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全球首個非人靈長類動物全細胞“地圖”釋出 助力人類疾病研究

現在,請容許小編給你介紹一張神奇的地圖。

醫生有了它,在檢查新冠肺炎确診患者肺部情況的時候,可能也會根據地圖的指引去檢查腎髒、肝髒和膽囊,因為地圖顯示這幾個器官也可能受感染。

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,就像有了一張探索身體密碼的地圖,地圖上的标注不是省市,而是不同種類的細胞。

這張地圖,就是華大聯合國内外科研機構繪制的全球首個非人靈長類動物全細胞圖譜,于中原標準時間4月13日晚,發表于國際頂級學術期刊《自然》(Nature)。

全球首個非人靈長類動物全細胞“地圖”釋出 助力人類疾病研究

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”。

全球首個非人靈長類動物全細胞“地圖”釋出 助力人類疾病研究

這張神奇的“地圖”将被用于物種進化、人類疾病以及藥物評價和篩選相關的研究,為生物醫學的發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的單細胞建庫和測序平台對猕猴的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種顔色代表着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互動式資源網站。

全球首個非人靈長類動物全細胞“地圖”釋出 助力人類疾病研究

非人靈長類動物百萬單細胞互動式資源網站截圖

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”,為生命的數字化提供了基礎。然而,遺傳資訊是由細胞攜帶的,但是目前,人類對自身細胞的認識還很有限,全面解碼細胞的數字化特征将推動生命科學的研究,為生物醫學的發展提供基礎性的資源和工具。為此,研究人員将目光投向了非人靈長類中和人的基因相似度高達93%的猕猴,繪制了一張猕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,在人類疾病特别是認知和神經系統疾病研究中具有顯著優勢,” 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,“猕猴全細胞圖譜将為人類疾病機制和臨床前研究提供豐富的資訊,開拓新的視野。”

“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裡具體的分子特征及與其他細胞的互作關系。”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。”

全球首個非人靈長類動物全細胞“地圖”釋出 助力人類疾病研究

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“特有标簽”(特異性标記基因),并發現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後各類器官損傷修複提供細胞來源,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”,研究人員還建構了包含新冠、B肝、狂犬病毒等126種病毒易感細胞類型的病毒資料庫,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,醫生在檢查新冠肺炎确診患者肺部情況的時候,也會同步檢查腎髒、肝髒和膽囊。因為字典裡提到,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緻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資料支援,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周期。衆所周知,藥物研發花費巨大,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。那怎麼辦呢?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,進而快速選出幾種有效的藥物,再進行動物試驗。這将大大縮短大規模藥物篩選的時間,有助于靶向藥的研發和精準治療。

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,基于華大自主開發的單細胞建庫平台(DNBelab C4)和DNBSEQ測序技術,世界各地的領域專家及科研工作者可以以低成本、高通量、高靈敏度和準确性的方法進行大規模的單細胞測序分析,為整個生命科學領域提供了一系列寶貴的資料資源。

“大規模細胞圖譜的繪制工作,對于我們了解器官結構組成、胚胎發育和衰老、人類疾病及生命演化等都具有重要的意義。未來我們還将開發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,為全面建構生命單細胞分辨率的時空圖譜提供重要工具。”論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學研究院院長徐訊表示,“同時細胞圖譜資料正在迅速增長,其中蘊含巨大的資訊量,這些資料解讀和挖掘工作需要全球科學家的共同協作和努力。”

本研究由深圳華大生命科學研究院聯合北京華大生命科學研究院、深圳國家基因庫、吉林大學、中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院、瑞典卡羅林斯卡醫學院、英國劍橋大學、西班牙ICREA研究所、新加坡ASTAR等來自6個國家的35個科研團隊共同參與完成。韓磊、魏小雨、劉傳宇、莊鎮堃、鄒軒軒、王智鋒和Giacomo Volpe為該論文的共同第一作者,劉龍奇、徐訊、侯勇和Miguel A. Esteban為論文的共同通訊作者。本研究已認證倫理審查,嚴格遵循相應法規和倫理準則。