科学探索|新综合地图将每个人类基因跟它的功能联系起来新综合地图将每个人类基因跟

人类基因组计划(The Human Genome Project)是一项雄心勃勃的举措，旨在对人类的每一块DNA进行排序。该项目吸引了来自世界各地研究机构的合作者--其中包括麻省理工学院(MIT)的怀特海生物医学研究所--并最终于2003年完成。
现在，二十多年过去了，MIT教授Jonathan Weissman及其同事已经超越了序列并提出了人类细胞中表达的基因的第一个全面功能图。这个项目的数据于6月9日在线发表在《Cell》上，其将每个基因跟它在细胞中的工作联系起来，这代表了多年来在单细胞测序方法Perturb-seq上合作的结晶。

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这些数据可供其他科学家使用。Weissman说道：”这是一个很大的资源，就像人类基因组是一个很大的资源一样，你可以进去做基于发现的研究。你不必提前定义你要研究的生物学，你有这个基因型-表型关系图，你可以进去筛选数据库，而不必做任何实验。”据悉，他还是怀特海研究所的成员和霍华德-休斯医学研究所的调查员。
这使得研究人员得以深入研究各种生物学问题。他们用它来探索功能未知的基因对细胞的影响、研究线粒体对压力的反应并筛选出导致染色体丢失或增加的基因，这种表型在过去被证明很难研究。“我认为这个数据集将使那些来自生物学其他领域的人能够进行各种我们甚至还没有想到的分析，突然间他们就有了这个可以利用的东西，”这项研究的论文共同第一作者、前魏斯曼实验室博士后Tom Norman说道。
开创性Perturb-seq方法
该项目利用的Perturb-seq方法使得科学家们有可能以前所未有的深度跟踪开启或关闭基因的影响。这种方法由包括魏斯曼和MIT教授Aviv Regev在内的一组研究人员于2016年首次发表，不过它只能用于小规模的基因集且花费巨大。
大量的Perturb-seq图谱是由Joseph Replogle的基础工作促成，他是Weissman实验室的医学博士生，也是本论文的第一作者之一。Replogle与Norman、Britt Adamson（普林斯顿大学分子生物学系的助理教授）及10x基因组学的一个小组合作着手创建一个可以扩大规模的新版Perturb-seq 。研究人员于2020年在《Nature Biotechnology》上发表了一篇概念验证的论文。
Perturb-seq方法使用CRISPR-Cas9基因组编辑将遗传变化引入细胞，然后使用单细胞RNA测序来捕获有关因特定遗传变化而表达的RNA的信息。由于RNA控制着细胞行为方式的所有方面，这种方法可以帮助解读基因变化的许多细胞效应。
自他们最初的概念验证论文以来，Weissman、Regev及其他人已经在更小的范围内使用这种测序方法。如研究人员在2021年使用Perturb-seq来探索人类和病毒基因在感染HCMV（一种常见的疱疹病毒）的过程中如何互动。
在新研究中，Replogle和包括Weissman实验室的研究生和该论文的共同第一作者Reuben Saunders在内的合作者将该方法扩大到整个基因组。他使用人类血癌细胞系以及来自视网膜的非癌细胞、对超过250万个细胞进行了Perturb-seq并利用这些数据建立了一个将基因型和表型联系起来的全面地图。
深入研究数据
在完成筛选后，研究人员决定将他们的新数据集投入使用并着手研究一些生物学问题。Tom Norman指出：“Perturb-seq的优势在于它可以让你以一种无偏见的方式获得一个大数据集。没有人完全知道你能从这种数据集中得到的极限是什么。现在问题是，你实际上用它做什么？”
第一个最明显的应用是研究具有未知功能的基因。因为该屏幕也读出了许多已知基因的表型，研究人员可以用这些数据来比较未知基因和已知基因并寻找类似的转录结果，这可能表明这些基因产品作为一个更大的复合物的一部分一起工作。