生物工程师开发算法以比较跨物种的细胞 - 以引人注目的结果

细胞分区插图

研究人员创造了一种算法,用于识别物种的类似细胞类型 - 包括鱼,小鼠,扁虫和海绵 - 已经分化了数亿年的数亿年,这可能有助于填补我们对进化的理解中的差距。

细胞是生命的建筑块,在每种生物体中存在。但是你认为你的细胞对鼠标有何相似?一条鱼?蠕虫?

将不同物种的细胞类型与生命树相比可以帮助生物学家了解细胞类型如何出现以及它们如何适应不同生命形式的功能需求。近年来,这对进化生物学家的兴趣越来越令人感兴趣,因为新技术现在允许在整个生物体中排序和识别所有细胞。“科学界基本上是一种浪潮,在斯坦福大学生物工程助理教授的助理教授博王解释说,在各种不同的生物中进行分类。

为了响应这个机会,王的实验室开发了一种算法,将相似的细胞类型与进化距离联系起来。它们的方法,详细介绍于2021年5月4日发布的el,旨在比较不同物种中的细胞类型。

对于他们的研究,团队使用了七种物种来比较了21种不同的配对,并且能够识别所有物种中存在的细胞类型以及它们的相似之处和差异。

比较细胞类型

According to Alexander Tarashansky, a graduate student in bioengineering who works in Wang’s laboratory, the idea to create the algorithm came when Wang walked into the lab one day and asked him if he could analyze cell-type datasets from two different worms the lab studies at the same time.

“我被他们之间的差异如何陷入困境,”Tarashansky表示,塔斯图斯基说,是本文的牵头作者,是一个斯坦福Bio-X跨学科研究员。“我们认为它们应该具有类似的细胞类型,但是当我们尝试使用标准技术分析它们时,该方法不能将它们识别为类似。”

他想知道这是技术的问题,还是如果细胞类型太差异太差,无法跨种类匹配。Tarashansky然后开始在算法上工作,以更好地跨物种匹配细胞类型。

“让我们说我想将海绵与人类进行比较,”Tarashansky说。“它实际上尚不清楚哪个海绵基因对应于哪种人类基因,因为随着生物的发展,基因重复,它们会改变,它们再次复制。所以现在你在海绵中有一个基因,这可能与人类的许多基因有关。“

研究人员的映射方法与以前的数据匹配的方法找到一个单对基因匹配,而不是试图找到一个单对基因匹配,而不是先前的数据匹配方法。与所有可能对应的人类基因相匹配海绵中的一个基因。然后算法继续弄清楚是正确的。

Tarashansky说,试图发现一对一的基因对有限的科学家希望在过去映射细胞类型。“我认为这里的主要创新是,我们考虑了在长期比较数十亿多年进化的过程中改变的功能。”

“我们如何使用不断发展的基因来识别同一细胞类型,这些细胞类型也在不同物种中不断变化?”王说,谁是本文的高级作者。“已经使用基因和有机性特征来了解进化,我认为我们现在正在一个激动人心的转折点来通过查看细胞的发展方式来弥合尺度。”

填写生命之树

使用他们的映射方法,该团队在物种中发现了许多保守的基因和细胞类型家庭。

Tarashansky表示,研究的亮点是它们在两种非常不同的扁平虫之间比较干细胞。

“我们确实在干细胞种群中找到一对一赛的事实非常令人兴奋,”他说。“我认为,基本上解锁了很多关于干细胞如何在寄生虫扁平虫内看待世界各地人民的寄生虫扁平虫的新的和令人兴奋的信息。”

该团队的映射结果还提出了从非常简单的动物类型(例如海绵)的神经元和肌肉细胞特征的强烈守恒,以更复杂的哺乳动物,如小鼠和人类。

“这真的暗示那些细胞类型在动物演变中很早出现,”王说。

现在,该团队已经建立了细胞比较工具,研究人员可以继续收集各种各样的数据进行分析。随着更多物种的数据集被收集并进行比较,生物学家将能够追踪不同生物中细胞类型的轨迹,并且识别新细胞类型的能力将改善。

“如果你只有海绵,然后蠕虫,你缺少一切之间,很难知道海绵细胞类型如何发展或者他们的祖先如何变成海绵和蠕虫,”Tarashansky说。“我们希望沿着生活树填补尽可能多的节点,以便能够促进这种类型的进化分析和跨物种的知识转移。”

参考:“映射整个细胞展示在整个Metazoa unrevels cell类型演进中”亚历山大j tarashansky,jacob m musser,玛格丽塔·khariton,彭阳李,侦察群岛,斯蒂芬·雷克和博王,2021年5月4日,el
DOI:10.7554 / Elife.66747

额外的斯坦福共同作者包括研究生玛格丽塔·卡里顿和彭阳李,斯蒂芬·斯帕克,李奥斯顿生物工程教授和陈·扎克伯格生物汉族禅宗的应用物理和共同主席教授。其他共同作者来自欧洲分子生物学实验室和海德堡大学。yabo124王也是斯坦福Bio-X和吴仔神经科学研究所的成员。Quake也是Bio-X,斯坦福心血管学院,斯坦福癌症研究所和吴仔神经科学研究所的成员。

这项研究由斯坦福生物X,贝克曼年轻调查员奖和国家卫生研究院资助。王某和地震将根据吴尖神经科学院资助的神经常规倡议建立这项工作。

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