超出平均水平

想象有人递给你一份奶昔和要求你确定所有进入它。

你可以辨别的草莓或酸奶的唐朝。但总体来说味道像看不见的成分的混合。

现在想象一下,20000年的冰沙是由地面的细胞,说,大脑。

你可以运行测试来确定分子的样本,现在科学家们做的。肯定会给你有用的信息,但它不会告诉你哪些细胞最初来自这些分子。它将只提供平均细胞整个奶昔。

当谈到我们的身体组织,平均几乎总是误导。就像你知道没有一个“平均”食品叫strawbanaspinach-orangegurt,科学家们知道不只是有一个大脑的细胞类型。

“如果你把一大块组织和研磨起来,分析RNA,你不知道如果它代表在这些人口中每一个细胞都在做什么或没有细胞人口做什么,“说马克•柯式的约翰·富兰克林恩德斯大学教授系统生物学和系统生物学系主任哈佛医学院。“想象一下,如果你有一个男性和女性人口。如果你认为每个人都是平均的男性和女性,你(可能)不代表一个人的人口。”

麻烦的是,它是昂贵,耗时且难以描述组织一个细胞,或细胞类型。

柯式和Steven McCarroll HMS的遗传学助理教授,本周报道在不同的论文,他们的实验室已经开发出高通量技术快速、简单和廉价地给每一个细胞样品中一个独特的基因条形码才进入搅拌机。

结果,科学家可以通过分析每个cell-no平均分析复杂的组织。

“不同细胞组织使用相同的基因组以多样的方式:工程师专门细胞形状,完成不同的生理、和挂载不同的功能相同的刺激的反应。这些技术最终将让科学理解生物系统是如何运作的,单细胞水平,“McCarroll说,他也是遗传学主任斯坦利精神病学研究中心广泛哈佛和麻省理工学院。“我们很兴奋的工作要做。”

使他们的工具,两队与David Weitz物理学和应用物理Mallinckrodt教授在哈佛大学工程与应用科学学院的和微流体领域的先驱。

团队认为他们的技术将使生物学家发现和分类在体内细胞类型在更大的深度,地图在复杂的组织,比如大脑细胞多样性,更好地理解干细胞分化和获得更多的见解的基因疾病。

埃文Macosko和Allon克莱因在微流体类几年前。然后他们就分道扬镳了。

不知道彼此,他们决定开发方法来回答相同的问题:他们怎么能获得成千上万的单个细胞基因表达谱,以更好地理解基因表达在一个组织的复杂性?

基因表达的基因活动模式在一个特定的cell-underlies每个进程在生物学,从大脑的认知发展的鸡蛋。50年以来,科学家就已经知道基因表达变化从细胞到细胞像一个指纹,使皮肤细胞不同于肝细胞和做一些肝细胞不同于其他人。但是他们没有能够有效地测量它在单细胞水平与许多细胞类型样本。

Macosko, HMS马萨诸塞州综合医院精神病学讲师和斯坦利神经科学研究员McCarroll实验室,他想出了一个叫做Drop-seq”技术。克莱恩,HMS系统生物学助理教授,他设计了一个方法称为索引滴测序,orinDrops。

去年秋天,他们通过科学会议了解了彼此的工作电路。

“这是有点像幽灵见面,“Macosko说。“他一直在思考同样的事情我已经两年了。人类有不同的方法解决问题,真是太酷了,看他是如何做到的。”

每个开发团队使用小珠子的方式提供大量不同的DNA条形码到成千上万的纳米级同时水滴。

感谢韦茨的技术,这两种方法都能够使用微流体设备co-encapsulate细胞在这些液滴的珠子。水滴中创建一个小生产线,流沿着通道人类头发的宽度。

珠条形码被附加到每个细胞的基因,所以,科学家可以序列的基因所有仍在一个批处理和跟踪它来自每个基因的细胞。

Macosko和克莱因以不同的方式使他们的珠子。水滴得到分解过程中不同的步骤。其他方面的化学发散。但结果是一样的。

运行一个批处理后的细胞通过Drop-seq或inDrops,科学家”可以看到整个样本的基因表达,可以由每个细胞,”克莱恩说。

他们可以利用计算机软件发现的模式,包括细胞有类似的基因表达谱。这提供了一种方法来分类细胞类型的原始组织,可能发现新的资源。

当前的方法使研究人员产生96单细胞表达谱为几千美元一天。相比之下,Drop-seq使每天10000概要6.5美分。

“如果你是一个生物学家,一个有趣的问题,这种方法可能一束光照耀在问题没有破产,“Macosko说。“它最终使基因表达在细胞层面上分析并且易于访问。我认为这是很多领域的生物学家将希望使用。”

而不是相互竞争,团队认为,有两个选项在Drop-seq和inDrops将科学界中获益。

“每个方法都有独特的元素,使其更好的为不同的应用程序。生物学家可以选择哪一个是最适合他们,“Macosko说。

McCarroll, Macosko和他们的同事们感到兴奋与Drop-seq探索大脑。

运气好的话,这将包括发现新细胞,构建一个全球架构的大脑细胞类型和理解大脑发育和功能与疾病。

他们想追求的问题是:是什么使得大脑的所有细胞类型的工作吗?这些细胞类型都有不同的功能和如何对刺激的反应吗?细胞群所缺失或故障在精神分裂症、自闭症和其他障碍的大脑吗?

细胞类型分类听起来没有那么的激动人心,乔舒亚•赛恩斯说,分子和细胞生物学的教授杰夫·c·塔尔和保罗·j·芬尼根家族中心主任在哈佛大学脑科学和Drop-seq论文的合著者,但它奠定了基础映射神经元电路和一天能够探测的神秘“湿件”的大脑产生的思想,情感和行为。

在短期,Sanes——期待完成目录小鼠视网膜的细胞类型。Drop-seq已经透露了几个新的。

柯式,克莱因和他们的同事们,与此同时,对其他领域非常感兴趣,包括干细胞的发展。

“我们最初认为人口的细胞均匀真的有底座吗?“克莱因想知道;他试图找出通过研究免疫细胞和不同种类的成体干细胞。“什么是早期发展中干细胞的性质?这些细胞多能性状态赋予什么?基因表达更多的塑料或它有一个定义明确的状态不同于一个更成熟的细胞?它的命运是如何被确定的?”

使用inDrops,克莱恩和团队证实了之前的研究结果表明即使胚胎干细胞并不统一。他们发现先前未被发现的细胞类型的人口研究,以及细胞中间阶段,他们怀疑是将从一种类型转换为另一个。

虽然两队兴奋的他们和其他研究人员将获得大量的数据从Drop-seq inDrops,他们意识到大量的信息提出了一个问题。

“我们有成千上万的细胞表达成千上万的基因。我们不能看20000年方向选择有趣的特性,”克莱恩说。

机器学习可以做一些,和团队已经使用新的统计技术。不过,柯式呼吁数学家和计算机科学家开发新想法如何分析和提取有用的信息关于我们的生物学从堆积如山的数据是在地平线上。