基因活動數據庫可以節省數千只老鼠
這些數據發表于Nature Communications，可通過在線應用程序獲得，顯示每種小鼠基因(超過45,000種基因)在十種不同疾病的小鼠血液中的活性。對于涉及肺的六種疾病，還檢查了來自肺的樣品。
以前，研究人員必須創建，感染，剔除，從小鼠中獲取樣本并提取和測序RNA以研究他們感興趣的基因。使用實驗室為本研究創建的新應用程序，研究人員將能夠檢查在不需要自己的小鼠的情況下，任何基因在一系列疾病中的活性。這可以防止數千只小鼠被用于個體實驗。
由Crick集團領導人Anne O'Garra領導并由Christine Graham協調的研究團隊與來自Crick，UK和USA的許多合作者一起工作。他們使用新一代測序技術'RNA-seq'來測量不同疾病的基因活性。由于基因需要將其DNA轉錄為RNA才能發揮作用，因此分析RNA可以揭示每種基因的活性 - 在這種情況下是在感染或過敏原激發后。
“基因活動可以向我們展示身體對感染和過敏原的反應，”安妮解釋說。“有數千種基因參與任何免疫反應，因此我們實驗室的生物信息學博士后Akul Singhania使用的生物信息學方法將基因聚類成模塊。這些模塊代表共同調節的基因簇，通常可以注釋確定它們的功能和已知的生理作用。例如，在38個肺模塊中有一個與過敏相關的模塊，僅在過敏模型中看到，包含100多個基因和另一個與含有200多個基因的T細胞相關的模塊。
“通過對肺組織和血液進行測序，我們還可以看到血液中的免疫反應如何反映肺部的局部反應，反之亦然。這將有助于我們了解我們可以從血液中的遺傳特征中學到什么，因為對于大多數疾病，醫生無法從患者身上獲得肺部樣本。“
使用新的應用程序，各地的研究人員可以查找感染了一系列病原體的小鼠的肺和血液中的基因活性：寄生蟲弓形蟲，流感病毒和呼吸道合胞病毒(RSV)，細菌伯克霍爾德氏菌(Burkholderia pseudomallei)，真菌白色念珠菌，或過敏原，屋塵螨。他們還可以看到李斯特菌，小鼠巨細胞病毒，瘧疾寄生蟲Plasmodium chabaudi chabaudi或慢性伯克霍爾德氏菌感染的小鼠血液中的基因活性。
在該研究中，研究小組分析了與這些疾病相關的遺傳特征，以幫助了解免疫反應。他們在肺部發現了廣泛的免疫反應，其中離散模塊由與I型或II型干擾素，IL-17或過敏型反應相關的基因主導。已知I型干擾素響應病毒而釋放，而II型干擾素(IFN-g)激活吞噬細胞以殺死細胞內病原體，IL-17吸引中性粒細胞引起早期炎癥免疫應答。有趣的是，干擾素基因特征在血液模塊中與肺相似，但IL-17和過敏反應則不然。
令人驚訝的是，與I型干擾素相關的基因在感染弓形蟲寄生蟲的小鼠的肺和血液中都具有高活性，并且在對伯克霍爾德氏菌(Burkholderia pseudomallei)細菌的反應中也觀察到，盡管程度較小。這挑戰了I型干擾素相關基因必然指示病毒感染的觀點，正如實驗室先前在結核病中所顯示的那樣。
“我們發現沒有干擾素通路功能的小鼠對抗弓形蟲感染的能力較差。對于I型和II型干擾素來說，這種情況都是相互關聯的。我們發現兩者都起著關鍵作用。寄生蟲部分是通過控制血液中的中性粒細胞，大量的中性粒細胞會對宿主造成傷害。“
從過時到機會
該研究項目于2009年開始，采用稱為微陣列的技術檢測肺和血液樣本中的基因活性，幾乎已經完成并準備在2015年前進行分析。微陣列是一種成熟的技術，但必要的試劑突然停止在Z終樣品處理之前由制造商提供。沒有完成測序的設備，項目就遇到了麻煩。
由于這種微陣列技術不再可能，團隊需要采用不同的方法。目前，一種名為RNA-Seq的技術已經上市，為量化基因活動提供了更好的方法。
在Anne和制造商之間的談判之后，她的團隊提供了的RNA-Seq試劑，從2016年底開始重新處理樣品。它們還為生成的大量數據提供了存儲空間。
由于來自微陣列實驗的組織和血液樣品都被冷凍儲存，安妮實驗室的Christine Graham能夠回到相同的樣品并再次英雄處理它們，這次是用于RNA測序。由于樣品的優良儲存，這可以在不使用其他動物的情況下實現。盡管對Christine來說耗費時間和工作量很大，但到2018年，團隊仍然擁有所需的所有測序數據。
隨著大量數據的處理，Akul Singhania開始著手解決這一切。利用的生物信息學技術，他將數千個基因和數百萬個數據點聚集成一個有意義的視覺形式，我們將其稱為模塊，并創建應用程序以使任何人都可以訪問數據。
“項目開始十年后，我們現在擁有一個基因表達的開放存取資源，上任何人都可以使用它來查找自己喜歡的基因，并看看它們是否受到I型或II型干擾素信號傳導的調控，”Anne說。 。“沒有人說科學很容易，但這當然是值得的。”
