科學(xué)家將統(tǒng)計(jì)學(xué)生物學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生重要的新基因計(jì)算工具
我們體內(nèi)的細(xì)胞以不同的方式表達(dá)自己。一個(gè)細(xì)胞可能會(huì)放置一大塊遺傳密碼，而另一個(gè)細(xì)胞完全忽略相同的信息。了解為什么可以刺激新的干細(xì)胞療法，或者導(dǎo)致對(duì)生物體如何發(fā)展的更基本的理解。但是，了解這些細(xì)胞間差異可能具有挑戰(zhàn)性。
現(xiàn)在，兩位加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員提出了一種計(jì)算工具，可以提高測(cè)量基因在單個(gè)細(xì)胞中表達(dá)強(qiáng)度的可靠性，即使細(xì)胞幾乎不能讀取某些基因。該研究于上個(gè)月在Nature Communications雜志上發(fā)表。
“腦細(xì)胞，肝細(xì)胞和心臟細(xì)胞的DNA序列是相同的，”該研究的通訊作者和加州大學(xué)洛杉磯分校統(tǒng)計(jì)學(xué)助理教授Jingyi“Jessica”Li說(shuō)。“為什么那些細(xì)胞看起來(lái)如此不同?關(guān)鍵是基因表達(dá)。”
DNA編碼創(chuàng)建和操作生物體所需的信息。但閱讀和處理這些信息的任務(wù)屬于RNA，這是將遺傳指令傳遞到細(xì)胞其他部分的長(zhǎng)鏈移動(dòng)分子。通過(guò)統(tǒng)計(jì)細(xì)胞中的各種RNA分子，研究人員可以確定哪些基因是活躍的還是“表達(dá)的” - 以及在何種程度上。
然而，如果RNA分子僅以微量存在，那么分析工具可能會(huì)被認(rèn)為相應(yīng)的基因根本不活躍。除非經(jīng)過(guò)糾正，否則這些“輟學(xué)”可能會(huì)描繪出細(xì)胞之間實(shí)際差異的誤導(dǎo)性圖片。
“如果你想在個(gè)體細(xì)胞水平上獲得有用的生物信息，那么你需要做一些統(tǒng)計(jì)推斷，”Li說(shuō)，他也是統(tǒng)計(jì)和生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人。“否則你的結(jié)論可能是錯(cuò)的。”
Li和Wei“Vivian”Li是加州大學(xué)洛杉磯分校統(tǒng)計(jì)學(xué)系的博士研究生，他設(shè)計(jì)了統(tǒng)計(jì)分析軟件來(lái)處理RNA測(cè)序中的輟學(xué)問(wèn)題。他們的工具，稱(chēng)為“scImpute”，根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)中所有單個(gè)細(xì)胞的研究，估計(jì)細(xì)胞中哪些基因最有可能退出。然后，該工具使用來(lái)自相似細(xì)胞的信息，對(duì)基因表達(dá)水平應(yīng)該是什么進(jìn)行有根據(jù)的猜測(cè)。
利用估算并不新鮮。但是，可用的工具要么過(guò)于廣泛地交換一個(gè)細(xì)胞的所有基因表達(dá)與另一個(gè)細(xì)胞 - 或超特異性的特定類(lèi)型的研究。jessica Li表示，scImpute的優(yōu)勢(shì)在于“靈活性和普遍性”。該工具具有手術(shù)精確度，僅替代最有可能退出的豐度，可用于任何類(lèi)型的單細(xì)胞基因表達(dá)分析。
在Vivian Li對(duì)模擬數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)的綜合測(cè)試中 - 其中一些數(shù)據(jù)提供了實(shí)際基因表達(dá)水平的經(jīng)驗(yàn)證據(jù) - scImpute比其他方法更準(zhǔn)確。該軟件可以可靠地區(qū)分丟失基因和完全沒(méi)有表達(dá)的基因，并提供實(shí)際豐度的準(zhǔn)確估計(jì)。
這個(gè)開(kāi)源軟件可以免費(fèi)在線(xiàn)獲得，作為廣泛使用的統(tǒng)計(jì)分析科學(xué)計(jì)算平臺(tái)的附加組件，稱(chēng)為R編程環(huán)境。
兩位研究人員已經(jīng)證明，當(dāng)輟學(xué)率很低時(shí)，scImpute在小組細(xì)胞中效果很好。但在人口眾多的情況下，輟學(xué)率可超過(guò)基因的90%。他們的下一個(gè)目標(biāo)是在這些情況下使該工具同樣可靠。借用信息來(lái)自其他基因，不只是其他細(xì)胞從在線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)-and，他們認(rèn)為scImpute可以成為所有情況下一個(gè)強(qiáng)大的工具。
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