Pioneer of Human Cell Atlas توضیح می دهد که چرا این یک نقطه عطف است



جیدر زیر پوست شما، دنیاهای آبی کاملی نهفته است، جایی که تریلیون ها سلول جرقه می زنند، می زنند، می چرخند و ترشح می کنند، و همه وظایف پیچیده زنده نگه داشتن شما را انجام می دهند. همه آنها کد ژنتیکی یکسانی دارند. اما کاری که آنها با آن انجام می دهند تفاوت بین یک نورون و یک فیبر عضلانی در حال انقباض است.

از حدود یک دهه پیش، گروهی از دانشمندان با استفاده از یک فناوری جدید قدرتمند به نام توالی یابی RNA تک سلولی، شروع به سرشماری سلولی از هر بافت بدن انسان کردند تا بفهمند واقعاً چه سلول هایی در آنجا زندگی می کنند. این نشان می دهد که سلول از کدام بخش از ژنوم برای انجام وظیفه منحصر به فرد خود استفاده می کند. این تلاش مشترک بین‌المللی که اطلس سلول انسانی نامیده می‌شود، از آن زمان به بعد رشد کرده و بیش از 2000 محقق از 83 کشور را شامل می‌شود. و روز پنجشنبه، آنها یک شاهکار بزرگ را گزارش کردند: ایجاد نقشه های دقیق از بیش از یک میلیون سلول در 33 اندام.

اطلس های بافت شاخص در چهار مطالعه در Science منتشر شد. سارا تیچمن، رئیس ژنتیک سلولی در موسسه ولکام سانگر و رئیس مشترک اطلس سلول های انسانی، روز سه شنبه به خبرنگاران گفت: «می توانید آن را به عنوان نقشه گوگل از بدن انسان در نظر بگیرید.

تبلیغات

در یک مطالعه، تیم او RNA را از 330000 سلول ایمنی منفرد از سراسر بدن بزرگسالان توالی‌یابی کرد و در مطالعه دیگر، آنها توسعه سلول‌های ایمنی در بافت‌های دوران بارداری را فهرست‌بندی کردند. آن ها دریافتند که با رشد سلول های T مبارزه کننده با عفونت، از صحبت کردن با یکدیگر به همان اندازه که از بافت های والدین خود یاد می گیرند. رمزگشایی این کد مولکولی می تواند به محققان اجازه دهد تا سلول های T را برای انجام کارهایی مانند مبارزه با سرطان بهتر مهندسی کنند. Teichmann گفت: “این بینش پیامدهایی برای درمان هایی دارد که پاسخ ایمنی را برای مبارزه با بیماری تقویت یا سرکوب می کند و برای طراحی واکسن ها.”

مقاله سوم به رهبری Aviv Regev، یکی از پیشگامان توالی‌یابی تک سلولی که اکنون تحقیق و توسعه را در Genentech رهبری می‌کند، توضیح داد که چگونه محققان موسسه Broad یک اطلس بافت متقابل از 200000 سلول از بافت‌های منجمد ایجاد کردند. آنها با استفاده از یادگیری ماشینی، اطلس را برای شناسایی انواع سلول های مرتبط با 8000 بیماری ژنتیکی اسکن کردند. رگو به خبرنگاران گفت: “ما امیدواریم که با استفاده از نقشه هایی از این دست، بهتر بتوانیم مکان دقیقی را در بدن که در آن بیماری ایجاد می شود، درک کنیم.” “این به ما امکان می دهد تا تشخیص دقیق تر و درمان های جدید ایجاد کنیم.”

تبلیغات

استفان کویک، رئیس شبکه بیهاب چان زاکربرگ و یکی از اعضای کمیته سازماندهی اطلس سلول انسانی، به‌روزرسانی کنسرسیوم Tabula Sapiens را ارائه کرد، که برخلاف بسیاری از تلاش‌های دیگر، دنباله‌هایی را از سلول‌های یک اهداکننده جمع‌آوری می‌کند. تا کنون، تصویری از نزدیک به 500000 سلول از 24 اندام 15 فرد اخیراً فوت شده ارائه کرده است.

STAT با Quake در مورد نقطه عطف علمی و آنچه در آینده خواهد آمد صحبت کرد. گزیده‌هایی از گفتگو در زیر آمده است که برای وضوح کمی ویرایش شده است.

این کنسرسیوم اکنون بیش از یک میلیون سلول منفرد را در 33 اندام نقشه برداری کرده است، که یک شاهکار مهم، اولین پیش نویس، اگر بخواهید، از اطلس سلول های انسانی است. چه احساسی دارید؟

این یک لحظه بزرگ است. در حدود سال‌های 2011، 2012، چهار یا پنج نفر در گوشه و کنار جهان بودند که می‌گفتند ما باید یک اطلس سلولی کل ارگانیسم بسازیم. بنابراین خیلی خوب است که ببینیم همه اینها به نتیجه رسیده است. اما بله، این کاملاً یک پیش نویس اولیه است. به این ترتیب، شباهت خوبی با پروژه ژنوم انسانی وجود دارد.

زمانی که اولین ژنوم انسان منتشر شد، یک پیش نویس ژنوم بود. انواع شکاف ها و چیزهایی وجود نداشت، اما با این وجود فوق العاده مفید بود. اکنون، 20 سال بعد، ما شاهد اولین ژنوم انسان از تلومر به تلومر هستیم که ارزش افزوده دارد. و من در مورد این اطلس های سلولی به همین صورت فکر می کنم. اینها پیش نویس هستند. ما نمی‌گوییم که هر نوع سلولی یا حتی هر بافتی را در بدن انسان پیدا کرده‌ایم، اما پسر، این بسیار مفید خواهد بود.

محققان چگونه شروع به استفاده از آنها می کنند؟

من یک همکار دارم که می خواهد از آن برای مطالعه سرطان مغز استفاده کند. او در حال یافتن اهداف دارویی بالقوه بود و می خواست به دنبال سمیت پیش بینی نشده در جای دیگری از بدن باشد. و من فکر می کنم افراد زیادی این رویکرد را انجام داده اند. آنها یک هدف دارویی مورد علاقه برای یک بیماری دارند و می‌خواهند بدانند آن پروتئین در کجای دیگر بیان می‌شود – چه نوع سلولی، چه بافت‌های دیگری – زیرا ساختن دارویی بر علیه آن هدف می‌تواند بر بافت‌های دیگر غیر از آنچه می‌خواهید تأثیر بگذارد.

نمونه خوب دیگر مقاله ای است که قبلاً توسط یکی از شاگردان من، سواحن وورپریان، منتشر شده است، جایی که او از اطلس برای درک چیزی در مورد بیوپسی مایع استفاده کرد. او متوجه شد که می تواند از Tabula Sapiens برای تجزیه رونوشت بدون سلول و انواع سلول های منشا استفاده کند. و این علاقه زیادی را در جامعه تشخیصی ایجاد کرده است.

با این ایده می‌توانید به علائم بیماری که از RNA در گردش در خون فرد می‌آید نگاه کنید و آن را به سلول‌های خاصی که این اختلال در آن رخ می‌دهد، ردیابی کنید؟

درسته دقیقا

کنسرسیوم Human Cell Atlas نوعی رویکرد یک بافت در یک زمان را در پیش گرفته است و گروه‌های تحقیقاتی مختلف بر روی بافت تخصص خود کار می‌کنند. Tabula Sapiens چگونه متفاوت است؟

چیزی که ما به جدول آورده ایم این بود که چگونه این آزمایشات چند اندام را انجام دهیم. که در نوع خود یک همکاری بزرگ بوده است. می دانید که ایده گرفتن همه این اعضا از یک اهدا کننده قبلاً انجام نشده بود. و چون اینها اهداکنندگان زنده هستند، ما واقعاً باید همه را به آنجا برسانیم، زیرا این افراد تحت عمل جراحی قرار می گیرند. [The Tabula Sapiens project worked with an organ procurement organization to preserve tissues while surgeons were harvesting organs for donation.] و این یک چالش بزرگ مدیریتی است. این برای من شخصاً یک آسانسور بزرگ بود زیرا همیشه یک آزمایشگاه کوچک را اداره می کردم. من باید یاد می گرفتم که چگونه Big Science را انجام دهم.

اما یکی از مزیت‌های بزرگ نگاه کردن به بافت‌ها از یک فرد این است که می‌توانید انواع چیزهایی مانند زمینه ژنتیکی، اثرات اپی ژنتیکی، قرار گرفتن در معرض محیط را کنترل کنید. این به ما اجازه داد کارهایی مانند مطالعه اسپلایسینگ را انجام دهیم. هر ژن دارای قطعات مختلفی است که بسته به اینکه از کدام قطعه استفاده می شود، می توان آنها را به داخل یا خارج کرد. چیزی که به خوبی شناخته نشده است این است که آیا اتصال به نوع سلول بستگی دارد یا خیر. و ما توانستیم آن را در اینجا ترسیم کنیم تا تغییرات بسیار جالبی در استفاده از اسپلایس بر اساس نوع سلول پیدا کنیم و یک دسته کامل از اتصالات جدید را کشف کردیم که قبلاً هرگز دیده نشده بودند.

اطلس سلول انسانی جانشین پروژه ژنوم انسانی است که قبلاً به آن اشاره کردید. به نظر شما از چه جهاتی آن را به‌عنوان پیشبرد سنت علم بزرگ آن‌گونه که در آن دوران تعریف شده بود، می‌دانید و از چه جهاتی میراث جدیدی را ترسیم می‌کند؟

قطعاً برخی از جنبه های علم بزرگ را به اشتراک می گذارد. این امر مستلزم هماهنگی زیادی بین گروه های زیادی، افراد زیادی در سراسر جهان است. و مشکلی را به وجود می‌آورد که واقعاً غیر از این نمی‌توانست انجام شود، زیرا ما به آن همه تخصص و مشارکت‌های متنوع نیاز داریم. اما از چند جهت نیز متفاوت است.

بیشتر دانشگاهی است. پروژه ژنوم انسان به نوعی سختگیرانه معروف بود.

به چه چیزی اعتبار می دهید؟

احتمالاً تابعی از شخصیت هاست. پروژه ژنوم دارای شخصیت های بزرگی بود که واقعاً با هم هماهنگ نبودند. آویو و سارا، روسای مشترک این پروژه، و من رابطه بسیار بهتری داریم. همچنین در این مورد هیچ تلاش خصوصی وجود ندارد، بنابراین یک رقابت عمومی-خصوصی در جریان نیست.

تفاوت دیگر هزینه است. اولین ژنوم انسان 3 میلیارد دلار هزینه داشت. ما از نظر استراتژیک تصمیم گرفتیم که صبر کنیم تا فناوری ها کمی مقرون به صرفه تر شوند. اگر پروژه ژنوم حتی پنج سال هم صبر می کرد، بسیار ارزان تر بود. من با کریگ ونتر صحبت کرده ام [who led the private effort to sequence the human genome] در این مورد، و از او پرسیدم که آیا ارزشش را دارد که زودتر این کار را انجام دهم؟ “اوه قطعا ارزشش را داشت. ما خیلی چیزها یاد گرفتیم،” او به من گفت. من مطمئن نیستم که با این ارزیابی موافق باشم. اما تیم‌های Human Cell Atlas همگی در مورد انجام این کار زمانی که ما احساس کردیم که هزینه و فایده مناسب است، یکسان بوده‌اند.

و این مهم است زیرا من فکر می کنم کاری که ما می خواهیم انجام دهیم بسیار دشوارتر از تعیین توالی یک ژنوم است. و دلیل آن تعیین توالی یک ژنوم این مشکل شیمیایی فوق العاده خوب تعریف شده است. در اینجا یک لوله آزمایش با برخی مواد شیمیایی در آن وجود دارد. به من بگویید مواد شیمیایی چیست – این ماده شیمیایی مولکول DNA است. در حالی که درک ماهیت این سلول ها بسیار پیچیده تر است. این یک مشکل شیمیایی نیست، یک مشکل بیولوژیکی است. و انتزاع آن با یک اندازه گیری ساده دشوارتر است.

زیرا کاری که شما واقعاً انجام می دهید، تعریف مجدد پارامترهای معنای این نوع سلول یا آن نوع سلول است. مهم نیست که یک سلول چگونه به نظر می رسد یا کجا زندگی می کند، بلکه این برنامه های ژنی است که هر کدام در حال اجرا هستند. بنابراین، چگونه تصمیم می گیرید که تا چه حد به پایین بیایید – کجا این برش ها را ایجاد می کنید؟

این سؤال بسیار خوبی است، و سؤالی که برای مدت طولانی باز است. تفاوت بین حالت سلولی و هویت سلولی چیست؟ از دیدگاه من، فکر نمی‌کنم هنوز یک سوال حل شده باشد. جامعه هنوز با آن دست و پنجه نرم می کند. ما هنوز در حال بررسی ماهیت اساسی این اشیاء هستیم.