
擴展基因組序列分析
2000年,一種全新的激素——促性腺激素抑制激素(GnIH)被發(fā)現(xiàn)。研究表明,當動物遭受壓力時,這種激素會抑制生殖軸。對GnIH的研究正在徹底改變我們對大腦調(diào)控生殖的理解。
今天,得益于高通量DNA測序技術,基因組測序的價格在不斷下降。加州大學戴維斯分校生殖生物學家瑞貝卡·卡利斯·洛迪古斯說,這使科學家能研究那些在實驗室通常不被研究的動物,獲得更多與生殖有關的數(shù)據(jù),例如,他們最近使用RNA測序來更深入地了解普通鴿的生殖軸如何對壓力作出反應。慢性壓力會影響生殖,他們希望借此具體了解這一點。
同時,他們也在研究在生殖軸——大腦中的下丘腦、腦下垂體和生殖腺上轉(zhuǎn)錄活躍的每一個基因,得到的龐大的數(shù)據(jù)集產(chǎn)生了數(shù)百個假設,有助于進一步理解壓力對生殖機制的影響,從而為數(shù)百萬有生育問題的人提供基因干預或治療。
建立科學物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)是智能傳感器和執(zhí)行器的集群,這些分布式的智能設備正在改變我們的生活,也有望改變科研的面貌。
研究人員已開始在分布式科學物聯(lián)網(wǎng)(IoST)上開展合作。IoST是一個開放系統(tǒng),將分布式傳感器和執(zhí)行器連接到強大的機器學習平臺,從而促進全球性實驗。
即使是該系統(tǒng)的簡化版,也有巨大作用。谷歌發(fā)現(xiàn),其智能手機可從手機加速計和陀螺儀檢測到的步態(tài)變化中發(fā)現(xiàn)帕金森病早期癥狀。加州大學伯克利分校理論神經(jīng)科學家薇薇安·明也說,使用智能手機傳感器,她的團隊能預測雙相情感障礙患者的躁狂發(fā)作。但現(xiàn)在,很多科學家無法獲得這種實驗能力。
試想一下,如果研究人員能訪問運行IoST應用的智能手機、智能手表和世界各地實驗室的數(shù)據(jù);AI系統(tǒng)可挖掘你所在領域已發(fā)布研究和數(shù)據(jù),等等,將會給科學研究帶來多大突破?
當然,這些大規(guī)模分布式系統(tǒng)存在一些可怕的因素,如某些組織是否會對數(shù)據(jù)進行限制性控制?新平臺的研究成果通過傳統(tǒng)科學出版商,還是arXiv這樣的開放獲取平臺提供?
雖然獲取渠道和倫理問題必須解決,但轉(zhuǎn)型更加迫切。有些實驗室和研究人員已在充分利用這些可能性。建立這些系統(tǒng),有望使出版更平等、數(shù)據(jù)可共享、科學更透明。
(科技日報北京1月30日電)
編輯:趙彥
關鍵詞:癌癥疫苗 研發(fā) 物聯(lián)網(wǎng)