全球首個(gè)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物全細(xì)胞圖譜在Nature發(fā)表
藥廠有了它,可以精準(zhǔn)地挑選靶向細(xì)胞進(jìn)行藥物實(shí)驗(yàn),大大縮短藥物篩選的時(shí)間。
科研人員有了它,就像有了一張?zhí)剿魃眢w密碼的地圖,地圖上的標(biāo)注不是省市,而是不同種類的細(xì)胞。
這張地圖,就是華大聯(lián)合國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)繪制的全球首個(gè)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物全細(xì)胞圖譜,于北京時(shí)間4月13日晚,發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)。
Nature官網(wǎng)截圖
沒(méi)錯(cuò),就是下面這張集美貌與能力于一身的“地圖”。
這張神奇的“地圖”將被用于物種進(jìn)化、人類疾病以及藥物評(píng)價(jià)和篩選相關(guān)的研究,為生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供一個(gè)基礎(chǔ)性的資源和工具,為疾病診療、靶向藥物開發(fā)提供助力,為人類更好地探究生命的進(jìn)化提供可能。
為了繪制這張“地圖”,研究人員基于華大自主開發(fā)的單細(xì)胞建庫(kù)和測(cè)序平臺(tái)對(duì)獼猴的45個(gè)組織或器官的約114萬(wàn)個(gè)細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序分析,“地圖”上的113種顏色代表著113種細(xì)胞。這是世界上首個(gè)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物全身器官細(xì)胞圖譜。研究人員還據(jù)此搭建了非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物百萬(wàn)單細(xì)胞交互式資源網(wǎng)站。
非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物百萬(wàn)單細(xì)胞交互式資源網(wǎng)站截圖
21世紀(jì)初,人類基因組草圖的問(wèn)世為生命科學(xué)的研究譜寫了一本生命“天書”,為生命的數(shù)字化提供了基礎(chǔ)。然而,遺傳信息是由細(xì)胞攜帶的,但是目前,人類對(duì)自身細(xì)胞的認(rèn)識(shí)還很有限,全面解碼細(xì)胞的數(shù)字化特征將推動(dòng)生命科學(xué)的研究,為生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供基礎(chǔ)性的資源和工具。為此,研究人員將目光投向了非人靈長(zhǎng)類中和人的基因相似度高達(dá)93%的獼猴,繪制了一張獼猴的全身器官的細(xì)胞“地圖”。
“非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物相比其他模式動(dòng)物,在人類疾病特別是認(rèn)知和神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中具有顯著優(yōu)勢(shì),” 論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學(xué)研究院劉龍奇表示,“獼猴全細(xì)胞圖譜將為人類疾病機(jī)制和臨床前研究提供豐富的信息,開拓新的視野?!?/strong>
“有了這張‘地圖’就相當(dāng)于有了一個(gè)探索生命細(xì)胞分辨率的高精度儀器,可以‘看到’每個(gè)器官都有哪些細(xì)胞,還可以精細(xì)到每個(gè)細(xì)胞里具體的分子特征及與其他細(xì)胞的互作關(guān)系?!?/strong>論文的第一作者、深圳華大生命科學(xué)研究院韓磊博士介紹說(shuō),“這為我們更好地認(rèn)識(shí)生命的基本結(jié)構(gòu),探究疾病和細(xì)胞的關(guān)系打下了基礎(chǔ),也為疾病的精準(zhǔn)治療提供了新的方向。”
在本研究中,研究人員找到了各個(gè)組織的共有細(xì)胞類型及其“特有標(biāo)簽”(特異性標(biāo)記基因),并發(fā)現(xiàn)了多種存在于各個(gè)組織中的具有分化潛能的細(xì)胞,這類細(xì)胞或許可以為之后各類器官損傷修復(fù)提供細(xì)胞來(lái)源,也為哺乳動(dòng)物組織再生研究提供新的思路。
另外,基于這張“地圖”,研究人員還構(gòu)建了包含新冠、乙肝、狂犬病毒等126種病毒易感細(xì)胞類型的病毒數(shù)據(jù)庫(kù),這就像一本“病毒字典”,通過(guò)它可以快速查詢病毒最有可能侵染的細(xì)胞類型,同時(shí)看到該細(xì)胞類型可能分布的器官。有了它,醫(yī)生在檢查新冠肺炎確診患者肺部情況的時(shí)候,也會(huì)同步檢查腎臟、肝臟和膽囊。因?yàn)樽值淅锾岬?,這幾個(gè)器官同樣分布有新冠病毒可能感染的細(xì)胞。研究人員也可以輸入特定疾病的致病基因或相關(guān)的遺傳位點(diǎn)來(lái)查詢?cè)摷膊】赡艿闹尾〖?xì)胞類型,這為預(yù)防和治療病毒性傳染病和遺傳疾病提供數(shù)據(jù)支持,為疾病的臨床診斷和治療指明方向。
細(xì)胞“地圖”或許還可以幫助縮短藥物研發(fā)周期。眾所周知,藥物研發(fā)花費(fèi)巨大,耗時(shí)長(zhǎng)。其中的第一步就是要從成千上萬(wàn)種藥物中篩選出幾種相對(duì)有效的藥物,需要消耗非常長(zhǎng)的時(shí)間,且研究人員無(wú)法對(duì)每一種藥物都進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)。那怎么辦呢?通過(guò)細(xì)胞“地圖”,研究人員就可以針對(duì)靶向的細(xì)胞,檢測(cè)該細(xì)胞對(duì)于這些藥物的反應(yīng),從而快速選出幾種有效的藥物,再進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)。這將大大縮短大規(guī)模藥物篩選的時(shí)間,有助于靶向藥的研發(fā)和精準(zhǔn)治療。
當(dāng)然,這個(gè)神奇“地圖”的繪制,離不開單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步和測(cè)序成本的下降。在過(guò)去,要繪制這樣一張“地圖”,需要大量的時(shí)間及高昂的實(shí)驗(yàn)成本。而如今,基于華大智造自主開發(fā)的單細(xì)胞建庫(kù)平臺(tái)(DNBelab C4)和DNBSEQ測(cè)序技術(shù),科學(xué)家可以以低成本、高靈敏度和準(zhǔn)確性的方法進(jìn)行多維的單細(xì)胞分析,快速準(zhǔn)確地得到具有潛能的細(xì)胞,從而開展下一步的研究,為整個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域提供了一系列寶貴的數(shù)據(jù)資源。
“大規(guī)模細(xì)胞圖譜的繪制工作,對(duì)于我們理解器官結(jié)構(gòu)組成、胚胎發(fā)育和衰老、人類疾病及生命演化等都具有重要的意義。未來(lái)我們還將開發(fā)更高通量的單細(xì)胞技術(shù)以及具備空間分辨率的多組學(xué)技術(shù),為全面構(gòu)建生命單細(xì)胞分辨率的時(shí)空?qǐng)D譜提供重要工具?!闭撐牡墓餐ㄓ嵶髡咧?、深圳華大生命科學(xué)研究院院長(zhǎng)徐訊表示,“同時(shí)細(xì)胞圖譜數(shù)據(jù)正在迅速增長(zhǎng),其中蘊(yùn)含巨大的信息量,這些數(shù)據(jù)解讀和挖掘工作需要全球科學(xué)家的共同協(xié)作和努力?!?/p>


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