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促进癌症疫苗研发 建立科学的物联网

时间: 2018-01-31 13:04  来源: 科技日报   编辑: 萌萌

15年前,对人类基因组进行测序需要花费大约30亿美元,而今只需数千美元。科技发展日新月异,新的一年又会有哪些令人期待的突破?近日,英国《自然》杂志采访了生物医学领域的专家。

摘要:

  15年前,对人类基因组进行测序需要花费大约30亿美元,而今只需数千美元。科技发展日新月异,新的一年又会有哪些令人期待的突破?近日,英国《自然》杂志采访了生物医学领域的专家,为人们梳理出有望改变2018年生命科学研究面貌的技术和课题,其中包括为转录组绘图、促进癌症疫苗研发、建立科学物联网等。

  为转录组绘图

  全球性的人类细胞图谱(HCA)计划旨在确定人体内所有细胞类型并绘制其空间组织,而完成此项目需要很多辅助技术。

  单细胞RNA测序是识别不同细胞类型的有效方法,也是创建HCA的重要工具,这一方法需要将组织分离成单个细胞,然后隔离出RNA,但这样做无法保留细胞在组织中的空间环境,即它们是如何组织以及相互作用的。

  哈佛大学先进成像中心主任庄小威说,因此需要一种技术,可以对完整组织中细胞的转录组(细胞内所有转录产物的集合,包括信使RNA、核糖体RNA、转运RNA等)成像,从而提供这种空间背景。他的实验室正在开发多重抗误差荧光原位杂交技术(MERFISH),这是一种基于图像的单细胞转录组学方法,能对单细胞中1000个不同的信使RNA(mRNA)成像,然后通过细胞的基因表达图谱对其分类,并绘制出其空间组织。随着技术进一步发展,MERFISH有潜力检测完整组织细胞中的全部转录组。

  促进癌症疫苗研发

  在癌症免疫基因组学领域,研究人员想知道,哪些由癌症基因组编码的突变蛋白——新抗原能在个体中引发免疫应答,并基于此开发个性化癌症疫苗或其他疗法。质谱流式细胞技术(CyTOF)可用于研究这些新抗原。

  全美儿童医院联合基因组医学研究所所长伊兰·马蒂斯说,这项技术能确定癌细胞产生最多、且对免疫系统产生强烈反应的新抗原是哪种,然后用这些信息创建个性化的抗癌疫苗,这些疫苗与新型抗癌药物结合使用,有望使患者最终摆脱疾病困扰。

  CyTOF不仅对癌症基因组学有用,还可用于追踪由细胞产生的任何蛋白的丰度和组成,使我们能更多维、更精确地了解蛋白质。

  扩展基因组序列分析

  2000年,一种全新的激素——促性腺激素抑制激素(GnIH)被发现。研究表明,当动物遭受压力时,这种激素会抑制生殖轴。对GnIH的研究正在彻底改变我们对大脑调控生殖的理解。

  今天,得益于高通量DNA测序技术,基因组测序的价格在不断下降。加州大学戴维斯分校生殖生物学家瑞贝卡·卡利斯·洛迪古斯说,这使科学家能研究那些在实验室通常不被研究的动物,获得更多与生殖有关的数据,例如,他们最近使用RNA测序来更深入地了解普通鸽的生殖轴如何对压力作出反应。慢性压力会影响生殖,他们希望借此具体了解这一点。

  同时,他们也在研究在生殖轴——大脑中的下丘脑、脑下垂体和生殖腺上转录活跃的每一个基因,得到的庞大的数据集产生了数百个假设,有助于进一步理解压力对生殖机制的影响,从而为数百万有生育问题的人提供基因干预或治疗。

  建立科学物联网

  物联网是智能传感器和执行器的集群,这些分布式的智能设备正在改变我们的生活,也有望改变科研的面貌。

  研究人员已开始在分布式科学物联网(IoST)上开展合作。IoST是一个开放系统,将分布式传感器和执行器连接到强大的机器学习平台,从而促进全球性实验。

  即使是该系统的简化版,也有巨大作用。谷歌发现,其智能手机可从手机加速计和陀螺仪检测到的步态变化中发现帕金森病早期症状。加州大学伯克利分校理论神经科学家薇薇安·明也说,使用智能手机传感器,她的团队能预测双相情感障碍患者的躁狂发作。但现在,很多科学家无法获得这种实验能力。

  试想一下,如果研究人员能访问运行IoST应用的智能手机、智能手表和世界各地实验室的数据;AI系统可挖掘你所在领域已发布研究和数据,等等,将会给科学研究带来多大突破?

  当然,这些大规模分布式系统存在一些可怕的因素,如某些组织是否会对数据进行限制性控制?新平台的研究成果通过传统科学出版商,还是arXiv这样的开放获取平台提供?

  虽然获取渠道和伦理问题必须解决,但转型更加迫切。有些实验室和研究人员已在充分利用这些可能性。建立这些系统,有望使出版更平等、数据可共享、科学更透明。

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