يطور المهندسون الحيويون خوارزمية لمقارنة الخلايا عبر الأنواع – بنتائج مذهلة

ابتكر الباحثون خوارزمية لتحديد أنواع الخلايا المماثلة من الأنواع – بما في ذلك الأسماك والفئران والديدان المفلطحة والإسفنج – التي تباعدت لمئات الملايين من السنين ، مما قد يساعد في سد الفجوات في فهمنا للتطور.

الخلايا هي اللبنات الأساسية للحياة ، وهي موجودة في كل كائن حي. ولكن ما مدى تشابه خلاياك مع الماوس في رأيك؟ سمكة؟ دودة؟

يمكن أن تساعد مقارنة أنواع الخلايا في الأنواع المختلفة عبر شجرة الحياة علماء الأحياء على فهم كيفية نشوء أنواع الخلايا وكيف تكيفت مع الاحتياجات الوظيفية لأشكال الحياة المختلفة. كان هذا موضع اهتمام متزايد لعلماء الأحياء التطورية في السنوات الأخيرة لأن التكنولوجيا الجديدة تسمح الآن بالتسلسل وتحديد جميع الخلايا في جميع الكائنات الحية. أوضح بو وانج ، الأستاذ المساعد في الهندسة الحيوية بجامعة ستانفورد: “هناك بشكل أساسي موجة في المجتمع العلمي لتصنيف جميع أنواع الخلايا في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية المختلفة”.

استجابة لهذه الفرصة ، طور مختبر وانغ خوارزمية لربط أنواع الخلايا المماثلة عبر مسافات تطورية. طريقتهم ، مفصلة في ورقة نشرت في 4 مايو 2021 ، في eLife، تم تصميمه لمقارنة أنواع الخلايا في الأنواع المختلفة.

في بحثهم ، استخدم الفريق سبعة أنواع لمقارنة 21 زوجًا مختلفًا وتمكنوا من تحديد أنواع الخلايا الموجودة في جميع الأنواع جنبًا إلى جنب مع أوجه التشابه والاختلاف بينهما.

مقارنة أنواع الخلايا

وفقًا لألكسندر تاراشانسكي ، طالب دراسات عليا في الهندسة الحيوية يعمل في مختبر وانغ ، جاءت فكرة إنشاء الخوارزمية عندما دخل وانغ إلى المختبر يومًا ما وسأله عما إذا كان بإمكانه تحليل مجموعات البيانات من نوع الخلية من نوعين مختلفين من الديدان التي أجريت عليها الدراسات المعملية. نفس الوقت.

READ  محطة فضاء تكرم عالمة الرياضيات الراحلة كاثرين جونسون

قال تاراشانسكي ، الذي كان المؤلف الرئيسي للورقة وزميلًا متعدد التخصصات في جامعة ستانفورد بيو إكس: “لقد أدهشني مدى وضوح الاختلافات بينهما”. “اعتقدنا أنه يجب أن يكون لديهم أنواع خلايا متشابهة ، ولكن عندما نحاول تحليلها باستخدام تقنيات قياسية ، فإن الطريقة لا تتعرف عليها على أنها متشابهة.”

تساءل عما إذا كانت مشكلة في التقنية أو إذا كانت أنواع الخلايا مختلفة جدًا بحيث لا يمكن مطابقتها عبر الأنواع. ثم بدأ Tarashansky العمل على الخوارزمية لمطابقة أنواع الخلايا بشكل أفضل عبر الأنواع.

قال تاراشانسكي: “لنفترض أنني أريد مقارنة الإسفنج بالإنسان”. “ليس من الواضح حقًا أي جين من الجينات الإسفنجية يتوافق مع أي جين بشري لأنه مع تطور الكائنات الحية ، تتكاثر الجينات وتتغير وتتكرر مرة أخرى. والآن لديك جين واحد في الإسفنج قد يكون مرتبطًا بالعديد من الجينات لدى البشر “.

بدلاً من محاولة العثور على تطابق جيني واحد لواحد مثل الطرق السابقة لمطابقة البيانات ، فإن طريقة رسم الخرائط للباحثين تطابق الجين الواحد في الإسفنج مع جميع الجينات البشرية المقابلة المحتملة. ثم تتابع الخوارزمية لمعرفة أيهما هو الصحيح.

يقول Tarashansky إن محاولة العثور على أزواج جينية فردية فقط قد حدت من قيام العلماء بالتطلع إلى تعيين أنواع الخلايا في الماضي. “أعتقد أن الابتكار الرئيسي هنا هو أننا نأخذ في الاعتبار الميزات التي تغيرت على مدار مئات الملايين من السنين من التطور لمقارنات بعيدة المدى.”

“كيف يمكننا استخدام الجينات المتطورة باستمرار للتعرف على نفس نوع الخلية التي تتغير أيضًا باستمرار في الأنواع المختلفة؟” سعيد وانغ ، مؤلف الورقة الأول. “لقد تم فهم التطور باستخدام الجينات والسمات العضوية ، أعتقد أننا الآن عند نقطة تحول مثيرة لجسر المقاييس من خلال النظر في كيفية تطور الخلايا.”

READ  ممرضة وحدة العناية المركزة في نيويورك من بين أوائل الأشخاص في الولايات المتحدة الذين حصلوا على لقاح مرخص لفيروس كورونا

ملء شجرة الحياة

باستخدام نهج رسم الخرائط ، اكتشف الفريق عددًا من الجينات المحفوظة وعائلات أنواع الخلايا عبر الأنواع.

قال Tarashansky إن أبرز ما في البحث كان عندما كانوا يقارنون الخلايا الجذعية بين دودة مفلطحة مختلفة تمامًا.

قال: “حقيقة أننا وجدنا تطابقًا واحدًا لواحد في مجموعات الخلايا الجذعية كانت مثيرة حقًا”. “أعتقد أن هذا في الأساس قد فتح الكثير من المعلومات الجديدة والمثيرة حول كيفية ظهور الخلايا الجذعية داخل دودة طفيلية مفلطحة تصيب مئات الملايين من الناس في جميع أنحاء العالم.”

تشير نتائج رسم خرائط الفريق أيضًا إلى وجود حماية قوية لخصائص الخلايا العصبية وخلايا العضلات من أنواع الحيوانات البسيطة جدًا ، مثل الإسفنج ، إلى الثدييات الأكثر تعقيدًا مثل الفئران والبشر.

قال وانغ: “هذا يشير حقًا إلى أن هذه الأنواع من الخلايا نشأت في وقت مبكر جدًا في تطور الحيوانات”.

الآن بعد أن قام الفريق ببناء أداة مقارنة الخلايا ، يمكن للباحثين الاستمرار في جمع البيانات حول مجموعة متنوعة من الأنواع لتحليلها. مع جمع ومقارنة المزيد من مجموعات البيانات من المزيد من الأنواع ، سيتمكن علماء الأحياء من تتبع مسار أنواع الخلايا في الكائنات الحية المختلفة وستتحسن القدرة على التعرف على أنواع الخلايا الجديدة.

قال تاراشانسكي: “إذا كان لديك فقط الإسفنج ثم الديدان وفقدت كل شيء بينهما ، فمن الصعب أن تعرف كيف تطورت أنواع الخلايا الإسفنجية أو كيف تنوع أسلافهم إلى الإسفنج والديدان”. “نريد ملء أكبر عدد ممكن من العقد على طول شجرة الحياة حتى نتمكن من تسهيل هذا النوع من التحليل التطوري ونقل المعرفة عبر الأنواع.”

المرجع: “رسم خرائط الأطالس أحادية الخلية في جميع أنحاء ميتازوا يكشف عن تطور نوع الخلية” بقلم ألكسندر ج تاراشانسكي ، وجاكوب إم موسر ، ومارغريتا خاريتون ، وبنغيانغ لي ، وديتليف أرندت ، وستيفن آر كوايك وبو وانغ ، 4 مايو 2021 eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.66747

READ  كانت أعراض مرض كوفيد لديهم خفيفة ، ولكن لم تكن الآثار اللاحقة

ومن بين المؤلفين المشاركين الآخرين في جامعة ستانفورد ، طلاب الدراسات العليا مارجريتا خاريتون وبينغيانغ لي ، وستيفن كويك ، أستاذ الهندسة الحيوية لي أوترسون وأستاذ الفيزياء التطبيقية والرئيس المشارك لـ Chan Zuckerberg Biohub. المؤلفون المشاركون الآخرون هم من مختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي وجامعة هايدلبرغ. وانغ أيضًا عضو في ستانفورد بيو إكس ومعهد وو تساي لعلوم الأعصاب. كويك عضو في Bio-X ومعهد ستانفورد للقلب والأوعية الدموية ومعهد ستانفورد للسرطان ومعهد وو تساي لعلوم الأعصاب.

تم تمويل هذا البحث من قبل Stanford Bio-X ، وجائزة Beckman Young Investigator Award والمعاهد الوطنية للصحة. سيبني وانغ وكويك على هذا العمل كجزء من مبادرة Neuro-Omics التي يمولها معهد وو تساي للعلوم العصبية.

You May Also Like

About the Author: Fajar Fahima

"هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز."

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *