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解來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測序來觀察細(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)在可以通過一種稱為單細(xì)胞RNA測序(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。

“這種測序中的很多噪音來自于你必須以極低的數(shù)量和不同的批次測量樣品，”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)生的差異稱為批量效應(yīng)?；蚪M學(xué)研究人員必須糾正這些批次效應(yīng)，但這個(gè)過程可能會(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。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，可以使用測序?qū)嶒?yàn)過程中產(chǎn)生的同一組數(shù)據(jù)來識(shí)別細(xì)胞之間的差異。她沒有依賴基因表達(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，開發(fā)了一套新的程序來處理scRNA-seq數(shù)據(jù)并檢索這個(gè)變種信息。此外，使用稱為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。

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)來指導(dǎo)藥物治療。“當(dāng)你想要攻擊這個(gè)問題時(shí)，你會(huì)通過攻擊這個(gè)問題的基本特征來解決這個(gè)問題：突變。臨床醫(yī)生可能會(huì)在以后使用這些信息來指導(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發(fā)下游臨床應(yīng)用。“我們將身體分開并專攻，但在一天結(jié)束時(shí)，你需要從整體上看，并詢問，我在做什么以及這有什么幫助?我們正在開發(fā)計(jì)算工具以帶來生物信息學(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。