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EBI单细胞基因组学中心 (EBI Single-Cell Genomics Centre) 简介

桑格研究所 (Sanger institute)EBI单细胞基因组学中心 (EBI Single-Cell Genomics Centre) 


这个组学中心在官网上对单细胞基因组问题做了一些简单阐述,总结来看就是把所有测序技术加上了单细胞这个概念,然后算法、技术之类都要相应的为提高分辨率而服务,科学因此随着技术的进步而飞跃。

我们对发育中的生物体中基因组突变的性质和速度的认识还很粗浅。 此外,这些混合体细胞变异对表型和疾病病因学的贡献仍然未知。传统方法中,我们对从一群细胞中提取的 DNA 进行测序,这样不仅丢失了单个细胞的基因组成,而且细胞中的新突变也被整体信号有效地隐藏起来。单细胞基因组分析克服了这些问题。

  • 单细胞基因组测序:我们正在开发单细胞基因组测序技术,以便能够发现整个 DNA 突变谱——包括获得倍性变化、非整倍体、拷贝数变异、结构变异、逆转录转座、内部突变和单核苷酸变异。 这项技术将回答正常发育过程中突变负担以及生殖遗传背景、生活方式、衰老和疾病对突变负担的影响等亟待解决的问题。

  • 单细胞表观组测序:表观基因组学机制使具有相同基因组的细胞的功能多样化,其研究对于理解细胞的身份和功能具有基础意义。 然而,我们目前的大部分理解来自于解释大型细胞群体的平均表观基因组特征,掩盖了细胞群体内的表观基因组变异。 我们正在开发单细胞表观基因组学技术,以克服这些限制,使发现和分类新的细胞亚群,未知的稀有细胞表观基因组曲目,并获得表观基因组维护和重编程的更深入的了解。

  • 单细胞转录组测序:我们正在开发湿实验室和计算方法来探索单个细胞的转录组,例如在复杂组织中发现新的细胞类型,探索细胞类型 / 细胞状态和涉及正常发育和疾病过程的分子过程,以及通过单细胞转录组的伪时序构建细胞分化的路线图。

一、主要项目

1. Wellcome Trust Strategic Award project:“透过单细胞基因追踪早期哺乳动物世系的决定” 
应用单细胞测序技术对小鼠移植后胚胎中的大多数细胞分析分子行为研究细胞分化决定机制。

Lewis Wolpert 有一句名言: 原肠胚形成是你生命中最重要的时刻。 在这个迷人的过程中,早期胚胎中的多能干细胞群产生了三个胚层,所有器官系统都是从这三个胚层发育而来的。 众所周知,细胞信号和转录网络调节原肠胚形成的各个方面,但确切的机制尚未在单细胞水平上进行研究。
Related parter:Wolf Reik, Sarah Teichmann, Berthold Gottgens, Harold Swerdlow, Thierry Voet, John Marioni

2. Wellcome Trust Strategic Award project: '我们胸腺中的侏儒: 细胞基因组学方法' 
研究 T 细胞。

胸腺上皮细胞 (Thymic epithelial cells,TEC) 通过杂乱地表达整个蛋白质编码基因序列的能力来避免自身免疫,这些蛋白质编码基因序列就像一个分子文库,用来筛选未成熟的 t 细胞。 通过对不同 TEC 亚群的转录组、表观基因组和蛋白质组的综合分析,可以对正常生理条件下选择耐受 t 细胞系的分子条件有一个系统级理解。
Related parter: Georg Hollander,Chris Ponting,John Marioni,Chris Schofield,Jon Chapman,Thierry Voet,Stephen Sansom

3. Wellcome Trust Technology development project: '单细胞基因组学的新的遗传、成像和微流体技术' 
单细胞技术研发。

将单细胞技术微型化,以纳米级和微微升级的液滴分室为单细胞廉价高通量处理铺平道路。
Related parter: Shankar Srinivas, Florian Hollfelder, Georg Hollander, John Marioni, Chris Ponting, Wolf Reik, Sarah Teichmann, Thierry Voet

二、技术支持部门 (Scientific Operation)

仔细看了一下单细胞基因组学中心下设的技术支持部门:Single Cell Genomics Core Facility,从分离细胞到测序一站式解决,不懂了还有团队指导服务。

而这个部门的背后也有一个终极技术支持:Illumina Bespoke Sequencing (Low Throughput),pipeline 搭建,测序和数据存储,特殊文库构建都有了。

这两个部门都来自机构的 Pipeline Groups,可以看到 single cell仅仅属于一块,大家有兴趣可以挖掘一下其他的 group,应该都是前沿机构。总之,国外在这方面做的真的很棒,也不知国内什么时候可以有类似机构平台可以这么到位,有机会一定要去国外这些科研机构感受一下做科研的乐趣。 



三、Single cell atlas 项目发起人之一 Sarah Teichmann

上期介绍了 Aviv Regev 的访谈故事,这期再介绍一下她的小伙伴,计算生物学家 Sarah Teichmann 大妈,先上图来感受一下大牛风采:

 


好吧,我更喜欢运动风的照片。。。



经历和实验室研究方向


图片来自 https://academictree.org/

博士导师为计算生物学家 Cyrus Chothia,2015 年被授予 ISCB Senior Scientist Award,Dan David Prize;她的师兄 Mark Bender Gerstein (h 指数 > 100)也在蛋白质构象方面做出杰出贡献。

有兴趣可以看看相关介绍: https://www.dandavidprize.org/laureates/2015/191-future-bioinformatics/758-dr-cyrus-chothia

博后的主要导师 Janet M. Thornton 是欧洲生物信息学研究所的资深科学家,结构生物信息学领域的世界领先研究人员之一,使用计算方法来了解蛋白质结构和功能。

真不愧是根正苗红的计算生物学家,真心佩服。

她主要的贡献是发现在蛋白质复合物组装中关键的生物物理机制,表明蛋白质复合物通过不同的、有序的途径组装,而这些组装通路在进化过程中是保守的,并且这些通路可以通过三维结构预测。
目前实验室的两个主要研究领域是转录因子和基因表达调控,以及蛋白质 - 蛋白质相互作用和蛋白质复合物组装。结合湿实验和计算生物学技术研究基因表达和蛋白质复合体的组装, 开发了两个相关数据库, 一个用于确定基因组中转录因子库, 另一个记录了蛋白质复合体结构功能涉及到的关键序列和结构变化。
当然还有单细胞相关的,大家可以自行翻阅论文。

四、cell crosstalk 访谈:The unstoppable Sarah Teichmann on programing, motherhood, and protein complex assembly


最后按照惯例,上一个访谈
Liz Gaskell | Published September 02, 2015

我们通过采访萨拉 · 泰克曼博士继续我们关于灵感——女科学家的系列报道。 Sarah 研究小组在英国剑桥的 EMBL-EBI 和威康信托基金会桑格研究所 ,她还是单细胞基因组中心 (Single Cell Genomics Centre) 的联合创始人,该中心是 EBI 和 Sanger 的联合倡议。 在她获得的众多奖项中,最近的一个是 2015 年 EMBO 金奖,该奖项是为了表彰 '对欧洲生命科学做出的杰出贡献' 的年轻科学家。

Liz Gaskell (LG): 你的实验室主要研究什么? 
Sarah Teichmann (ST): 我们的工作集中在理解免疫反应的动力学。 我们是非常跨学科的,我们使用许多不同的方法来探索我们的问题在免疫学ー主要是生物信息学和功能基因组学,如单细胞 rna 测序。 
最近,我们一直在关注辅助性 t 细胞,因为它们正处于细胞 - 细胞相互作用网络的中心,发生在免疫反应的建立和解决这个过程里。 我们的实验室结合计算和湿实验室的工作,小组成员用不同的专业知识解决跨学科问题。


LG:职业生涯中最喜欢的论文 / 项目是? 
ST:我最喜欢的论文总是我正在写的那篇! 很难从过去的经历中选择最喜欢的,我尝试列举一下。 
我们使用单细胞 RNA 测序来解剖免疫反应,这种方法最近导致在 t 细胞中发现了假定的类固醇信号通路 (这也在《细胞报告》中预览)。 我们现在试图更清楚地了解类固醇信号通路在白细胞中的作用,为此,我们结合了化学生物学和单细胞转录技术,对来自小鼠和人类的细胞进行了分析。
在过去的十年里,我们工作的很大一部分是在结构生物信息学方面,我们一直在探索推动蛋白质复合体组装的普适原则。 我们已经开发了组织或分类蛋白质复合物的新方法,并在《自然》(2008 年) 和《细胞》(2013 年) 的两篇论文中表明了亚单位组装的常规路径。 这一系列工作提供了蛋白质如何找到其结合伙伴并在三个方面相互作用的全面视角,这对于解释病理突变以及蛋白质工程和蛋白质结构预测非常有用。


LG:谁启发了你? 
ST:我的博士导师 Cyrus Chothia 对我影响很大,他领导小组的方式,以及他对个人研究项目的高度关注都很有特色。 
我的博士后导师 珍妮特 · 桑顿也对我产生了很大的影响,但方式不同。 她向我展示了如何将不同的项目组合成一个大型的、成功的研究项目。 
卡罗尔 · 罗宾逊是一位杰出的化学家,也是蛋白质复合物组装方面的长期合作者,她的积极、安静、坚定的进取态度和雄心激励着我们。 
迈克尔 · 莱维特的职业生涯跨越多个大陆和研究领域,他的支持和鼓励也是无价的。 近年来,我也受益于位于爱丁堡的英国医学研究理事会遗传学 维罗尼卡 · 范 · 黑宁根的支持和建议。


LG:你成功的关键因素是什么? 
ST:我总是 选择在我感兴趣和喜欢的领域工作,所以我总是很容易全心全意地投入工作。 
选择一个研究领域,不管遇到什么障碍,都坚持自己的研究方向,这也让我受益匪浅。 除此之外,跳出框架思考,有勇气在不寻常的或未知的领域做项目,这些都让我既能脱颖而出,又能成为一名优秀的导师。 
选择正确的导师和项目对我的职业生涯至关重要。我为我的学士学位项目选择了一个 NMR 数据分析领域的计算项目,这让我接触到了编程,这反过来又打开了计算基因组学博士项目的大门。当时计算生物学并不流行,也不普通,然而跟随我的直觉,做我喜欢做的事情,最终得到了回报。在做出这些选择的过程中,我受到了指导,所以指导对我来说非常有价值。


LG:你认为你作为一个女科学家会遇到额外的障碍吗? 
ST:当我在 2008 年有了第一个女儿的时候,我是一个有终身职位的团队领导者,对于我的学术研究环境在多大程度上是为了在团队领导者有孩子的时候支持团队的平稳运行感到天真。 这绝不是例外,类似的故事在许多机构和国家重复发生。 通过投入大量精力维持团队的生产力,同时照顾婴儿,我克服了这个问题,这需要大量的精神和体力资源。 
在剑桥郊外的维尔科姆基因组校园里,维尔科姆桑格研究所的 Eleftheria Zeggini 教授( 统计遗传学领域的后起之秀)几年前发起了一项名为科学中性的倡议。 这激发了关于这些议题的讨论,而且重要的是,也导致了具体的政策变化,将在这一领域产生积极影响。


LG:你认为现在有什么特别的障碍阻碍女性在科学领域取得成功吗? 
ST:这些障碍和大多数工作一样ーー对男性和女性应该提供什么以及如何获得报酬的期望不同。 这表现在责任分配不平等的观念,即妇女应在家庭和儿童保育领域承担更多责任,而男子应在工作场所承担更多责任。 这阻碍了我们所有人充分发挥自己的潜力。 正如我在剑桥大学成功女性书籍第一章中所讨论的那样,最近有人邀请我为此做出贡献,摆脱这种困境的一个办法就是让父母享有更平等的带薪育儿假。
这种简单的政策创新可能会在许多层面上产生巨大的连锁反应。 在孩子出生 / 领养时,父母双方可以分享亲子关系的经验。 它还将消除一般认为妇女失业时间往往长于男子的偏见,这种偏见助长了雇用方面的偏见。


LG:对更多的年轻科学家 (男性和女性) 有什么建议吗? 
ST:跟随你的内心,做那些让你兴奋和享受的事情。 生命太短暂,而且学术生涯太不可预测,莫等闲。 试着和那些 理智、体贴他人、有进取心、专注、慷慨 地为实验室成员和同事的项目和事业投入时间和资源的人一起工作。


LG:如果你不是科学家,你会选择什么样的职业 / 生活? 
ST:我想成为一名职业女运动员。 我童年的大部分时间都是在德国打手球和网球。 当我去剑桥的时候,我继续打网球,转而打篮球,因为这里不打手球。 虽然我没有太多的时间做任何运动,我仍然试着每隔几年去温布尔登。


看完这些访谈资料,反观自己的科研生活...



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