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以色列研究小组(从左向右):Ayelet Peres、Moriah Gidoni、Pazit Polak博士、Gur Yaari教授。图中展示的拼图由Miky Pirkes根据Nature Communications论文中强调的发现而制作。(由巴伊兰大学提供)


约半个世纪前的20世纪70年代初期,人类第一次进行了DNA测序,现在分析的范围已从个体基因扩展到基因簇、完整染色体或包括人类在内的生物体的全基因组。


诊断并治疗疾病似乎越来越需要侦探技能和拼图精神,任务复杂,涉及DNA测序——确定每个细胞内DNA的四种核酸碱基的顺序(腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶)。


2001年发布了第一份复制的人类基因组的30亿个碱基对。从此,基因测序的价格已大幅下降,DNA片段的快速测序已经成为生物实验室和医学实验室内的常规技术。


DNA序列很大程度上促进了基础生物研究,测序技术已经大大提高,其大数据储存量呈指数级增长,可以运用于各类应用领域,如医疗诊断、生物科技、法医生物学、病毒学和生物系统学。

许多研究侧重于与正常功能和疾病相关的基因模式和基因的识别,但某些基因组区的特征依然很差。


以色列拉马特甘巴伊兰大学的研究团队开发了一款分析免疫系统基因变化的计算工具,这一进步可以预测出许多自身免疫疾病的发作,如多发性硬化症和腹腔疾病、丙型肝炎和流感等传染性疾病以及各类癌症等。


研究小组研发的这款新型计算工具已经在著名期刊Nature Communications上发表,该研究由巴伊兰亚历山大考夫金工程学院的Gur Yaari教授主导,与美国、挪威和澳大利亚的研究小组共同合作完成,旨在研究决定免疫系统动态的基因变异,并分析100名个体之间的遗传变异。


目前我们对决定免疫系统功能区域知之甚少,原因是该区的重复结构减慢了到该区内确切位置的短DNA绘制(每个核苷酸序列是用来重构原始序列的读数)。


Yaari断言,尽管对这些区域知之甚少,但对更加深入地了解免疫系统至关重要,而且对预测疾病和开发用于癌症、炎症、自身免疫性疾病、过敏和传染病方面提供个性化医疗服务的新工具方面有重大意义。


当遇到无数生存威胁(细菌、病毒和其它产生疾病的病原体)时,即使这些威胁不断进化,人体免疫系统也可以适应。参加这项研究的博士生Moriah Gidoni补充说:“在其他机制中,这是通过由B白细胞和T白细胞表达的巨大的受体库来完成的。”


Gidoni解释说,“人体包含数百亿个B细胞,每个B细胞都表达了可以结合不同病原体的不同抗体受体。当抗体的基因组区域编码相对较短时,如何实现如此巨量的抗体多样性?通过每个B细胞仅表达从整个区域内随意选择的少量DNA片段来实现多样性,这样共同把完整的抗体进行编码。”


与人类的其他特征相似,免疫受体编码的人体基因组区域因人而异,每个人都有遗传父亲和母亲的两个区域。编码每种抗体的片段是从一条染色体上的每个B细胞中选择的,因此,描绘每条染色体发现的片段极有价值,这是人类编码抗体的资源库。


例如,如果缺少特定的片段,人体就无法产生特定的抗体,个体也很难抵抗特定的病毒,人体更容易受到病原体引起的疾病的影响。


研究员们说,学习这些区域基因变异的直接方式就是在成熟的B细胞已经选择了表达的片段后读取其遗传序列。从这些数据中可以确定每个人的遗传多样性。


分析显示许多基因组区域的删除和复制模式比预期要丰富得多,Yaari说道,“尽管这些基因组对我们理解免疫系统和许多疾病很重要,目前我们的知识仅限于标准的测序,我们团队最近研发的计算工具是从重要的基因组区这一全新视角着手,包含大量宝贵的生物和医学信息。”




本文摘自Breaking Israel NewsKingsway中以天使汇翻译

文:Judy Siegel-Itzkovich

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