Bioinženirji razvijajo algoritme za primerjavo celic med vrstami – z neverjetnimi rezultati

Raziskovalci so ustvarili algoritem za prepoznavanje podobnih vrst celic vrst – vključno z ribami, mišmi, ploskimi črvi in ​​gobami -, ki so bile izolirane že stotine milijonov let in pomagajo zapolniti vrzeli v našem razumevanju evolucije Can.

Celice so gradniki življenja, ki so prisotni v vsakem živem organizmu. Toda kako mislite, da so vaše celice kot miška? riba? Črv?

Primerjava celičnih vrst različnih vrst na drevesu življenja lahko pomaga biologom razumeti, kako so tipi celic nastali in kako so se prilagodili funkcionalnim zahtevam različnih oblik življenja. To je v zadnjih letih vse bolj zanimivo za evolucijske biologe, saj nova tehnologija zdaj omogoča zaporedje in identifikacijo vseh celic v celih organizmih. Bo Wang, docent za področje bioinženiringa na univerzi Stanford, je pojasnil: “V znanstveni skupnosti je v bistvu val razvrščanja vseh vrst celic v najrazličnejše različne organizme.”

V odgovor na to priložnost je Wangov laboratorij razvil algoritem za kombiniranje vrst celic, podobnih evolucijski razdalji. Njegova metoda je podrobno opisana v prispevku, objavljenem 4. maja 2021. ELife, Je namenjen primerjanju vrst celic pri različnih vrstah.

Za svoje raziskave je skupina uporabila sedem vrst za primerjavo 21 različnih parov in lahko prepoznala tipe celic, ki so prisotni pri vseh vrstah, s podobnostmi in razlikami.

Primerjava tipov celic

Po besedah ​​Aleksandra Tarashanskega, podiplomskega študenta bioinženiringa, ki dela v laboratoriju Wanga, se je ideja o ustvarjanju algoritma pojavila, ko je Wang nekega dne vstopil v laboratorij in ga vprašal, ali lahko v laboratorijskih študijah preučuje tipe celic dveh različnih žuželk. Lahko analizira nabor podatkov. Ob istem času.

“Presenečen sem bil nad tem, koliko razlik med njima obstaja,” je dejal Tarshansky, ki je bil glavni avtor časopisa in interdisciplinarni sodelavec Stanforda Bio-X. “Mislili smo, da bi morali imeti podobne vrste celic, a ko jih poskušamo analizirati s standardnimi tehnikami, jih metoda ne prepozna kot enake.”

READ  Skrivnosti vesolja? Raziskovalci iz Jute se pridružijo projektu odkritja uganke "temne energije"

Spraševali so se, ali je to težava s tehniko ali so se vrste celic preveč različne, da bi se lahko ujemale med vrstami. Tarashansky je nato začel delati na algoritmih za boljše ujemanje vrst celic med vrstami.

“Recimo, da želim gobo primerjati s človekom,” je dejal Tarashansky. “Pravzaprav ni jasno, kateri gen gobice se ujema s človeškim genom, saj se med razvojem organizmov geni podvajajo, spreminjajo, podvajajo. In tako imate zdaj v gobici gen, ki je lahko povezan z mnogimi geni pri ljudeh.”

Namesto da bi poskušali najti ujemanje genov ena na ena, kot prejšnje metode za ujemanje podatkov, metoda raziskovanja raziskovalcev ujema vse potencialno povezane človeške gene z enim genom v gobici. Nato algoritem ugotovi, kateri je pravi.

Tarashansky navaja, da obstajajo omejeni znanstveniki, ki poskušajo najti le ena-do-ena genske pare, ki so si v preteklosti želeli preslikati tipe celic. “Mislim, da je tu glavna novost ta, da smo za primerjave na daljavo odgovorni za značilnosti, ki so se skozi stotine milijonov let razvoja spremenile.”

“Kako lahko z nenehno razvijajočimi se geni prepoznamo iste vrste celic, ki se pri različnih vrstah nenehno spreminjajo?” Said Wang, ki je starejši avtor časopisa. “Evolucija je bila razumljena z uporabo genov in lastnosti organizma. Mislim, da smo zdaj na vznemirljivem koraku, da premostimo tehtnico s pogledom na razvoj celic.”

Polnjenje drevesa življenja

Z uporabo njihovega pristopa k kartiranju je skupina odkrila več ohranjenih družin genskih in celičnih vrst v tej vrsti.

Tarashansky je dejal, da je bil eden od vrhuncev raziskave primerjava izvornih celic med dvema različnima ploščatima črvoma.

“Dejstvo, da smo v njihovi populaciji matičnih celic dobili ena na ena tekmo, je bilo res vznemirljivo,” je dejal. “Mislim, da je v bistvu odkrito veliko novih in razburljivih informacij o tem, kako matične celice izgledajo znotraj parazitskega ploskovca, ki okuži stotine milijonov ljudi po vsem svetu.”

READ  Redka modra luna bo na nebo prinesla noč čarovnic 2020

Rezultati kartiranja ekipe tudi kažejo, da obstaja močna zaščita značilnosti nevronov in mišičnih celic pred bolj zapletenimi sesalci, kot je zelo preprost živalski tip, kot so gobice, miši in ljudje.

“Dejansko predlaga tipe celic, ki so se rodile že zdavnaj v razvoju živali,” je dejal Wang.

Zdaj, ko je skupina ustvarila orodje za primerjavo celic, lahko raziskovalci še naprej zbirajo podatke o različnih vrstah vrst za analizo. Ko bo zbranih in primerjanih več naborov podatkov več vrst, bodo lahko biologi izsledili poti celičnih vrst v različnih organizmih in izboljšali sposobnost prepoznavanja novih celičnih vrst.

“Če imate samo gobice in nato žuželke in izgubite vse vmes, je težko vedeti, kako so se razvili tipi gobastih celic ali kako so se njihovi predniki razpršili v gobice in črve,” je dejal Taršanski. “Vse več vozlišč želimo zapolniti z drevesom življenja, da bomo lahko olajšali tovrstne evolucijske analize in prenos znanja med vrstami.”

Literatura: “Preslikava enoceličnega atlasa v metazojih razkriva evolucijo celičnega tipa” avtorjev Alexander J. Tarshansky, Jacob M. Musser, Margarita Kharitan, Pengyang Li, Detlev Arendt, Stephen R. Quake in Bo Wang, 4. maja 2021, ELife.
DOI: 10.7554 / eLife.66747

Med dodatnimi soavtorji Stanforda sta podiplomska študenta Margarita Kharitan in Pengyang Li ter Stephen Quake, Lee Otterson, profesor bioinženiringa in profesor uporabne fizike ter sopredsednik Chan Zuckerberg Biohub. Drugi soavtorji so iz Evropskega laboratorija za molekularno biologijo in Univerze Heidelberg. Wang je tudi član Stanford Bio-X in Wu Tsai Neurosciences Institute. Quake je tudi član Bio-X, Stanfordskega kardiovaskularnega inštituta, Stanfordskega inštituta za rak in Inštituta za nevroznanost Wu Tsai.

Raziskavo sta financirala Stanford Bio-X, nagrada Beckman Young Investigator Award in Nacionalni inštitut za zdravje. Wang in Quake bosta to delo nadaljevala v okviru pobude Neuro-Omics, ki jo financira Inštitut za nevroznanosti Wu Tsai.

READ  Hubblov vesoljski teleskop presenečen pogled na Eter "Izgubljena galaksija"

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x