“我們認(rèn)為，我們正在進(jìn)行的以過(guò)程為導(dǎo)向、以模型為驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，可以更好地理解酵母中的細(xì)胞分裂，對(duì)未來(lái)是有幫助的。為幫助其他研究人員在其他項(xiàng)目中采用高通量方法提供了指導(dǎo)原則。”
—— Peccoud
2020年5月26日，一個(gè)來(lái)自科羅拉多州立大學(xué)的研究小組Virginia Tech和GenoFAB（一家專(zhuān)注于高通量實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的云計(jì)算公司），完成了一項(xiàng)與酵母細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂相關(guān)的基因調(diào)控的定量實(shí)驗(yàn)。
這項(xiàng)高通量工業(yè)規(guī)模的研究，關(guān)注36個(gè)細(xì)胞周期相關(guān)基因(從6589個(gè)突變體中精心挑選)的630個(gè)相互作用，旨在建立一個(gè)更強(qiáng)大的細(xì)胞周期調(diào)控?cái)?shù)學(xué)模型，并以此作為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)大規(guī)模生物實(shí)驗(yàn)的依據(jù)。在 NPJ (NaturePartner Journals) Systems Biology and Applications上，在線(xiàn)發(fā)表了這項(xiàng)工作，大大提高了大規(guī)模生物系統(tǒng)研究的數(shù)據(jù)可重復(fù)性。
科學(xué)家們關(guān)注酵母的內(nèi)部工作機(jī)制，在了解細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)制方面取得了顯著進(jìn)展。與此同時(shí)，研究人員努力將“小范圍深挖掘”(簡(jiǎn)化論)與“廣撒網(wǎng)”(系統(tǒng)生物學(xué))的方法結(jié)合起來(lái)。為此，研究人員使用了數(shù)學(xué)建模，但一直受到數(shù)據(jù)稀缺、數(shù)據(jù)質(zhì)量差和缺乏可重復(fù)性的限制。
這種龐大的工作量不得不借助一套儀器和軟件，能夠以一種快速、可靠和高效的方式，進(jìn)行大規(guī)模微生物遺傳學(xué)的高通量篩選和復(fù)制。Singer Instruments公司很高興支持科羅拉多州立大學(xué)使用ROTOR及配套設(shè)備進(jìn)行基因篩選，其中PhenoBooth菌落分析工作站，以及四分體分離解決方案，貫穿該項(xiàng)目的所有階段。
研究人員研究了合成致死雙突變體，這是一種酵母突變體，由于親代細(xì)胞和子代細(xì)胞的位點(diǎn)存在細(xì)小差異，不可避免地會(huì)出現(xiàn)表達(dá)錯(cuò)誤，因此嚴(yán)重影響細(xì)胞繁殖。當(dāng)攜帶兩種不同基因缺失的可育酵母細(xì)胞與能生長(zhǎng)和存活的產(chǎn)生雙突變的細(xì)胞交配，就會(huì)出現(xiàn)合成致死突變。
Levadura生物技術(shù)公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼科學(xué)官Alex Hutagalung評(píng)論說(shuō)：“合成致死從來(lái)都不是一個(gè)簡(jiǎn)單的表型，大規(guī)模篩選中的多樣性常常給研究人員和建模者帶來(lái)重大挑戰(zhàn)，樂(lè)觀的是，用ROTOR高通量篩選工作站完成龐大的工作量給了實(shí)驗(yàn)員更多的時(shí)間去思考實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，最重要的是，每個(gè)相互作用都是獨(dú)立于篩選進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)做的非常嚴(yán)密。”
新技術(shù)的出現(xiàn)使科學(xué)進(jìn)入了新的發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域。使用像CRISPR這樣的強(qiáng)大技術(shù)，意味著可以收集更多的細(xì)胞大小的數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)集將以數(shù)量級(jí)增加。
Peccoud說(shuō)：“我們對(duì)未來(lái)工作的展望是進(jìn)一步專(zhuān)注于大規(guī)模實(shí)驗(yàn)表型，以細(xì)化的工作流和數(shù)據(jù)分析方法，不斷增加數(shù)據(jù)的可用性。未來(lái)實(shí)驗(yàn)生物學(xué)的新數(shù)據(jù)量宏大，我們不可能一直測(cè)試，但應(yīng)該有可能基于一些挑戰(zhàn)性的場(chǎng)景，比如這里描述的合成致命雜交，來(lái)開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)”。該團(tuán)隊(duì)后期將會(huì)把這項(xiàng)工作擴(kuò)展到多種基因的相互作用中去。
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