在個(gè)性化醫(yī)療時(shí)代，科學(xué)家們正在使用新的基因和基因組見(jiàn)解來(lái)幫助他們確定給定患者的最佳治療方案。就癌癥而言，邁向這些治療的第一步是研究腫瘤細(xì)胞的行為，以找出用于攻擊它們的最佳藥物。

然后，研究人員使用DNA和RNA測(cè)序來(lái)觀察細(xì)胞群，檢查哪些基因在癌組織樣本中表達(dá)。然而，傳統(tǒng)的測(cè)序方法可以隱藏不是所有腫瘤細(xì)胞都必須以相同方式表現(xiàn)的事實(shí)。不承認(rèn)這意味著如果你用特定類(lèi)型的藥物靶向腫瘤，一些細(xì)胞可能只是不同，足以存活和繁殖。

在基因組學(xué)的一項(xiàng)重大進(jìn)展中，現(xiàn)在可以通過(guò)一種稱(chēng)為單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)的技術(shù)，在任何給定時(shí)間觀察單個(gè)細(xì)胞正在做什么。該方法觀察細(xì)胞中信使RNA(mRNA)的量，并將其與其他細(xì)胞進(jìn)行比較，以尋找基因表達(dá)的差異。

但是，您找到的信息取決于您的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行方式以及數(shù)據(jù)的分析方式。Lana Garmire博士是密歇根醫(yī)學(xué)計(jì)算醫(yī)學(xué)和生物信息學(xué)系的副教授，她的團(tuán)隊(duì)正在研究消除一些可能使scRNA-seq數(shù)據(jù)難以解釋的偏差的方法。

“這種測(cè)序中的很多噪音來(lái)自于你必須以極低的數(shù)量和不同的批次測(cè)量樣品，”她解釋道。例如，研究人員正在分析的組織樣本可能不適合放在一個(gè)平板上，一個(gè)用于容納細(xì)胞樣本的設(shè)備，因此必須分成兩個(gè)平板。由于這種分裂而產(chǎn)生的差異稱(chēng)為批量效應(yīng)。基因組學(xué)研究人員必須糾正這些批次效應(yīng)，但這個(gè)過(guò)程可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)難題：您如何知道差異是批次效應(yīng)還是細(xì)胞之間的真正差異?

數(shù)據(jù)的新用途

生物信息學(xué)是使用計(jì)算機(jī)程序收集和分析復(fù)雜生物數(shù)據(jù)的術(shù)語(yǔ)。這是一個(gè)相對(duì)較新的領(lǐng)域，它產(chǎn)生于收集大量生物數(shù)據(jù)的能力，如DNA和蛋白質(zhì)序列。

研究人員依靠生物信息學(xué)技術(shù)來(lái)確定哪些基因在單個(gè)細(xì)胞中表達(dá)。但他們不得不解決通過(guò)不同的研究方案和批量效應(yīng)引入的噪音。Garmire最近從夏威夷大學(xué)加入密歇根大學(xué)并且是密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物信息學(xué)核心的新任教授，他發(fā)現(xiàn)了一種更有效的方法，可以使用測(cè)序?qū)嶒?yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的同一組數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別細(xì)胞之間的差異。她沒(méi)有依賴(lài)基因表達(dá)，而是發(fā)現(xiàn)了所謂的單核苷酸變體(SNV)可以消除這種不確定性。“對(duì)于SNV，你正在處理二進(jìn)制，0和1的數(shù)字。要么突變存在與否。”

回想一下，基因由字母A，T，G和C代表的核苷酸組成，這些核苷酸構(gòu)成翻譯成蛋白質(zhì)的代碼。Garmire的方法尋找單個(gè)核苷酸的差異，因?yàn)橹繟只能被T替換為C.而這個(gè)新工作在Nature Communications中描述，開(kāi)發(fā)了一套新的程序來(lái)處理scRNA-seq數(shù)據(jù)并檢索這個(gè)變種信息。此外，使用稱(chēng)為SSrGE的計(jì)算機(jī)程序，他們可以將該變體信息鏈接到更傳統(tǒng)的基因表達(dá)信息。

“這為我們提供了有關(guān)腫瘤細(xì)胞不同亞群的信息，有點(diǎn)像指紋，可以被識(shí)別以識(shí)別細(xì)胞與細(xì)胞的差異，”Garmire說(shuō)。

這一切意味著什么

最終，制藥商和臨床醫(yī)生使用這些目標(biāo)來(lái)指導(dǎo)藥物治療。“當(dāng)你想要攻擊這個(gè)問(wèn)題時(shí)，你會(huì)通過(guò)攻擊這個(gè)問(wèn)題的基本特征來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：突變。臨床醫(yī)生可能會(huì)在以后使用這些信息來(lái)指導(dǎo)他們的治療方法。” Garmire期待將生物信息學(xué)帶出實(shí)驗(yàn)室，幫助積累大量數(shù)據(jù)的研究人員使用它們并開(kāi)發(fā)下游臨床應(yīng)用。“我們將身體分開(kāi)并專(zhuān)攻，但在一天結(jié)束時(shí)，你需要從整體上看，并詢(xún)問(wèn)，我在做什么以及這有什么幫助?我們正在開(kāi)發(fā)計(jì)算工具以帶來(lái)生物信息學(xué) 研究人員和工作臺(tái)科學(xué)家和臨床醫(yī)生一起連接點(diǎn)并最終做出改變。