今天的基因工程師擁有大量資源可供使用：在線可用的海量數(shù)據(jù)集數(shù)量不斷增加，CRISPR 等高精度基因編輯工具，以及廉價(jià)的基因測(cè)序方法。但是新技術(shù)的擴(kuò)散并沒有伴隨著清晰的路線圖來幫助研究人員弄清楚要針對(duì)哪些基因、使用哪些工具以及如何解釋他們的結(jié)果。因此，哈佛 Wyss 生物啟發(fā)工程研究所、哈佛醫(yī)學(xué)院 (HMS) 和麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的一組科學(xué)家和工程師決定制作一個(gè)。
Wyss 團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)用于執(zhí)行基因篩選研究的集成管道，包括從識(shí)別感興趣的目標(biāo)基因到快速有效地克隆和篩選它們的過程的每一步。該協(xié)議稱為基于測(cè)序的目標(biāo)確定和模塊化擾動(dòng)篩選 (STAMPScreen)，在Cell Reports Methods 中有描述，相關(guān)的開源算法可在 GitHub 上找到。
“STAMPScreen 是一種簡(jiǎn)化的工作流程，使研究人員可以輕松識(shí)別感興趣的基因并進(jìn)行基因篩選，而無需猜測(cè)使用哪種工具或進(jìn)行哪些實(shí)驗(yàn)來獲得他們想要的結(jié)果，”通訊作者 Pranam Chatterjee 博士說。 D.，麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的前研究生，現(xiàn)在是 HMS 和 Wyss 研究所的 Carlos M. Varsavsky 研究員。“它與許多現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)完全兼容，我們希望許多科學(xué)家能夠利用 STAMPScreen 來節(jié)省時(shí)間并提高他們的結(jié)果質(zhì)量。”
挫折是發(fā)明之母
Chatterjee 和該論文的共同第一作者 Christian Kramme 感到沮喪。兩位科學(xué)家試圖通過結(jié)合數(shù)字方法(想想算法)和基因工程(想想基因測(cè)序)的優(yōu)勢(shì)，探索生物學(xué)不同方面的遺傳基礎(chǔ)——比如生育、衰老和免疫。但是他們不斷遇到他們使用的各種工具和協(xié)議的問題，這在科學(xué)實(shí)驗(yàn)室中很常見。
旨在篩選生物體基因以識(shí)別對(duì)給定生物過程有重大影響的基因的算法可以判斷基因的表達(dá)模式何時(shí)發(fā)生變化，但沒有提供對(duì)這種變化原因的任何洞察。當(dāng)他們想在活細(xì)胞中測(cè)試候選基因列表時(shí)，并不清楚他們應(yīng)該進(jìn)行哪種類型的實(shí)驗(yàn)。許多可用于將基因插入細(xì)胞并對(duì)其進(jìn)行篩選的工具既昂貴又耗時(shí)且不靈活。
“我使用稱為 Golden Gate 和 Gateway 的方法將基因克隆到載體中進(jìn)行篩選實(shí)驗(yàn)，我花了幾個(gè)月和數(shù)千美元來克隆 50 個(gè)基因。并且使用 Gateway，我無法對(duì)基因進(jìn)行物理編碼以識(shí)別哪個(gè)基因進(jìn)入哪個(gè)載體，這是我基于下游測(cè)序的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要求。我們認(rèn)為必須有更好的方法來進(jìn)行此類研究，當(dāng)我們找不到方法時(shí)，我們接受了自己創(chuàng)建它的挑戰(zhàn)，”Wyss Institute 和 HMS 的研究生 Kramme 說。 ,
Kramme 與共同第一作者和 Church 實(shí)驗(yàn)室成員 Alexandru Plesa 合作，他在為他的項(xiàng)目制作基因載體時(shí)遇到了同樣的挫折。Kramme、Plesa 和 Chatterjee 隨后著手概述制作一個(gè)端到端基因篩查平臺(tái)所需的條件，該平臺(tái)適用于他們所有的項(xiàng)目，從蛋白質(zhì)工程到生育和衰老。
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