蛔蟲在動物的各種細(xì)胞中首次編輯基因讀數(shù)。例如，在蠕蟲生命的特定階段拍攝的讀數(shù)揭示了每個細(xì)胞中哪些基因被打開或關(guān)閉。

幾乎所有個體細(xì)胞都含有相同的基因。這組基因是在受精時確定的，當(dāng)時個體只是一個細(xì)胞。沿著多個細(xì)胞分裂的途徑，身體最終由不同的細(xì)胞類型組成。

每種細(xì)胞類型都有自己的選擇性激活個體遺傳密碼的部分。這些基因關(guān)閉/基因模式在很大程度上解釋了人體或動物體內(nèi)許多特化細(xì)胞的無數(shù)形狀，特性和功能。

華盛頓大學(xué)的醫(yī)學(xué)研究人員希望創(chuàng)造一種資源，以了解同一生物體內(nèi)廣泛細(xì)胞種類背后的原因。他們設(shè)計了對大量單細(xì)胞和單分子進行條形碼編碼和索引的策略。他們的目標(biāo)是測量蛔蟲中每個細(xì)胞和細(xì)胞類型的分子狀態(tài)。

該項目的資深科學(xué)家是羅伯特沃特斯頓，華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院基因組科學(xué)系教授和主席;Cole Trapnell，威斯康星大學(xué)基因組科學(xué)助理教授;和Jay Shendure，華盛頓大學(xué)基因組科學(xué)教授和Howard Hughes醫(yī)學(xué)研究所的研究員。首席科學(xué)家是威斯康星大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究生Junyue Cao和Jonathan Packer。

該研究小組獨特地標(biāo)記了許多細(xì)胞或其細(xì)胞核的完整基因讀數(shù)。核心充當(dāng)細(xì)胞的中央管理辦公室。

遺傳讀數(shù)顯示細(xì)胞通過RNA復(fù)制哪些DNA片段。RNA拷貝或轉(zhuǎn)錄物的集合稱為轉(zhuǎn)錄組。它們成為蛋白質(zhì)生產(chǎn)或其他細(xì)胞活動的方向。

研究人員將他們的分析策略應(yīng)用于線蟲Caenorhabditis elegans的幼蟲階段。這種蛔蟲已經(jīng)成為唯一具有所有細(xì)胞和細(xì)胞類型的多細(xì)胞生物，以及這些細(xì)胞的整個發(fā)育譜系，已被記錄在案。

這種線蟲也有相對較少的細(xì)胞。在其幼蟲階段，它確切地說是762，不包括生殖細(xì)胞。與許多其他動物不同，每個線蟲幼蟲具有相同數(shù)量的細(xì)胞。

它也是一種流行的遺傳研究蠕蟲，用于研究生命在受孕后如何開始形成，然后生長并通過生命階段到老年。

直到最近，還沒有辦法根據(jù)基因活動對生物體內(nèi)的所有細(xì)胞進行全面分類。已經(jīng)開發(fā)了用于研究個體細(xì)胞中的基因活性的方法。

“我們現(xiàn)在可以通過實驗對數(shù)萬個細(xì)胞進行實驗，”Trapnell說。

研究人員從技術(shù)控制開始，看看他們是否可以迅速將人類與小鼠細(xì)胞分開。

他們繼續(xù)在一次實驗中首次測量整個動物的所有細(xì)胞中的所有基因。

“我們的希望是，這種資源將顯著加速生物學(xué)家努力揭示關(guān)于動物如何形成和發(fā)展的新基本原則，”Trapnell說，“并且蠕蟲中的這項工作成為更好地理解人類發(fā)展的踏腳石。

他說，這項研究還表明，“神經(jīng)細(xì)胞[處理和傳遞信息的神經(jīng)細(xì)胞]是多么令人難以置信的特征。有一些罕見的神經(jīng)細(xì)胞類型只由蠕蟲中的一個或細(xì)胞代表。”

他預(yù)計像他的團隊制作的那樣的地圖集將引發(fā)關(guān)于細(xì)胞重新分類的激烈辯論。

他說，未來的研究可能會研究動物生長過程中全動物轉(zhuǎn)錄組的變化，以及控制這些變化的因素，因為科學(xué)家們在一系列發(fā)育階段進行這種類型的實驗。

至于類似實驗的預(yù)測，以獲得可比較的小鼠或人體圖譜，Trapnell表示，在索引策略中，障礙不是那么多，而是在獲得樣本時。小鼠和人類不含有預(yù)定數(shù)量的細(xì)胞。此外，解剖學(xué)上處理整個復(fù)雜的生物體以收集所有類型的細(xì)胞也將是一個挑戰(zhàn)。

他們的單細(xì)胞組合索引RNA測序方法或簡稱sci-RNA-seq的優(yōu)點是速度快。可以在兩天內(nèi)由一個人完成每個實驗分析數(shù)萬個單細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組的文庫。每個單元的成本從3美分到20美分不等。

研究人員估計，研究人員最終可以在一次實驗中分析超過1000萬個細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組。

研究人員寫道，他們認(rèn)為他們的數(shù)據(jù)是一個地圖集的起點，該地圖集建立在由英國的約翰·蘇爾斯頓(John Sulston)創(chuàng)建的獲得諾貝爾獎的線蟲地圖上，并且表明每個細(xì)胞在整個生命周期中的分子狀態(tài)。這個重要的線蟲。

科學(xué)家們已經(jīng)在Gene Expression Omnibus上為其他實驗室提供了原始數(shù)據(jù)，并提供了如何通過Jupyter Notebook處理數(shù)據(jù)的在線示例。

該研究發(fā)表在“科學(xué)”雜志上。