全球首個非人靈長類動物全細胞圖譜在Nature發(fā)表
藥廠有了它,可以精準地挑選靶向細胞進行藥物實驗,大大縮短藥物篩選的時間。
科研人員有了它,就像有了一張?zhí)剿魃眢w密碼的地圖,地圖上的標注不是省市,而是不同種類的細胞。
這張地圖,就是華大聯(lián)合國內外科研機構繪制的全球首個非人靈長類動物全細胞圖譜,于北京時間4月13日晚,發(fā)表于國際頂級學術期刊《自然》(Nature)。
Nature官網截圖
沒錯,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”將被用于物種進化、人類疾病以及藥物評價和篩選相關的研究,為生物醫(yī)學的發(fā)展提供一個基礎性的資源和工具,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)的單細胞建庫和測序平臺對獼猴的45個組織或器官的約114萬個細胞進行單細胞測序分析,“地圖”上的113種顏色代表著113種細胞。這是世界上首個非人靈長類動物全身器官細胞圖譜。研究人員還據此搭建了非人靈長類動物百萬單細胞交互式資源網站。
非人靈長類動物百萬單細胞交互式資源網站截圖
21世紀初,人類基因組草圖的問世為生命科學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。然而,遺傳信息是由細胞攜帶的,但是目前,人類對自身細胞的認識還很有限,全面解碼細胞的數(shù)字化特征將推動生命科學的研究,為生物醫(yī)學的發(fā)展提供基礎性的資源和工具。為此,研究人員將目光投向了非人靈長類中和人的基因相似度高達93%的獼猴,繪制了一張獼猴的全身器官的細胞“地圖”。
“非人靈長類動物相比其他模式動物,在人類疾病特別是認知和神經系統(tǒng)疾病研究中具有顯著優(yōu)勢,” 論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學研究院劉龍奇表示,“獼猴全細胞圖譜將為人類疾病機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’就相當于有了一個探索生命細胞分辨率的高精度儀器,可以‘看到’每個器官都有哪些細胞,還可以精細到每個細胞里具體的分子特征及與其他細胞的互作關系?!?/strong>論文的第一作者、深圳華大生命科學研究院韓磊博士介紹說,“這為我們更好地認識生命的基本結構,探究疾病和細胞的關系打下了基礎,也為疾病的精準治療提供了新的方向?!?/p>
在本研究中,研究人員找到了各個組織的共有細胞類型及其“特有標簽”(特異性標記基因),并發(fā)現(xiàn)了多種存在于各個組織中的具有分化潛能的細胞,這類細胞或許可以為之后各類器官損傷修復提供細胞來源,也為哺乳動物組織再生研究提供新的思路。 另外,基于這張“地圖”,研究人員還構建了包含新冠、乙肝、狂犬病毒等126種病毒易感細胞類型的病毒數(shù)據庫,這就像一本“病毒字典”,通過它可以快速查詢病毒最有可能侵染的細胞類型,同時看到該細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候,也會同步檢查腎臟、肝臟和膽囊。因為字典里提到,這幾個器官同樣分布有新冠病毒可能感染的細胞。研究人員也可以輸入特定疾病的致病基因或相關的遺傳位點來查詢該疾病可能的治病細胞類型,這為預防和治療病毒性傳染病和遺傳疾病提供數(shù)據支持,為疾病的臨床診斷和治療指明方向。 細胞“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)花費巨大,耗時長。其中的第一步就是要從成千上萬種藥物中篩選出幾種相對有效的藥物,需要消耗非常長的時間,且研究人員無法對每一種藥物都進行動物試驗。那怎么辦呢?通過細胞“地圖”,研究人員就可以針對靶向的細胞,檢測該細胞對于這些藥物的反應,從而快速選出幾種有效的藥物,再進行動物試驗。這將大大縮短大規(guī)模藥物篩選的時間,有助于靶向藥的研發(fā)和精準治療。 當然,這個神奇“地圖”的繪制,離不開單細胞測序技術的進步和測序成本的下降。在過去,要繪制這樣一張“地圖”,需要大量的時間及高昂的實驗成本。而如今,基于華大智造自主開發(fā)的單細胞建庫平臺(DNBelab C4)和DNBSEQ測序技術,科學家可以以低成本、高靈敏度和準確性的方法進行多維的單細胞分析,快速準確地得到具有潛能的細胞,從而開展下一步的研究,為整個生命科學領域提供了一系列寶貴的數(shù)據資源。 “大規(guī)模細胞圖譜的繪制工作,對于我們理解器官結構組成、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。未來我們還將開發(fā)更高通量的單細胞技術以及具備空間分辨率的多組學技術,為全面構建生命單細胞分辨率的時空圖譜提供重要工具?!闭撐牡墓餐ㄓ嵶髡咧弧⑸钲谌A大生命科學研究院院長徐訊表示,“同時細胞圖譜數(shù)據正在迅速增長,其中蘊含巨大的信息量,這些數(shù)據解讀和挖掘工作需要全球科學家的共同協(xié)作和努力?!?/p>


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