雖然近幾十年來，我們對人類細胞和組織的了解穩(wěn)步增加，但許多事情仍然是未知的。例如，細胞以一種短暫的動態(tài)狀態(tài)存在，了解它們是破譯疾病和尋找治療方法的基礎。實驗室研究細胞類型的經(jīng)典技術面臨著局限性，無法實現(xiàn)細胞功能的精細細節(jié)。
為了克服這一障礙，由Holger Heyn領導的西班牙巴塞羅納基因組調控中心(CRG)的國家基因組分析中心(CNAG-CRG)的一組科學家開發(fā)了一種基于數(shù)學圖論的新計算工具，以推斷健康和病理器官的全球大規(guī)模調控網(wǎng)絡，例如那些受糖尿病或阿爾茨海默病影響的器官。研究人員可以識別與器官功能和疾病潛在驅動因素相關的基因。他們將在最新一期的《基因組生物學》雜志上發(fā)表他們的發(fā)現(xiàn)。
“我們之前開發(fā)的單細胞轉錄組學工具對于發(fā)現(xiàn)未知細胞類型非常有用，”CNAG-CRG高級博士后研究員、該研究的第一作者喬瓦尼雅科諾說?！斑@些工具使我們能夠描述具有獨特生物學功能和層次關系的新類型和亞型細胞，”他補充道。
到目前為止，單細胞分析已經(jīng)被用來了解細胞類型及其在組織中的功能。單細胞基因組學團隊負責人霍爾格海恩(Holger Heyn)表示：“像人類細胞圖譜(Human Cell Atlas)項目這樣的大型財團已經(jīng)制作出了整個生物體的單細胞圖譜，這需要復雜的分析策略，才能將大數(shù)據(jù)轉化為破壞性的生物學和臨床見解。CNAG-CRG，本文資深作者。
這個科學團隊開發(fā)的工具現(xiàn)在將使他們走得更遠，看看基因如何相互作用形成組織?！拔覀兊墓ぞ咴噲D精確解決控制細胞形態(tài)和功能的調節(jié)過程，”雅科諾強調。
該工具基于圖論，這是一個抽象的數(shù)學模型，節(jié)點由邊連接。一旦有了圖和結構，就可以衡量每個節(jié)點對網(wǎng)絡的重要性。在這種情況下，每個節(jié)點都是一個基因，重要性被定義為基因的功能是研究中的生物系統(tǒng)的關鍵。
CNAG-CRG研究人員處理了數(shù)千個細胞的數(shù)據(jù)集，以推斷驅動細胞表型形成的調控網(wǎng)絡及其各自的功能。他們用自己的工具研究二型糖尿病病和阿爾茨海默病，可以找出與這些疾病相關的功能變化。重要的是，這為尋找新的藥物靶點打開了大門。
“我們開發(fā)的網(wǎng)絡分析超越了目前應用的方法，我們可以深入了解基因活動如何塑造組織和器官。這對于了解這些被網(wǎng)絡破壞的疾病，找到有效的治療“跟腱”非常重要。海因說。
這個工具可能適用于任何疾病，從阿爾茨海默病到慢性淋巴細胞白血病?！拔覀儗梦覀兊墓ぞ邽樵S多疾病提出新的靶基因，然后可以在進一步的研究中得到驗證?！毖趴浦Z說。
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