必赢官网科学家在细胞层面深度跟踪人类发育

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从胚胎到成年人 科学家在细胞层面深度跟踪人类发育

科学家研发出定向深度测序技术 定向深度测序技术让致病突变无处可逃

图片来源:Jasiek Krzysztofiak/Nature

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这种新技术将能让生物学家提出有关个体之间、器官之间以及随着其年龄增长的谱系树变化的问题。

图片来源:Jasiek Krzysztofiak/Nature

今年8月,美国波士顿儿童医院的科研人员在一项研究中深入检测了临床基因测试无法确认病因的158名脑畸形患者的DNA。在高灵敏度测序的帮助下,研究团队发现了只在每个人很少一部分细胞中发生的8个致病基因突变。对于传统基因诊断测试来说,它们实在是太过于微小。

必赢官网,20世纪80年代初,约翰·萨尔斯顿连续18个月将时间花费在观察蠕虫生长上。他用光学显微镜观察一只秀丽隐杆线虫的胚胎,并且每隔5分钟勾勒观察图,例如一个受精卵分化为两个细胞,然后变为四个、八个,等等。他在英国剑桥医学研究理事会分子生物学实验室的一间小屋内独自安静地工作,尝试通过显微镜的转动解开生物学的魔方。“我发现自己的确很少分心。”这位已经退休的诺贝尔奖获得者一度回忆。

这种新技术将能让生物学家提出有关个体之间、器官之间以及随着其年龄增长的谱系树变化的问题。

这类细胞基因变异又称嵌合突变,存在于每个人的身体中,并且早就为人所熟知。不过现在,基因技术使得“抓获”在少部分细胞中存在的特定突变成为可能。10月,国立卫生研究院将开始评审旨在寻找脑组织中基因变异的基金申请,而这有可能帮助解释一些神经精神病学疾病。同时,随着研究人员发现更多关于嵌合突变的案例,他们正在怀疑到底有多少与基因相关的病因还保持着隐身状态,即使是面对最好的临床测试。

他的数百幅绘图揭示了早期蠕虫发育的严格编排,包括671个细胞的精确诞生以及111个细胞的死亡。每个细胞都可以以一系列不变的步骤被追溯到其直系祖先,然后追溯到其直系祖先的上一代。通过这些绘图和其他资料,萨尔斯顿与合作者绘制了首个且是目前唯一的、完整的多细胞生物细胞谱系树。

20世纪80年代初,约翰:萨尔斯顿连续18个月将时间花费在观察蠕虫生长上。他用光学显微镜观察一只秀丽隐杆线虫的胚胎,并且每隔5分钟勾勒观察图,例如一个受精卵分化为两个细胞,然后变为四个、八个,等等。他在英国剑桥医学研究理事会分子生物学实验室的一间小屋内独自安静地工作,尝试通过显微镜的转动解开生物学的魔方。“我发现自己的确很少分心。”这位已经退休的诺贝尔奖获得者一度回忆。

在过去,基因疾病研究一直关注的是通过生殖细胞系遗传下来的突变,其被看作是身为携带者的父母或卵子和精子形成过程中发生基因错误而留下的“遗产”。一旦胚胎开始发育,每次细胞分裂时基因错误都有可能发生。NIH国家基因组研究所遗传学家Leslie
Biesecker介绍说,由于随后细胞会增殖并扩展它们的突变,因此每个身体都成为一种“微型进化试验场”。拥有特定突变的细胞数量取决于这些突变发生的时间和地点以及其改变细胞功能的方式。很多这样的突变都是良性的,但有些会引发疾病。

现在,生物学家在单细胞层面编辑基因组以及相关测序技术的革命,已经引发了细胞谱系追踪的复兴。相关研究不仅吸引了发育生物学家,还吸引了遗传学家和技术开发者。他们相信了解一个细胞的历史——它来自哪里,甚至是它发生了什么——是生物学的下一个伟大前沿之一。目前的研究结果提供了关于人类如何发育的诱人线索。

他的数百幅绘图揭示了早期蠕虫发育的严格编排,包括671个细胞的精确诞生以及111个(或113个,取决于蠕虫的性别)细胞的死亡。每个细胞都可以以一系列不变的步骤被追溯到其直系祖先,然后追溯到其直系祖先的上一代。通过这些绘图和其他资料,萨尔斯顿与合作者绘制了首个且是目前唯一的、完整的多细胞生物细胞谱系树。

对于引发疾病的嵌合突变的系统寻找才刚刚开始。Biesecker表示,这种现象在有些病例中很明显。例如,对于多发性骨纤维营养不良症,异常细胞会通过一个人皮肤上的斑块或形状表现出来。不过,任何一种基因疾病都可能与嵌合突变有关。研究表明,从多发性骨纤维营养不良症,到血友病和心律失常,嵌合突变会在几十种条件下发生。

细胞的历史均被写在其基因组中:每个被传给其子细胞的获得性突变都会有记录。2005年,以色列魏茨曼科学研究院计算学家Ehud
Shapiro计算出,研究人员可利用每个人体细胞的自然变异拼凑出它们如何被联系在一起。

现在,生物学家在单细胞层面编辑基因组以及相关测序技术的革命,已经引发了细胞谱系追踪的复兴。相关研究不仅吸引了发育生物学家,还吸引了遗传学家和技术开发者。他们相信了解一个细胞的历史——它来自哪里,甚至是它发生了什么——是生物学的下一个伟大前沿之一。目前的研究结果提供了关于人类如何发育的诱人线索。

在一些疾病如唐氏综合征中,相较于影响全身细胞的突变,嵌合突变产生的症状要轻一些。还有一些如大脑过分发育导致的巨脑畸形综合征,胚系突变总是致命的。根据一项最新研究,甚至很少量的变异细胞就足以引发损害人身心健康的症状。

他设想了秀丽隐杆线虫细胞图的一个必然发展结果,并将其称为“人类细胞谱系计划”。但他表示,该领域尚未作好准备。“当我们提出这个设想时,无论是这个研究领域还是单细胞基因组的名字都不存在。”

细胞的历史均被写在其基因组中:每个被传给其子细胞的获得性突变都会有记录。2005年,以色列魏茨曼科学研究院计算学家Ehud
Shapiro计算出,研究人员可利用每个人体细胞的自然变异拼凑出它们如何被联系在一起。

找到这些稀有的突变并非易事。为检测某一特定基因或完整基因组,研究人员通常从大量细胞中提取DNA,然后对其进行多次测序。从这些反复测定的序列中,测序仪基本上会就DNA链上每个碱基的可能身份达成共识。

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