這些數(shù)據(jù)發(fā)表于Nature Communications，可通過(guò)在線應(yīng)用程序獲得，顯示每種小鼠基因(超過(guò)45,000種基因)在十種不同疾病的小鼠血液中的活性。對(duì)于涉及肺的六種疾病，還檢查了來(lái)自肺的樣品。

以前，研究人員必須創(chuàng)建，感染，剔除，從小鼠中獲取樣本并提取和測(cè)序RNA以研究他們感興趣的基因。使用實(shí)驗(yàn)室為本研究創(chuàng)建的新應(yīng)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(shù)千只小鼠被用于個(gè)體實(shí)驗(yàn)。

由Crick集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)人Anne O'Garra領(lǐng)導(dǎo)并由Christine Graham協(xié)調(diào)的研究團(tuán)隊(duì)與來(lái)自Crick，UK和USA的許多合作者一起工作。他們使用新一代測(cè)序技術(shù)'RNA-seq'來(lái)測(cè)量不同疾病的基因活性。由于基因需要將其DNA轉(zhuǎn)錄為RNA才能發(fā)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(guò)敏原激發(fā)后。

“基因活動(dòng)可以向我們展示身體對(duì)感染和過(guò)敏原的反應(yīng)，”安妮解釋說(shuō)。“有數(shù)千種基因參與任何免疫反應(yīng)，因此我們實(shí)驗(yàn)室的生物信息學(xué)博士后Akul Singhania使用的生物信息學(xué)方法將基因聚類成模塊。這些模塊代表共同調(diào)節(jié)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(gè)肺模塊中有一個(gè)與過(guò)敏相關(guān)的模塊，僅在過(guò)敏模型中看到，包含100多個(gè)基因和另一個(gè)與含有200多個(gè)基因的T細(xì)胞相關(guān)的模塊。

“通過(guò)對(duì)肺組織和血液進(jìn)行測(cè)序，我們還可以看到血液中的免疫反應(yīng)如何反映肺部的局部反應(yīng)，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(xué)到什么，因?yàn)閷?duì)于大多數(shù)疾病，醫(yī)生無(wú)法從患者身上獲得肺部樣本。“

使用新的應(yīng)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(xì)菌伯克霍爾德氏菌(Burkholderia pseudomallei)，真菌白色念珠菌，或過(guò)敏原，屋塵螨。他們還可以看到李斯特菌，小鼠巨細(xì)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(guān)的遺傳特征，以幫助了解免疫反應(yīng)。他們?cè)诜尾堪l(fā)現(xiàn)了廣泛的免疫反應(yīng)，其中離散模塊由與I型或II型干擾素，IL-17或過(guò)敏型反應(yīng)相關(guān)的基因主導(dǎo)。已知I型干擾素響應(yīng)病毒而釋放，而II型干擾素(IFN-g)激活吞噬細(xì)胞以殺死細(xì)胞內(nèi)病原體，IL-17吸引中性粒細(xì)胞引起早期炎癥免疫應(yīng)答。有趣的是，干擾素基因特征在血液模塊中與肺相似，但I(xiàn)L-17和過(guò)敏反應(yīng)則不然。

令人驚訝的是，與I型干擾素相關(guān)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(duì)伯克霍爾德氏菌(Burkholderia pseudomallei)細(xì)菌的反應(yīng)中也觀察到，盡管程度較小。這挑戰(zhàn)了I型干擾素相關(guān)基因必然指示病毒感染的觀點(diǎn)，正如實(shí)驗(yàn)室先前在結(jié)核病中所顯示的那樣。

“我們發(fā)現(xiàn)沒(méi)有干擾素通路功能的小鼠對(duì)抗弓形蟲感染的能力較差。對(duì)于I型和II型干擾素來(lái)說(shuō)，這種情況都是相互關(guān)聯(lián)的。我們發(fā)現(xiàn)兩者都起著關(guān)鍵作用。寄生蟲部分是通過(guò)控制血液中的中性粒細(xì)胞，大量的中性粒細(xì)胞會(huì)對(duì)宿主造成傷害。“

從過(guò)時(shí)到機(jī)會(huì)

該研究項(xiàng)目于2009年開(kāi)始，采用稱為微陣列的技術(shù)檢測(cè)肺和血液樣本中的基因活性，幾乎已經(jīng)完成并準(zhǔn)備在2015年前進(jìn)行分析。微陣列是一種成熟的技術(shù)，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(méi)有完成測(cè)序的設(shè)備，項(xiàng)目就遇到了麻煩。

由于這種微陣列技術(shù)不再可能，團(tuán)隊(duì)需要采用不同的方法。目前，一種名為RNA-Seq的技術(shù)已經(jīng)上市，為量化基因活動(dòng)提供了更好的方法。

在Anne和制造商之間的談判之后，她的團(tuán)隊(duì)提供了的RNA-Seq試劑，從2016年底開(kāi)始重新處理樣品。它們還為生成的大量數(shù)據(jù)提供了存儲(chǔ)空間。

由于來(lái)自微陣列實(shí)驗(yàn)的組織和血液樣品都被冷凍儲(chǔ)存，安妮實(shí)驗(yàn)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(cè)序。由于樣品的優(yōu)良儲(chǔ)存，這可以在不使用其他動(dòng)物的情況下實(shí)現(xiàn)。盡管對(duì)Christine來(lái)說(shuō)耗費(fèi)時(shí)間和工作量很大，但到2018年，團(tuán)隊(duì)仍然擁有所需的所有測(cè)序數(shù)據(jù)。

隨著大量數(shù)據(jù)的處理，Akul Singhania開(kāi)始著手解決這一切。利用的生物信息學(xué)技術(shù)，他將數(shù)千個(gè)基因和數(shù)百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)聚集成一個(gè)有意義的視覺(jué)形式，我們將其稱為模塊，并創(chuàng)建應(yīng)用程序以使任何人都可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)。

“項(xiàng)目開(kāi)始十年后，我們現(xiàn)在擁有一個(gè)基因表達(dá)的開(kāi)放存取資源，上任何人都可以使用它來(lái)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(hào)傳導(dǎo)的調(diào)控，”Anne說(shuō)。 。“沒(méi)有人說(shuō)科學(xué)很容易，但這當(dāng)然是值得的。”