华大等机构绘制全球首个非人灵长类动物全细胞“地图”,为人类疾病研究提供底层工具

现在,请容许小编给你介绍一张神奇的地图。

 

医生有了它,在检查新冠肺炎确诊患者肺部情况的时候,可能也会根据地图的指引去检查肾脏、肝脏和胆囊,因为地图显示这几个器官也可能受感染。

 

药厂有了它,可以精准地挑选靶向细胞进行药物实验,大大缩短药物筛选的时间。

 

科研人员有了它,就像有了一张探索身体密码的地图,地图上的标注不是省市,而是不同种类的细胞。

 

这张地图,就是华大联合国内外科研机构绘制的全球首个非人灵长类动物全细胞图谱,于北京时间4月13日晚,发表于国际顶级学术期刊《自然》(Nature

 
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Nature官网截图

 

没错,就是下面这张集美貌与能力于一身的“地图”。

 
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这张神奇的“地图”将被用于物种进化、人类疾病以及药物评价和筛选相关的研究,为生物医学的发展提供一个基础性的资源和工具,为疾病诊疗、靶向药物开发提供助力,为人类更好地探究生命的进化提供可能。

 

为了绘制这张“地图”,研究人员基于华大自主开发的单细胞建库和测序平台对猕猴的45个组织或器官的约114万个细胞进行单细胞测序分析,“地图”上的113种颜色代表着113种细胞。

 

这是世界上首个非人灵长类动物全身器官细胞图谱。研究人员还据此搭建了非人灵长类动物百万单细胞交互式资源网站。

 
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非人灵长类动物百万单细胞交互式资源网站截图

 

21世纪初,人类基因组草图的问世为生命科学的研究谱写了一本生命“天书”,为生命的数字化提供了基础。

 

然而,遗传信息是由细胞携带的,但是目前,人类对自身细胞的认识还很有限,全面解码细胞的数字化特征将推动生命科学的研究,为生物医学的发展提供基础性的资源和工具。

 

为此,研究人员将目光投向了非人灵长类中和人的基因相似度高达93%的猕猴,绘制了一张猕猴的全身器官的细胞“地图”。

 

“非人灵长类动物相比其他模式动物,在人类疾病特别是认知和神经系统疾病研究中具有显著优势,” 论文的共同通讯作者之一、深圳华大生命科学研究院刘龙奇表示,“猕猴全细胞图谱将为人类疾病机制和临床前研究提供丰富的信息,开拓新的视野。

 

有了这张‘地图’就相当于有了一个探索生命细胞分辨率的高精度仪器,可以‘看到’每个器官都有哪些细胞,还可以精细到每个细胞里具体的分子特征及与其他细胞的互作关系。”论文的第一作者、深圳华大生命科学研究院韩磊博士介绍说,“这为我们更好地认识生命的基本结构,探究疾病和细胞的关系打下了基础,也为疾病的精准治疗提供了新的方向。”

 
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在本研究中,研究人员找到了各个组织的共有细胞类型及其“特有标签”(特异性标记基因),并发现了多种存在于各个组织中的具有分化潜能的细胞,这类细胞或许可以为之后各类器官损伤修复提供细胞来源,也为哺乳动物组织再生研究提供新的思路。

 

另外,基于这张“地图”,研究人员还构建了包含新冠、乙肝、狂犬病毒等126种病毒易感细胞类型的病毒数据库,这就像一本“病毒字典”,通过它可以快速查询病毒最有可能侵染的细胞类型,同时看到该细胞类型可能分布的器官。

 

有了它,医生在检查新冠肺炎确诊患者肺部情况的时候,也会同步检查肾脏、肝脏和胆囊。因为字典里提到,这几个器官同样分布有新冠病毒可能感染的细胞。

 

研究人员也可以输入特定疾病的致病基因或相关的遗传位点来查询该疾病可能的治病细胞类型,这为预防和治疗病毒性传染病和遗传疾病提供数据支持,为疾病的临床诊断和治疗指明方向。

 

细胞“地图”或许还可以帮助缩短药物研发周期。

 

众所周知,药物研发花费巨大,耗时长。

 

其中的第一步就是要从成千上万种药物中筛选出几种相对有效的药物,需要消耗非常长的时间,且研究人员无法对每一种药物都进行动物试验。

 

那怎么办呢?通过细胞“地图”,研究人员就可以针对靶向的细胞,检测该细胞对于这些药物的反应,从而快速选出几种有效的药物,再进行动物试验。

 

这将大大缩短大规模药物筛选的时间,有助于靶向药的研发和精准治疗。

 

当然,这个神奇“地图”的绘制,离不开单细胞测序技术的进步和测序成本的下降。

 

在过去,要绘制这样一张“地图”,需要大量的时间及高昂的实验成本。

 

而如今,基于华大自主开发的单细胞建库平台(DNBelab C4)和DNBSEQ测序技术,世界各地的领域专家及科研工作者可以以低成本、高通量、高灵敏度和准确性的方法进行大规模的单细胞测序分析,为整个生命科学领域提供了一系列宝贵的数据资源。

 

大规模细胞图谱的绘制工作,对于我们理解器官结构组成、胚胎发育和衰老、人类疾病及生命演化等都具有重要的意义。

 

未来我们还将开发更高通量的单细胞技术以及具备空间分辨率的多组学技术,为全面构建生命单细胞分辨率的时空图谱提供重要工具。”论文的共同通讯作者之一、深圳华大生命科学研究院院长徐讯表示,“同时细胞图谱数据正在迅速增长,其中蕴含巨大的信息量,这些数据解读和挖掘工作需要全球科学家的共同协作和努力。”

 

本研究由深圳华大生命科学研究院联合北京华大生命科学研究院、深圳国家基因库、吉林大学、中国科学院广州生物医药与健康研究院、瑞典卡罗林斯卡医学院、英国剑桥大学、西班牙ICREA研究所、新加坡ASTAR等来自6个国家的35个科研团队共同参与完成。韩磊、魏小雨、刘传宇、庄镇堃、邹轩轩、王智锋和Giacomo Volpe为该论文的共同第一作者,刘龙奇、徐讯、侯勇和Miguel A. Esteban为论文的共同通讯作者。本研究已通过伦理审查,严格遵循相应法规和伦理准则。

 

本文转载自公众号:华大BGI

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