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韩娱再起 都市玄修 中国构建首个人类细胞图谱基本框架,“80后”浙大学者领衔阮梦玲 席娟作品集 呢喃作品集

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发表于 2020-3-27 05:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
这是写在帖子头部的内容细胞是生命的底子单元。由六国科学家加入的人类基因组筹划(HGP)完成以后,我们初步把握了遗传“密码本”,但时至本日,人类尚未能一窥自己的细胞图谱。近年来,单细胞测序等新技术的出现,让科学家对细胞的观察进入空前未有的精度。
北京时候时候3月26日破晓,浙江大学医学院干细胞与再生医学中心郭国骥团队与浙江大学从属医院张丹团队、王伟林团队、陈江华团队、梁廷波团队和黄河团队等团结在顶级学术期刊《自然》(Nature)颁发研讨成果“Construction of a Human Cell Landscape at Single-cell Level”。
他们对60种人体机关样品和7种细胞培养样品举行了Microwell-seq高通量单细胞测序分析,系统性地绘制了超出胚胎和成年两个期间,涵盖八大要系的人类细胞图谱。该图谱终极的使命是完全改良人们对疾病的明白、诊断和治疗。
值得留意的是,该成果是以“加速评审文章”(Accelerated Article Preview)的形式上线,表示的投稿乐成时候为2018年10月23日,吸收时候为当地时候3月12日。该论文的第一作者包含浙江大学医学院韩晓平副教授、17级硕士生周子茗、19级博士生费丽江、17级直博生孙慧宇、18级博士生汪仁英、16级直博生陈瑶、博士后陈海德和王晶晶。通讯作者为郭国骥和韩晓平。
郭国骥在继续澎湃消息记者(www.thepaper.cn)采访时表现,“该工作是人类细胞图谱筹划里很是严重的阶段性成果,构建了人类细胞图谱的底子框架,对未来图谱的进一步美满具有指导性意义!彼碧岬,“该成果由中国人先完成也表现了我国在关连范围的气力!
人类细胞图谱(Human Cell Atlas)是生命科学范围近年来兴起的国际大科学筹划!熬迷独此,人类细胞图谱筹划旨在描摹人体中每个细胞(约37万亿个)的具体特征,出现不同典范细胞在人体机关的3D结构,勾画全数人体系统的相互联系,展现图谱变化与健康和疾病的关系。人类细胞图谱筹划将完全改良人们对疾病的明白、诊断和治疗!惫鞅硐。
这项大科学筹划也被以为堪比人类基因组筹划,该筹划提出之初严重由英美科学家主导。2017年10月,美国麻省理工学院-哈佛大学博德研讨所(Broad Institute of MIT and Harvard)的盘算生物学家Aviv Regev、英国威康信任桑格研讨所细胞遗传学负责人(Wellcome Trust Sanger Institute)Sarah A. Teichmann在论文预印本平台bioRxiv颁发了一篇文章,文章题目即为“The Human Cell Atlas”,系统论述了HCA的意义、方针、使命和尝试途径。而在公然颁发该文章的近一年之前,Regev等人在英国伦敦召开了一次关于该筹划的会议。
现年37岁的郭国骥为浙江大学医学院干细胞与再生医学中心教授、博士生导师,浙江大学从属第一医院双聘教授,浙江大学医学院干细胞与再生医学中心副主任,浙江大学血液学研讨所副所长。
他于2005年本科结业于武汉大学,2010年结业于新加坡国立大学获得理学博士学位。以后赴美国哈佛大学医学院处置博士后研讨工作,2014年入职浙江大学医学院。
2017年获“国家杰出青年基金”,2019年入选“万人筹划”科技创新领军人才,曾获“树兰医学青年奖”,“霍英东青年教师奖”,“细胞生物学会青年科学家奖”等声誉。
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郭国骥
郭国骥是该范围的“宿将”,也是一匹“黑马”。早在新加坡国立大学读博时代,郭国骥就进入了单细胞组学范围,其不停努力于单细胞分析技术的开辟与利用。就在归国3年多以后,其带领团队在国际顶级学术期刊《细胞》(Cell)颁发了让国际科学界意想不到的一项成果,构建了首张哺乳动物细胞图谱,在举世合作剧烈的情势下抢下一棒。这项成果让中国在高通量单细胞测序范围由几乎空缺走向了“全国初创”。
郭国骥表现,“我们团队已经颁发首张小鼠细胞图谱,并对哺乳动物的机关结构和细胞典范有了较深入的熟悉,这使得我们有履历有信心完成该研讨。另一方面,我们利用了自立构建的Microwell-seq单细胞分析平台,而没有益用商品化的10XGenomics仪器,也没有益用流式分选仪器,这使得我们单细胞分析的本钱低落了一个数目级,从而有资本完成该研讨!
固然,他一样提到,“我们团队很是的勤劳,否则齐全都不大要实现!
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2年前构建全国首张哺乳动物细胞图谱
2018年2月23日,郭国骥带领的团队在国际顶级学术期刊《细胞》(Cell)颁发学术论文,全国范围内构建了第一张哺乳动物细胞图谱。彼时,间隔郭国骥从哈佛医学院归国参加浙江大学才刚过3年。
其团队对小鼠近50种器官机关的40余万个单细胞举行了系统性的单细胞转录组分析,构建了首个哺乳动物细胞图谱。
该图谱中涵盖了哺乳动物体内的各类严重细胞典范,并对每一种器官内的机关细胞亚型,基质细胞亚型,血管内皮细胞亚型,和免疫细胞亚型举行了具体的描摹。
这项成果当时在细胞图谱研讨范围具有里程碑意义,也让曾一度有先发上风的西欧科研机构意外。
当时这项工作有一项关键技术是单细胞测序平台的搭建,人类细胞图谱被以为日益具有可行性的背后正是单细胞测序技术的成熟。在此技术出现之前,传统的测序技术只能“看”到成群的细胞,单个细胞的特同性表现轻易被疏忽。
单细胞测序技术的出现对传统的细胞认知系统带来了反动性的变化,并可以也许对单个细胞内高品貌的基因转录物资举行无差此外分析,从而建立一个普适性的细胞分类系统。
郭国骥团队彼时耗时一年多,自立搭建了一套完全国产化的Microwell-seq高通量单细胞测序平台。利用微孔矩阵、份子标志和扩增技术,高通量、高精度地实现单细胞水平分析,打点了传统测序中单个细胞核酸物资少、轻易丧失、分析本钱高的困难。
郭国骥当时表现,“以往分析一个细胞必要100元群众币,而现在我们所研制的平台只必要1元钱。而且精度比美国现在起头进的装备还要高!
不外,他们的平台不停在不停优化,而人类细胞图谱也仍然存在诸多技术障碍。郭国骥对澎湃消息记者表现,“单细胞测序的本钱仍然太高,通量不够,精度较低,批次效应的题目也有待打点。对于空间转录组分析技术来说,尝试利用相对复杂,分辨率和视野范围较难平衡,不同机关的普适性有待提拔。对于单细胞多组学分析技术来说,尝试通量偏低,数据的安定性另有待提拔。
初度从单细胞水平周全分析胚胎和成年期间的人体细胞品种
人体细胞均携携一样的底子遗传信息,可是它们表达的基因截然不同,而细胞所表达的基因界说了该细胞的功用。人体的单细胞基因表达图谱有望帮助我们明白这些细胞的功用以及影响细胞活动的身分。
包含郭国骥团队在内的举世尝试室此前也持续绘制出了一些动物的细胞图谱和人体单个机关典范的细胞图谱。正是在上述小鼠细胞图谱工作的底子之上,研讨团队继续对60种人体机关样品和7种细胞培养样品举行了Microwell-seq高通量单细胞测序分析,系统性地绘制了超出胚胎和成年两个期间,涵盖八大要系的人类细胞图谱。
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他们充实利用了Microwell-seq本钱昂贵、双细胞净化率低和细胞普适性广等上风,建立了70多万个单细胞的转录组数据库,判定了人体100余种细胞大类和800余种细胞亚类。基于该数据库,团队开辟了scHCL(单细胞人类细胞图谱)单细胞比对系统用于人体细胞典范的识别,并搭建了人类细胞蓝图网站http://bis.zju.edu.cn/HCL/(国家基因库镜像https://db.cngb.org/HCL/)。
郭国骥表现,“我们发现,多种成人的上皮、内皮和基质细胞在机关中似乎饰演着免疫细胞的脚色。趋化因子阳性上皮细胞,抗原呈递阳性内皮细胞和白介素阳性成纤维细胞普遍的散布在成体的各类机关器官当中,并在分类上自力于传统的上皮、内皮、基质和免疫细胞!
“我们以为成年人非免疫细胞的普遍免疫激活是人体地域免疫的一种严重调节机制!
经过跨期间、跨机关和跨物种的细胞图谱分析,研讨团队还展现了一个普适性的哺乳动物细胞命运决议机制:干细胞和祖细胞的转录状态混杂且随机,分化和成熟细胞的转录状态清楚且安定,基因组中的调节子预先决议了分化终真个安定状态。
值得留意的是,这项研讨初度从单细胞水平上周全分析了胚胎和成年期间的人体细胞品种,研讨数据将成为摸索细胞命运决议机制的资本宝库,研讨方式将对人体一般与疾病细胞状态的判定带来深远影响。
研讨团队同时指出,这项研讨尚存在范围,即每种机关的细胞样本体量不大。 郭国骥说,“我们的工作在测序深度上存在必定范围性,可是在跨机关和跨物种的数据可比性上有较大上风。完善版的人类细胞图谱还应当整合空间信息,多组学数据和人群分析,这必要全全国科学家的配合积极!
宏大的“人类细胞图谱”筹划
20世纪70年月,英国发育生物学家John Sulston耗费18个月用光学显微镜观察线虫的发育,他每隔5分钟画出他看到的现象,终极数百幅图谱表白了线虫的早期发育进程。按照这些图及其他信息,Sulston等人刻画了迄今为止多细胞生物品种中一个最为完整的细胞谱系图,稀释了线虫近千个细胞的命运。
正由于这项工作,Sulston在60岁的时候,也就是在2002年斩获了诺贝尔心理或医学奖。
在间隔Sulston用显微镜观察线虫发育半个世纪以后,美国麻省理工学院-哈佛大学博德研讨所(Broad Institute of MIT and Harvard)的盘算生物学家Aviv Regev、英国威康信任桑格研讨所细胞遗传学负责人(Wellcome Trust Sanger Institute)Sarah A. Teichmann等人在英国伦敦召开了一次会议,倡议尝试一个远比线虫细胞谱系研讨宏大的“人类细胞图谱”(Human Cell Atlas,HCA)的国际合作研讨筹划。
HCA筹划被以为堪比“人类基因组筹划”。此次会议召开10个月以后,即2017年8月,Regev等人在论文预印本平台bioRxiv颁发了一篇文章,文章题目即为“The Human Cell Atlas”,系统论述了HCA的意义、方针、使命和尝试途径。
HCA提出的底子方针是:采取特定的份子表达谱来肯定人体的全数细胞典范,并将此类信息与典范的细胞空间位置和形状的描摹毗连起来。他们提出的终纵方针是:肯定人体中的每一个细胞;肯定每个细胞的空间位置;通细致胞谱系肯定在人的平生中每一时候出现过的每个细胞;按照健康状态、基因型、保存方式和外界情况的不同,对每一个个体的细胞图谱举行表白。
但是,这份工作是庞大而复杂的。中科院上海生命科学研讨院生物化学与细胞生物学研讨所研讨员、中科院系统生物学重点尝试室主任吴家睿在2018年11月颁发的一篇文章中指出:可以这样说,这一终纵方针的实现意味着生命科学的终结。
值得留意的是,在2003年公布完成的国际“人类基因组筹划”中,中国经过积极夺取终极获准到,末端负责完玉成部序列的1% ,即3号染色体上的3000万个碱基对,中国也是以成为加入这一被誉为生命科学“登月筹划”的唯一成长中国家。
一样,在上述颁发在bioRxiv平台上的这篇文章中,62家作者单元底子为美国和英国的研讨机构,但没有一家来自中国的科研机构位列其中。
郭国骥对澎湃消息记者表现,人类细胞图谱的倡议是一个开放性的倡议,中国科学家在这项筹划中并没有很是明白的合作,“但由于我国单细胞组学范围气力较强,未来中国科学家的工作一定会为终极版的人类细胞图谱做出庞大的进献!
对于此次论文成果,他表现,“我们的这项工作系统性地完成了第一稿人类细胞图谱,应当属于关连范围很是严重的成果!
值得一提的是,也就在2017年10月,Facebook初创人马克·扎克伯格与其夫人普莉希拉·陈别离在其小我Facebook上公布,两人建立的陈-扎克伯格基金会(CZI)决议帮助“人类细胞图谱筹划”的首批38个项目。这也成为昔时举世生物范围热门话题。
论文原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2157-4

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