小鼠是科學實驗室中最為常見的模型。一般情況下，實驗小鼠最終都難逃一死。如今，科學家開發(fā)了一個涵蓋10種疾病模型的小鼠基因活動的深度數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫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，并可通過在線應用程序獲得。這個數(shù)據(jù)庫涵蓋了超過4.5萬個基因，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，從過時到機遇
這個數(shù)據(jù)庫項目始于2009年開始采樣，并計劃在2015年通過微陣列的技術對肺和血液樣本中的基因活性進行檢測分析。然而，由于試劑和設備的原因項目一度陷入了停滯。此時，正值RNA-Seq技術上市。這種技術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方法的困境，數(shù)據(jù)庫項目也從2016年底開始重新推進。至 2018年，該研究團隊已經(jīng)擁有了所需的所有測序數(shù)據(jù)。
在收集了大量的數(shù)據(jù)后，研究團隊在生物信息學博士后Akul Singhania的帶領下建了一個個“模塊”。他們利用先進的生物信息學技術，將數(shù)千個基因和數(shù)百萬個數(shù)據(jù)點聚集成一個可視化形式。此外研究人員還創(chuàng)建了相關應用程序，讓所有人都可以訪問這些數(shù)據(jù)。
基因活動與身體免疫反應
任何免疫反應都涉及數(shù)千個基因?；蚧顒涌梢韵蛭覀冋故旧眢w對感染和過敏原的反應。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可以揭示每個基因在感染或過敏原刺激后的活躍程度。在數(shù)據(jù)庫項目過程中，研究人員分析了與這些疾病相關的基因特征，以幫助理解免疫反應，并用數(shù)據(jù)庫模塊代表共同調(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個肺模塊中，有一個模塊與過敏有關，僅在過敏模型中可見，它包含100多個基因。另一個模塊與T細胞有關，包含200多個基因。通過對肺組織和血液進行測序，我們可以看到血液中的免疫反應如何反映肺部的局部反應，反之亦然。
對于大多數(shù)疾病而言，醫(yī)生實際上都無法獲得肺部組織樣本，而這個方法能夠幫助我們從血液的遺傳學特征中找到線索。通過數(shù)據(jù)庫，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，其中離散的模塊由與I型或II型干擾素、IL-17或過敏反應相關的基因控制。已知I型干擾素對病毒的反應是釋放，而II型干擾素（IFN-γ）激活吞噬細胞殺死細胞內(nèi)病原體，IL-17吸引中性粒細胞引起早期炎癥性免疫反應。有趣的是，干擾素基因特征在血液模塊中與肺相似，但IL-17和過敏反應則不然。
結(jié)語
如果這一應用程序能夠得到推廣，那將為無數(shù)小白鼠帶來希望，同時也減少了實驗室運營成本，提高了檢測的精準性。
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