Bioinženieri izstrādā algoritmu šūnu salīdzināšanai starp sugām – ar pārsteidzošiem rezultātiem

Pētnieki ir izveidojuši algoritmu, lai identificētu līdzīgus šūnu veidus no sugām – tostarp zivīm, pelēm, plakanajiem tārpiem un sūkļiem -, kas ir atšķīrušies simtiem miljonu gadu, un tas varētu palīdzēt novērst nepilnības mūsu izpratnē par evolūciju.

Šūnas ir dzīves pamatelementi, un tās ir katrā dzīvā būtnē. Bet cik, jūsuprāt, jūsu šūnas ir līdzīgas pelei? Zivis? tārps?

Salīdzinot dažādu veidu šūnu tipus visā dzīves kokā, biologi var palīdzēt saprast, kā šūnu veidi ir radušies un kā viņi ir pielāgojušies dažādu dzīvības formu funkcionālajām vajadzībām. Pēdējos gados par to ir pieaugusi interese par evolucionārajiem biologiem, jo ​​jaunā tehnoloģija tagad ļauj sekvencēt un identificēt visas šūnas visās dzīvajās būtnēs. “Zinātniskajā aprindās būtībā ir vilnis visu veidu šūnu klasificēšanai dažādos organismos,” paskaidroja Bo Vangs, Stenfordas universitātes bioinženierijas docents.

Reaģējot uz šo iespēju, Vangas laboratorija izstrādāja algoritmu, lai līdzīgus šūnu tipus savienotu evolūcijas attālumā. Viņu metode, kas sīki izklāstīta dokumentā, kas publicēts 2021. gada 4. maijā plkst eLife, Ir paredzēts dažādu veidu šūnu tipu salīdzināšanai.

Pētījumos komanda izmantoja septiņus veidus, lai salīdzinātu 21 dažādu pāri, un varēja identificēt visās sugās sastopamos šūnu veidus, kā arī to līdzības un atšķirības.

Salīdziniet šūnu veidus

Pēc Aleksandra Tarašanska, bioinženierijas maģistranta, kas strādā Vangas laboratorijā, ideja izveidot algoritmu radās, kad Vangs kādu dienu ienāca laboratorijā un jautāja, vai viņš varētu analizēt divu veidu tārpu šūnu tipa datu kopas, uz kurām tika veikti laboratorijas pētījumi. Tajā pašā laikā.

“Es biju pārsteigts, cik acīmredzamas atšķirības starp tām bija,” sacīja Tarašanskis, kurš bija raksta vadošais autors un starpdisciplinārs kolēģis Stanford Bio-X. Mēs domājām, ka tiem vajadzētu būt līdzīgiem šūnu tipiem, taču, mēģinot tos analizēt, izmantojot standarta metodes, metode tos neatpazīst, jo tie ir vienādi. “

READ  Tagad, visticamāk, Starliner atlaidīs savu apkalpi tikai 2022. gada sākumā

Viņš domāja, vai tā ir problēma ar tehnoloģiju, vai šūnu veidi ir pārāk atšķirīgi, lai tos varētu saskaņot dažādās sugās. Tad Tarašanskis sāka strādāt pie algoritma, lai labāk saskaņotu šūnu tipus dažādās sugās.

“Pieņemsim, ka es gribu salīdzināt sūkli ar cilvēku,” sacīja Tarašanskis. “Nav īsti skaidrs, kurš no sūkļa gēniem atbilst jebkuram cilvēka gēnam, jo ​​līdz ar organismu evolūciju gēni vairojas, mainās un atkārtojas vēlreiz. Tagad jums sūknī ir viens gēns, kas, iespējams, ir saistīts ar daudziem cilvēka gēniem. “

Tā vietā, lai mēģinātu atrast viens pret vienu ģenētisko atbilstību, piemēram, iepriekšējās datu saskaņošanas metodes, pētnieku kartēšanas metode saskaņo vienu sūkļa sūkņa gēnu ar visiem iespējamiem atbilstošajiem cilvēka gēniem. Tad algoritms turpina redzēt, kurš ir pareizais.

Tarašanskis saka, ka mēģinājums atrast tikai atsevišķus gēnu pārus ir ierobežojis zinātnieku skaitu, kuri agrāk meklēja šūnu tipu karti. “Es domāju, ka galvenais jauninājums šeit ir tas, ka mēs tālejošos salīdzinājumos ņemam vērā pazīmes, kas ir mainījušās simtiem miljonu gadu evolūcijas laikā.”

“Kā mēs varam izmantot arvien jaunākos gēnus, lai atpazītu tāda paša veida šūnas, kas pastāvīgi mainās arī dažādās sugās?” Teica Vangs, pirmais raksta autors. “Evolūcija ir saprasta, izmantojot gēnus un organiskās īpašības, es domāju, ka tagad mēs esam aizraujošā pagrieziena punktā, lai izveidotu mērogu, aplūkojot, kā šūnas attīstās.”

Piepildiet dzīves koku

Izmantojot kartēšanas pieeju, komanda atklāja vairākus konservētus gēnus un šūnu tipu ģimenes dažādās sugās.

Tarašanskis teica, ka pētījuma galvenā uzmanība tika pievērsta tam, kad viņi salīdzināja cilmes šūnas starp diviem ļoti atšķirīgiem tārpiem.

“Fakts, ka cilmes šūnu grupās atradām” viens pret vienu “, bija patiešām aizraujoši,” viņš teica. “Es domāju, ka būtībā tas ir pavēris daudz jaunas un aizraujošas informācijas par to, kā cilmes šūnas parādās parazitārā plakanā tārpa iekšienē, kas inficē simtiem miljonu cilvēku visā pasaulē.”

READ  Latvija Saimaa izturējusi universitātes vadības reformu pēc 271 priekšlikuma izskatīšanas - Baltic News Network

Komandas kartēšanas rezultāti arī norāda, ka neironu un muskuļu šūnu īpašības tiek stingri aizsargātas no ļoti vienkāršām dzīvnieku sugām, piemēram, sūkļiem, līdz sarežģītākiem zīdītājiem, piemēram, pelēm un cilvēkiem.

Vanga teica: “Tas patiešām norāda, ka šāda veida šūnas radās ļoti agri dzīvnieku evolūcijas laikā.”

Tagad, kad komanda ir izveidojusi šūnu salīdzināšanas rīku, pētnieki var turpināt apkopot datus par dažādām sugām analīzei. Apkopojot un salīdzinot vairāk datu kopas no vairākām sugām, biologi varēs izsekot šūnu tipu ceļu dažādos organismos un uzlabosies spēja atpazīt jaunus šūnu tipus.

“Ja jums bija tikai sūkļi un pēc tam tārpi, un jūs pazaudējāt visu starplaikos,” sacīja Tarašanskis, “ir grūti zināt, kā attīstījās sūkļveida šūnu veidi vai kā viņu senči dažādojās sūkļos un tārpos.” “Mēs vēlamies aizpildīt pēc iespējas vairāk mezglu gar dzīves koku, lai mēs varētu atvieglot šāda veida evolūcijas analīzi un nodot zināšanas starp sugām.”

Atsauce: “Vienšūnu atlantu kartēšana visā metazoā atklāj šūnu tipa evolūciju”. Iesūtījuši Aleksandrs J. Tarašanskis, Jēkabs M. Mosers, Margarita Hariton, Penjjangs Lī, Detļevs Ārents, Stefens R. Kveiks, Bo Vanga, 2021. gada 4. maijs, eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.66747

Starp citiem Stenfordas līdzautoriem ir maģistranti Margarita Khariton, Bingyang Lee un Stephen Kwik, bioinženierijas profesors Lee Otterson un lietišķās fizikas profesors un Chan Zuckerberg Biohub līdzpriekšsēdētājs. Pārējie līdzautori ir no Eiropas Molekulārās bioloģijas laboratorijas un Heidelbergas universitātes. Vanga ir arī Stanford Bio-X un Wu Cai neirozinātņu institūta locekle. Kviks ir Bio-X, Stenfordas Sirds un asinsvadu institūta, Stenfordas vēža institūta un Vu Tsai neirozinātņu institūta loceklis.

Šo pētījumu finansēja Stanforda Bio-X, Bekmena jaunā pētnieka balva un Nacionālie veselības institūti. Vangs un Kviks balstīsies uz šo darbu kā daļa no Neiro-Omics iniciatīvas, ko finansē Wu Tsai neirozinātņu institūts.

READ  Konča čaula atrasta Francijas muzejā 17 000 gadus vecai vējdzirnavai Francija

Angelica Johnson

"Tīmekļa praktizētājs. Sašutinoši pazemīgs ēdiena entuziasts. Lepns twitter advokāts. Pētnieks."

Atbildēt

Jūsu e-pasta adrese netiks publicēta. Obligātie lauki ir atzīmēti kā *

Back to top