小鼠是科學(xué)實(shí)驗(yàn)室中最為常見(jiàn)的模型。一般情況下，實(shí)驗(yàn)小鼠最終都難逃一死。如今，科學(xué)家開發(fā)了一個(gè)涵蓋10種疾病模型的小鼠基因活動(dòng)的深度數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)可以顯著減少全球小鼠的使用。
該研究發(fā)表在《Nature Communications》雜志上，并可通過(guò)在線應(yīng)用程序獲得。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了超過(guò)4.5萬(wàn)個(gè)基因，還能在患有十種不同疾病的小鼠血液中顯示出每種小鼠基因的活性。
十年坎坷，從過(guò)時(shí)到機(jī)遇
這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目始于2009年開始采樣，并計(jì)劃在2015年通過(guò)微陣列的技術(shù)對(duì)肺和血液樣本中的基因活性進(jìn)行檢測(cè)分析。然而，由于試劑和設(shè)備的原因項(xiàng)目一度陷入了停滯。此時(shí)，正值RNA-Seq技術(shù)上市。這種技術(shù)為量化基因活性提供了一種更好的方法，解決了研究人員苦于尋求其他檢測(cè)方法的困境，數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目也從2016年底開始重新推進(jìn)。至 2018年，該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)擁有了所需的所有測(cè)序數(shù)據(jù)。
在收集了大量的數(shù)據(jù)后，研究團(tuán)隊(duì)在生物信息學(xué)博士后Akul Singhania的帶領(lǐng)下建了一個(gè)個(gè)“模塊”。他們利用先進(jìn)的生物信息學(xué)技術(shù)，將數(shù)千個(gè)基因和數(shù)百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)聚集成一個(gè)可視化形式。此外研究人員還創(chuàng)建了相關(guān)應(yīng)用程序，讓所有人都可以訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)。
基因活動(dòng)與身體免疫反應(yīng)
任何免疫反應(yīng)都涉及數(shù)千個(gè)基因。基因活動(dòng)可以向我們展示身體對(duì)感染和過(guò)敏原的反應(yīng)。而基因需要將其DNA轉(zhuǎn)錄成RNA才能發(fā)揮功能，因此分析RNA可以揭示每個(gè)基因在感染或過(guò)敏原刺激后的活躍程度。在數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目過(guò)程中，研究人員分析了與這些疾病相關(guān)的基因特征，以幫助理解免疫反應(yīng)，并用數(shù)據(jù)庫(kù)模塊代表共同調(diào)節(jié)的基因簇，用以注釋它們的功能和已知的生理作用。
例如，在38個(gè)肺模塊中，有一個(gè)模塊與過(guò)敏有關(guān)，僅在過(guò)敏模型中可見(jiàn)，它包含100多個(gè)基因。另一個(gè)模塊與T細(xì)胞有關(guān)，包含200多個(gè)基因。通過(guò)對(duì)肺組織和血液進(jìn)行測(cè)序，我們可以看到血液中的免疫反應(yīng)如何反映肺部的局部反應(yīng)，反之亦然。
對(duì)于大多數(shù)疾病而言，醫(yī)生實(shí)際上都無(wú)法獲得肺部組織樣本，而這個(gè)方法能夠幫助我們從血液的遺傳學(xué)特征中找到線索。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)，研究人員能夠查找與小鼠肺部和血液感染中的病原共同體相關(guān)的基因活性。像是弓形蟲、流感病毒、呼吸道合胞病毒、白色念珠菌、屋塵螨等。
此外研究人員在肺中發(fā)現(xiàn)了一系列廣泛的免疫反應(yīng)，其中離散的模塊由與I型或II型干擾素、IL-17或過(guò)敏反應(yīng)相關(guān)的基因控制。已知I型干擾素對(duì)病毒的反應(yīng)是釋放，而II型干擾素（IFN-γ）激活吞噬細(xì)胞殺死細(xì)胞內(nèi)病原體，IL-17吸引中性粒細(xì)胞引起早期炎癥性免疫反應(yīng)。有趣的是，干擾素基因特征在血液模塊中與肺相似，但I(xiàn)L-17和過(guò)敏反應(yīng)則不然。
結(jié)語(yǔ)
如果這一應(yīng)用程序能夠得到推廣，那將為無(wú)數(shù)小白鼠帶來(lái)希望，同時(shí)也減少了實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)成本，提高了檢測(cè)的精準(zhǔn)性。
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