华大生命科学研究院

CNS“大满贯”!华大联合多方研究成果接连发表于顶级学术期刊

发布日期:2022/09/21

3月,中科院和华大等机构将人类的皮肤细胞诱导为体外“最年轻”的全能干细胞,相关成果发表于Nature

4月,华大联合国内外科研机构绘制的全球首个非人灵长类动物全细胞图谱发表于Nature

5月,华大联合中科院等机构基于时空组学Stereo-seq技术构建的小鼠胚胎发育时空图谱以封面文章的形式发表于Cell

9月,华大联合广东省人民医院、武汉大学等机构构建的全球首个蝾螈脑再生时空图谱成为Science背靠背封面文章!


短短半年内,相关成果已连续四次在《细胞》(Cell)、《自然》(Nature)和《科学》(Science)三大顶级学术期刊发表,实现大满贯。而华大在单细胞测序技术和时空组学技术两个核心工具上的突破,让研究者得以用全新的视角观察生命,成为高水平文章发表的基石。


下面,就让小编带着大家一起回顾这些重磅内容吧~


-Nature-

全能干细胞诱导&非人灵长类全细胞图谱


今年3月22日,中科院和华大等多家机构,通过体细胞诱导培养出了类似受精卵发育3天状态的人类全能干细胞(点击跳转原文),研究成果刊登于国际顶级学术期刊《自然》(Nature)。10年前,诺贝尔生理学或医学奖颁发给了将成熟体细胞诱导为多能干细胞的日本科学家山中伸弥。彼时得到的多能干细胞仅相当于受精卵发育5-6天的状态,而本研究获得的是相当于受精卵发育3天的胚胎细胞,比诺奖诱导的干细胞提前了2-3天!正是这2-3天的差距,让诱导得到的细胞从多能干细胞变成了全能干细胞。这也是迄今为止在体外获得的最年轻的人类细胞,具备非常强的发育潜力。


这项研究将帮助我们解开人类胚胎早期发育的密钥,也许在未来的某一天,取一小块患者的皮肤,我们就能定向培养出其所需要的器官。这将对器官短缺、异体和

异种移植排斥反应等全球性问题有重大意义。

此项研究的突破得益于单细胞测序技术的进步。过去,要完成同样的实验,研究人员需要对成千上万个细胞进行处理,且成功概率只有不到百分之十五。而如今,基于华大自主开发的单细胞建库测序平台DNBelab C4和DNBSEQ测序技术,科学家能够以低成本、高灵敏度、更准确的方法进行多维的分析,快速准确地得到具有潜能的细胞。


4月13日,华大联合国内外机构绘制的全球首个非人灵长类动物全细胞图谱(点击跳转原文),也于《自然》(Nature)发表。


研究人员通过对猕猴的45个组织或器官的约114万个细胞进行单细胞测序后,获得了全球首个非人灵长类动物全身器官细胞图谱,图片中的113种颜色分别代表了猕猴的113种细胞。

这张神奇的“地图”将被用于物种进化、人类疾病以及药物评价和筛选相关的研究,为生物医学发展提供一个基础性的资源和工具,为疾病诊疗、靶向药物开发提供助力,为人类更好地探究生命的进化提供可能。
与诱导获得全能干细胞的底层技术相同,这张 “地图”的绘制也离不开单细胞测序技术的进步,测序成本的下降让全球的生命科学研究者能够更快、更准确地获取宝贵的数据资源。


-Cell-
全球首批生命全景地图

2022年5月,华大等机构依托自主研发的时空组学Stereo-seq技术,首次绘制了四种模式生物胚胎发育或器官的时空图谱。其中,小鼠胚胎发育时空图谱相关成果以封面文章形式发表于《细胞》(Cell(点击跳转原文)

时空组学Stereo-seq技术如同一台同时兼具超广角和百亿像素的“生命照相机”,能够完整“拍到”组织里每个细胞的基因信息和空间位置。

利用这台“生命照相机”,科学家记录了小鼠如何在母亲体内一步步发育出了复杂的器官,成果将为哺乳动物发育研究提供重要的数据参考,推动我们更好地认识胚胎成长和器官发生,也为出生缺陷相关研究提供指导。
为促进时空组学在生命科学各个领域的广泛应用,华大研究院等机构发起了时空组学联盟。目前,已有哈佛大学、剑桥大学、牛津大学等来自25个国家的超过120位科学家加入该联盟。

-Science-
全球首个脑再生时空图谱

2022年9月2日,华大联合广东省人民医院、武汉大学机构共同完成的首个蝾螈脑再生时空图谱以背靠背封面文章的形式发表于《科学》(Science(点击跳转原文),这也是全球首个脑再生时空图谱。


人类大脑在受伤之后,很难自行恢复,那蝾螈为什么可以?

为解答这个问题,研究团队首先对大脑是如何发育来的进行了研究,通过时空组学技术Stereo-seq,科学家“拍摄”了蝾螈脑发育6个重要时期的时空图谱,结果发现蝾螈脑从青少年时期就开始特化出具有空间区域特征的神经干细胞亚型。
紧接着,研究团队对蝾螈脑的皮层区域进行机械损伤手术,并在损伤后的第2、5、10、15、20、30及60天,同样使用时空组学技术记录了蝾螈大脑从损伤到再生完成的过程,并且也在伤口损伤早期发现了新的神经干细胞亚群。
通过对比两个阶段,科学家发现神经元的形成过程在蝾螈脑发育和再生中是高度相似的,或许脑损伤诱导了蝾螈神经干细胞逆向转化,回到发育时期的年轻化状态,以启动再生过程。
蝾螈在进化上相较于其他硬骨鱼类更高等,与哺乳动物脑结构具有更高的相似度。同时,它的基因编码序列与人类极其相似,研究蝾螈脑再生的启动机制,发现其中的关键基因,或将为人类神经系统损伤或退行性疾病的修复提供重要指导

-结语-

科研成果接连登上顶级期刊,有赖于华大核心技术与工具的突破。
单细胞测序技术让基因组从分子生物学走向了细胞生物学。过去,科研人员通过显微镜、染色和免疫组化的方式,只能认识 100 多种细胞,但实际上人体的细胞种类远远超过这个数量级。
2019 年,华大开发出了DNBelab C4,这是一个基于微流控的设备,能实现数万个单细胞的测序。所以今天华大在做单细胞测序时,能达到数十万,甚至百万级别的细胞量。
如果说单细胞技术能让我们以单个细胞的视角来观察组织,那时空组学技术则帮助我们用更全面的视角理解生命。
过去,人类用显微镜观察生命,只能看到细胞的形态而没有分子、机制层面的解释;有了DNA测序技术后,我们得到了DNA分子信息,却失去了结构信息。时空组学技术在人类认知生命史上,第一次把结构和功能进行了整合。因此,时空组学技术也被称为生命科学领域的第三次科技革命。
生命科学研究工具的进步,让我们对自身、对生老病死、对万物生长的认知在今天进入了一个全新的时代。未来,华大必将携手全世界的科研工作者,共同推动器官图谱、疾病病理、个体发育和生命演化等方向的全面发展。

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