當(dāng)一個細胞變得與鄰近細胞不同的時候，皮膚、肌肉、肝臟或其他類型的組織中就會出現(xiàn)癌癥。雖然生物學(xué)家對于“發(fā)育過程中組織是如何形成的”這個問題已經(jīng)了解很多，但很少有人知道，在動物的整個生命周期中同一組織的兩個細胞是如何保持相同的。

zui近，美國馬里蘭大學(xué)（UMD）的一個研究小組發(fā)現(xiàn)，一種命名為ERI-1的調(diào)節(jié)蛋白，有助于確保組織中的所有細胞保持相同。這項研究涉及到發(fā)育生物學(xué)家和計算機科學(xué)家之間的合作，后者通過機器學(xué)習(xí)分析貢獻了他們的專長。這一發(fā)現(xiàn)可以使生物學(xué)家更進一步了解一些癌癥和其他與年齡有關(guān)的疾病。

這項研究是*次在整體動物（秀麗隱桿線蟲，Caenorhabditis elegans）中進行的，而不是培養(yǎng)細胞，發(fā)表在2016年8月1日的《Journal of Cell Biology》雜志。研究人員的方法揭示了一種重要的機制，動物通過這一機制來保持一致的基因表達模式。該研究團隊使用的機器學(xué)習(xí)軟件，對于快速和清楚地識別數(shù)據(jù)中的復(fù)雜模式，是*的。

本文資深作者、UMD細胞生物學(xué)和分子遺傳學(xué)系助理教授Antony Jose指出：“細胞可能看起來都一樣，而且行為相同，但為什么呢？例如，肝臟充滿了肝細胞，并沒有任何心臟細胞。要維持一個組織，需要發(fā)生太多的事情。這是一個顯而易見的基本問題?，F(xiàn)在，我們提出了一個答案，可有助于加深我們對于年齡相關(guān)疾病的理解。”

結(jié)果表明，重復(fù)DNA片段的長部分的讀取，在細胞與細胞之間有所不同。研究人員發(fā)現(xiàn)，在健康的組織中，ERI-1可通過確保每個細胞在同一水平表達它們的基因，來規(guī)范這些差異。當(dāng)研究人員在線蟲中關(guān)閉產(chǎn)生ERI-1的基因時，基因表達的異?；祀s出現(xiàn)在線蟲的腸道內(nèi)。

Jose說：“為了了解這些過程，我們需要在整個動物中測量單細胞的差異。我們必須知道，哪些細胞與哪些細胞相關(guān)，并同時測量組織內(nèi)所有細胞的各種屬性。從技術(shù)上講，實現(xiàn)這一目標是非常困難的。但是如果你不能在整個動物的背景下，就很難充分地回答這些問題。”

為了實現(xiàn)這一復(fù)雜的分析，Jose和他的同事們形成了一種意想不到的合作。本文*作者Hai Le——Jose實驗室的一名大學(xué)生，現(xiàn)在是約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一名學(xué)生，在2012年UMD的Bioscience Day會議上提交了一張海報。未來的合作者、UMD語言研究中心的Michael Bloodgood順便討論了Le的工作。這兩位研究人員很快就認識到了機器學(xué)習(xí)促進Le和Jose分析的潛力。

Jose說：“例如，語言學(xué)家使用機器學(xué)習(xí)來比較文本塊，以確定名詞和動詞，分析句子結(jié)構(gòu)，并確定平均字的長度。Hai和Michael認識到，我們可以使用相同的技術(shù)來分析腸細胞中的基因表達。”

機器學(xué)習(xí)軟件可以揭示人類肉眼看不到的復(fù)雜模式。顧名思義，該軟件可以尋找特定的模式，也可以從經(jīng)驗中“學(xué)習(xí)”，讓每一個后續(xù)的分析都變得更有效。使用這種方法，研究人員能夠快速進行客觀的比較，使用其他方法這是不可能的。

研究人員選擇了線蟲，因為它是一種簡單的生物，可以很容易地在細胞水平上進行研究，同時它還活著，點擊閱讀更多以線蟲為模型的研究：Jose指出，他們的技術(shù)是廣泛適用的，并可以被修改成適用于其他基因和不同的組織。Jose說：“抗癌藥物的作用通常是在培養(yǎng)的細胞中檢測的。我們的研究表明，動物體外的細胞研究可能會錯過很多東西。例如，培養(yǎng)的細胞可能在基因表達上顯示出差異，但是在一個完整的動物中卻被除去。我相信，我們的研究結(jié)果可能會讓我們對于‘如何在細胞培養(yǎng)條件下模仿一個完整的動物’的思維有所轉(zhuǎn)變。”

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