Ang Human Cell Atlas ay Pinakabagong Proyekto ng mga Biologist


Nagsasalita si Aviv Regev na may kagyat na bilis ng isang tao na nakakita sa mundo ng isang hindi pangkaraniwang bagong katalinuhan, at hindi maaaring maghintay para sa iyo upang magmadali at makita ito masyadong. Sa isang pulong ng 460 internasyonal na siyentipiko na natipon noong nakaraang linggo sa San Francisco, ang bomba ng computational na biologist ay nagbomba ng kanyang tagapakinig sa isang agos ng mga resulta mula sa kanyang lab sa Broad Institute ng MIT at Harvard, kung saan siya ay nagsimulang makapangyarihang mga bagong tool para maunawaan kung ano ang ating mga tao tunay na ginawa ng-at kung ano ang gumagawa sa amin mahulog bukod.

"Saan kumilos ang mga genes ng peligro sa sakit?" Nagpaputok siya sa pulutong. "Aling mga molekular na komunikasyon ang nasisira? Aling mga programa ng cell ang binago? Ito ang mga susunod na henerasyon ng mga tanong na maaari naming tanungin ngayon. "

Sa loob ng maraming siglo, alam ng mga siyentipiko na katulad ni Regev na ang mga pahiwatig sa aming elemental na sangkatauhan ay nagtatago sa pangunahing yunit ng buhay: ang selula. Ang selula ay nakakuha ng mga siyentipiko mula noon na si Robert Hooke ay nagtaguyod ng isang sliver ng tapon sa ilalim ng kanyang mikroskopyo noong ika-17 siglo at napagmasdan ang isang "walang katapusang kumpanya ng mga maliliit na kahon," na naglagay ng parallel sa pagitan ng mga istruktura na nakita niya sa pamamagitan ng eyepiece ng kanyang instrumento at ng mga ekwasyong kuwarto ng monasteryo. Ngunit sa mga nakaraang ilang taon ay umiiral ang teknolohiya upang siyasatin ang panloob na mga gawain ng mga indibidwal na mga selula. Gamit ang mga pamamaraan na ito, ang mga siyentipiko ay nagsisimula na ngayon sa isa sa mga pinaka-ambisyosong pagsisikap sa kasaysayan ng biology.

Inihalal ng Human Cell Atlas, ang proyekto ay nagnanais na mag-catalog ng lahat ng tinatayang 37 trilyon na mga cell na bumubuo sa isang katawan ng tao. Pinangunahan ni Regev at Sarah Teichmann, ang pinuno ng cellular genetics sa Wellcome Trust Sanger Institute ng UK, ang internasyunal na consortium ay naglalayong magtipon ng higit pa sa listahan ng paglalaba ng mga uri ng cell. Sa pamamagitan ng pag-decode ng mga genes na aktibo sa iisang mga selula, nagkakabit ng iba't ibang mga uri ng cell sa isang partikular na address sa katawan, at sinusubaybayan ang molecular circuits sa pagitan ng mga ito, ang mga kalahok na mananaliksik ay nagplano upang lumikha ng isang mas malawak na mapa ng biology ng tao kaysa kailanman ay umiral bago. Kung matagumpay, ang mapa na ito ay magkakasama ng impormasyon tungkol sa kung paano nag-organisa ang mga cell sa mga tisyu, kung paano sila nakikipag-usap, at kung paano nagkamali ang mga bagay. Ang gayong mapagkukunan ay maaaring magkaroon ng malaking implikasyon sa pag-unawa at pagpapagamot sa sakit ng tao.

Gaano kalaki? Ang pulong ng nakaraang linggo ay nag-aalok ng isang maikling, ngunit nakasisilaw sulyap. Ito ay inisponsor ng Chan Zuckerberg Biohub, isang dalawang-taong-gulang na biomedical research center na itinatag ng pangkat ng Philanthropic investment na si founder ng Facebook na si CZI. Ang co-president ng Biohub na si Stephen Quake, isang Human Organizer ng Human Cell Atlas, ay tinatanggap ang isang parade ng mga founding member ng proyekto sa entablado upang ibahagi ang kanilang pinakabagong gawa.

Ipinaliwanag ni Ed Lein, isang neuroscientist sa Allen Institute kung paano niya ginugol ang huling dalawang taon na nagtatayo ng isang taxonomy ng lahat ng mga selula na natagpuan sa isang maliit na patch ng utak ng tao. Sa pamamagitan ng pagkakasunud-sunod ng mga aktibong genes sa mga selulang iyon, ang kanyang koponan ay nakilala na ang 80 iba't ibang mga uri, kabilang ang isang ganap na nobelang neuron na natagpuan lamang sa mga tao. "Nakita namin na talaga ang lahat ay bihira," sabi ni Lein. At iyon ay nasa isang sulok lamang ng utak. Ang pag-unawa sa kung paano ang mga network ng neuron sa kabuuan ng bahagi ng katawan ay mangangailangan ng gawain ng maraming iba pang mga laboratoryo. "Ang problemang ito ay napakalaki na kailangang maging isang pagsisikap ng komunidad," sinabi ni Lein sa WIRED sa isang pakikipanayam noong nakaraang taon tungkol sa kanyang papel bilang isang miyembro ng grupo ng nagtatrabaho ng utak ng Human Cell Atlas.

Ang ilang mga kalahok sa Atlas, tulad ni Lein, ay malalim na dumadaloy. Si Sten Linnarsson sa Karolinska Institute sa Sweden ay tumatagal ng isang mas malawak, mas mababaw na diskarte. Ang kanyang lab ay gumagamit ng expression ng gene na nasusukat sa buong oras upang obserbahan kung gaano kabilis ang mga selula sa mga bagong pagkakakilanlan sa pagbubuo ng mga tisyu. Sa pamamagitan ng pagkuha ng mga snapshot ng mga cell bawat ilang oras, at makita kung paano nagbabago ang kanilang mga pattern ng gene, posible na mahulaan kung ano ang kanilang gagawin sa hinaharap. Maraming Linnarsson ang trabaho sa puntong ito ay ginawa sa mice, ngunit bilang mga siyentipiko tulad Lein magdagdag ng higit pa at higit pa data utak ng tao, Linnarsson maaaring simulan ang paglalapat ng kanyang mga ideya sa mga tao. "Inaasahan namin na makagawa ng mga malalaking branching tree na sinusubaybayan ang mga landas ng pagpapaunlad ng mga selula sa utak ng tao," sabi ni Linnarsson.

Ang mga natuklasan na ito ay nagbabago ng biology na alam natin ito. Ngunit ito ay mga resulta mula sa Regev ng trabaho na marahil ay nag-aalok ng pinakamahusay na halimbawa kung paano ang Human Cell Atlas ay maaaring baguhin rin ng gamot.

Sa isang kamakailang pares ng pag-aaral na inilathala sa Kalikasan, Regev at ang kanyang mga tagatulong sa Massachusetts General Hospital ay natuklasan ang isang bagong, bihirang uri ng baga cell, na may mga pagkakatulad sa mga cell-balancing cell na natagpuan sa mga hasang ng freshwater fish at frog skin. Ang konsentrasyon sa natatanging selyula na ito ay aktibidad ng CTFR gene, mutations na sanhi ng cystic fibrosis. Naniniwala na ngayon si Regev na posible itong gumaganap ng isang mahalagang papel sa sakit, na pinaghihiwa-hiwalay ang malawak na pananaw na ang isang mas maraming uri ng pantay na cell ay may pananagutan sa pagpapahayag ng gene na nagdudulot ng sakit.

Isipin mo na gusto mong mag-disenyo ng isang gamot o isang gene therapy upang ma-target ang isang gene. Ang pag-alam kung saan ito ay pinsala sa doling ay napakahalaga sa paggawa ng gamot na epektibo sa pinakamaliit na epekto. Ang cystic fibrosis ay medyo tapat-isang gene na nagiging sanhi ng kaguluhan sa isang organ, ang mga baga. Ngunit ang iba pang mga sakit ay mas kumplikado. Ang isang reference na mapa kung ano ang hitsura ng lahat ng malusog na mga selula sa katawan ay napakahalaga para sa paghahambing sa mga tisyu na may sakit upang makita kung saan nagkamali ang mga bagay. Ito ay isang paraan na ang Human Cell Atlas ay maaaring humantong sa mga medikal na breakthroughs.

Ang isa pa ay tumutugma sa mga pasyente ng kanser sa tamang paggamot.

Ang isang promising bagong uri ng droga, na tinatawag na checkpoint inhibitors, ay nagbibigay ng libreng sistema ng immune sa pag-atake sa mga selulang tumor. Ngunit hindi ito gumagana para sa lahat; ang ilang mga tao ay lumilitaw upang bumuo ng paglaban. Sa pamamagitan ng pagtingin sa ekspresyon ng gene sa mga selula ng melanoma na kinuha mula sa mga pasyente bago at pagkatapos ng paggamot, natuklasan ng pangkat ng Regev na ang mga tumor ng ilang tao ay hindi tinatablan mula sa get-go. Sa kabila ng pagkakaroon ng isang mutasyon na dapat na ginawa ang bawal na gamot mabisa, ang ilang mga tumor cell ay Binaligtad sa isang hanay ng mga gene paglaban. At saan man sila lumitaw sa tumor, hinarang nila ang mga immune cell mula sa pagkuha.

Sa kaalamang ito sa kamay, nasubok ang koponan ng Regev kung maaari mong baligtarin ang paglaban na iyon, sa pamamagitan ng pagsasama sa checkpoint inhibitor na may mga gamot na kilala upang manipulahin ang mga gene. Sa mga daga, nakakita sila ng isang dramatikong epekto. Ang hindi nai-publish na trabaho ay nalalapit sa journal Cell, at ang kanyang mga tagatulong sa Dana Farber Cancer Institute ngayon ay nagsasagawa ng mga klinikal na pagsubok upang masuri ang bisa ng pinagsamang therapy na diskarte sa mga tao. Ang Human Cell Atlas ay magiging isang lugar upang kolektahin ang lahat ng mga programang genetic na maaaring makagambala sa paggamot. Ang espasyo ng oncology ay mabilis na gumagalaw upang magamit ang nakagawiang pagkakasunod-sunod upang tumugma sa mga natatanging 'tumor mutations ng mga pasyente sa mga gamot na na-target. Ang susunod na hakbang ay screening kung paano magpalipat-lipat ang mga selyula ng kanser sa mga gene sa mga paraan na nakikipag-ugnayan sa iba't ibang mga gamot.

"Gustung-gusto ko ang mabilis na paglipat," sabi ni Regev, na naglunsad ng kanyang sariling kumpanya, Celsius Therapeutics, noong Mayo, upang mapabilis ang kanyang mga natuklasan sa mga gamot para sa kanser at autoimmune disease (hindi ito kasangkot sa klinikal na pagsubok na nabanggit sa itaas). Ngunit siya ay maingat na paghiwalayin ang negosyong iyon mula sa kanyang akademikong trabaho at papel sa Human Cell Atlas, kung saan ang kanyang trabaho ay upang kumbinsihin ang mga tao na ibahagi ang kanilang pinagtrabahuhan na data, kung saan ang mga mahalagang biomedical discoveries ay maaaring nakatago.

"Mula sa simula idinisenyo namin ito bilang isang mahusay na pampublikong at bukas na mapagkukunan upang paganahin ang agham sa buong mundo," sabi ni Aviv. Ito ay sinadya upang maging isang pangkalahatang kapaki-pakinabang na reference para sa kung paano kumikilos ang malusog na tisyu, tulad ng genome ng tao para sa DNA. Pagdating sa medisina, ang tunay na kapangyarihan ay darating mula sa pagsasama-sama ng reference na atlas na may mga datos mula sa mga populasyon na may sakit, sabi niya: "Iyan ay kung saan ang mga kagiliw-giliw na mga tuklas na translational ay magiging marami, na hindi pa natin maisip." Sa ilang mga paraan ang Tao Ang Cell Atlas ay paraan ng paghimok ni Regev sa mundo, "Halika, magmadali, isipin na sila."


Higit pang mga Great WIRED Stories