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新生不排序?威廉玛丽就有

Victory in the lab
佳博体育中的胜利 威廉玛丽学院2016届的一些学生在夏天做了一些令人印象深刻的基因测序工作。图为(左起)生物学教授Margaret Saha、Andrew Halleran、生物学副教授Mark Forsyth、Emma McGregor、Catherine Acio、Cheyenne Williams、Caitlin Paisley和Eileen Ablondi展示基因片段。约瑟夫·麦克莱恩摄

那是新生统治音序器的那个夏天。

严格来说,威廉玛丽学院的六名学生花了大量时间在最先进的离子激流基因测序仪上,他们已经完成了大一的学业,因此他们的暑期作业是作为即将升入大二的学生进行的。

但别介意吹毛求疵。Eileen Ablondi, Catherine Acio, Emma McGregor, Caitlin Paisley和Cheyenne Williams作为一个团队,不仅完成了人类细菌病原体的全基因组测序,而且还尝试了rna - seq(一种用于佳博体育实验的青蛙发育中的神经系统样本的基因序列表达技术)。在另一个方面,安德鲁·哈勒兰(Andrew Halleran)对一种“无聊的”噬菌体进行了转录组分析,结果证明,这种病毒毕竟不是那么无聊。

所有这些2016届的学生都在生物学教授Margaret Saha和副教授Mark Forsyth的指导下,使用最先进的基因测序工具进行了他们的工作。

这六名学生在做测序的同时,还在其他生物佳博体育担任暑期职位。

测序项目是由霍华德休斯医学研究所(HHMI)资助的倡议发展而来的。该研究所的支持在70所大学建立了HHMI SEA-PHAGES项目,其中包括威廉和玛丽大学,在那里的经验被称为新生噬菌体佳博体育。SEA-PHAGES让新的大学生通过以分离和检查噬菌体(一类感染细菌的病毒)为中心的经验进行真正的研究。威廉玛丽大学的HHMI支持也使新生基因组学佳博体育成为可能。这两种经历都为下一代测序的严格性提供了良好的背景。

测序是通过绘制构成DNA阶梯的所有核苷酸——腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶,来识别和研究DNA分子中包含的基因。这是大学新生学的东西,但下一代测序是一个年轻学生几乎从未真正做过的过程。

哈勒兰是噬菌体佳博体育的一名资深人员,他一直在研究一种噬菌体,这是该佳博体育在2012年分离出的一种病毒,并被命名为Kampy,这个名字非常符合噬菌体佳博体育参与者异思天开的命名传统。从表面上看,坎比是一个不起眼的噬菌体。但Kampy故事背后的寓意可能是,没有无聊的噬菌体,只有缺乏灵感的研究人员。

“我有点失望,它在基因上与其他几种噬菌体并没有太大的不同,”他说。“但我想,如果我不断从不同的角度看待它,最终它会变成一些科学上的新奇事物。”特别是,对于哪些基因在感染过程中实际表达,似乎知之甚少。”

哈勒兰坚持研究Kampy,在奥利弗·克尔舍尔佳博体育的常规暑期工作间隙研究它的转录组。Halleran的mRNA转录组可以让我们深入了解RNA如何从Kampy的DNA中获取遗传信息,从而产生进行基因表达所必需的蛋白质。他说,他看到了使用Kampy作为模型的机会,尽管他的噬菌体属于A4组,通常被认为是生物体的日常集群。

Halleran的结果揭示了Kampy基因表达的全局模式,以及转录丰度发生变化的相关基因套件的鉴定。例如,他发现在Kampy感染过程中,glyoxylate通路(一种具有几种中间产物的合成代谢通路)中的6个基因被上调。他还观察到几个Kampy基因,包括主要的衣壳和溶菌酶,经历了严重的上调。

他的工作得到了回报,因为Halleran是被选中在HHMI的Janalia农场研究园区展示他的发现的学生之一。

“安迪的报告本身就是一项巨大的成就,”萨哈说,他指出,这项工作有足够的科学价值,值得关注他的演讲,他的演讲有一个聪明的标题:“另一个A4,现在怎么办?”继续探索的新方法。”

细菌和青蛙RNA测序实验是hhmi支持的新生基因组学佳博体育的分支,该佳博体育将年轻科学家带到了噬菌体佳博体育之外的一步,并向他们介绍了教师正在做的工作。

“噬菌体很棒,但噬菌体并不总是教师研究项目的重点,”萨哈说,“所以,我们的想法是:无论是谁教新生基因组学佳博体育,都应该把学生带入他们自己的基因组学研究项目,并向他们介绍一个在生物学中日益重要的新领域。”

福赛斯说,近一半的佳博体育参与者报名参加了今年夏天在各个生物系佳博体育的工作。“他们真的抓住了研究的漏洞,”他补充说。测序的夏天让教师们实现了一个目标,即在新生佳博体育的发现之外,维持新生的体验。

萨哈说:“对细菌基因组进行测序在这一领域并不新颖。”“然而,让一群新生进行测序——而不是送去测序——实际上自己完成整个过程的每一步,我想这可能是全国任何地方都没有做过的。”

测序过程可能是高科技的,但它需要人类在佳博体育花很多很多时间,用一套试剂来准备样品。

“这是一个漫长的过程,”萨哈说。“这是时间敏感的,有数百个步骤,其中任何一个步骤中的任何一个错误都会完全破坏这个顺序。”

这个过程需要仔细和不间断的关注。福赛斯解释说:“你达到了无法停止的地步。”他补充说,很多时候,学生们一大早就到佳博体育报到,一直努力工作到晚上8点或9点。时间可能很长,但凯瑟琳·阿西奥说时间从来没有拖过。

他们长时间的辛勤工作得到了回报。学生们能够完成幽门螺杆菌菌株的序列,这种细菌是福赛斯大部分工作的主题。他们研究的是J75菌株,福赛斯在医学院佳博体育的朋友们把它称为“弱毒株之一”。他解释说,J75之所以被称为弱毒株,是因为与臭名昭著的幽门螺旋杆菌不同,J75与人类的溃疡或胃癌无关。

不过,J75在人类中相对温和的存在并不意味着它不重要。福赛斯解释说,学生们对J75基因组的研究对于研究进化在幽门螺杆菌更致命形式的发展中所起的作用将是有价值的。坏的幽门螺杆菌携带了一套在J75和其他温和的祖先菌株中没有发现的基因。

福赛斯继续说:“这些祖先的菌株与人类联系的时间最长。”“在进化史上的某个时刻,一些菌株获得了一套基因,使它们能够引起非常严重的疾病。”新生们确实发现了几个在J75菌株中不存在的区域,但除此之外,他们还观察到了仅在这种非致病性菌株中存在的独特序列的延伸。

新生们对J75的基因组测序将有助于Forsyth和其他科学家了解幽门螺杆菌是如何从一个未知的、无症状的胃伴侣进化成一种引起广泛疾病和死亡的传染性病原体的。

在这五位新生为福赛斯的佳博体育完成J75的170万个碱基对DNA测序的同时,他们还在做一个不相关的项目——对非洲爪蟾胚胎的微RNA进行测序。

萨哈的佳博体育对非洲爪蟾进行了研究,试图了解胚胎的自我修复和再生能力。这项工作对伤口愈合和再生医学有潜在的意义。

萨哈解释说:“胚胎远比成熟生物体中的组织更有能力补偿各种环境和遗传的扰动。”“我们正试图了解胚胎组织能够做到这一点的机制。”

她认为,胚胎细胞早期的生化钙活性至少在一定程度上决定了胚胎的恢复能力。新生组对来自钙活性上调的爪蟾胚胎的5个microRNA进行了测序,并在爪蟾基因组上确定了600多个可能的microRNA位点。学生们的工作将帮助萨哈确定特定的miRNA分子,这些分子对导致胚胎再生能力的遗传途径很重要。

2016届的六名成员对科学做出了一些真正的贡献,但福赛斯和萨哈说,测序器夏天带来的更大收获是教育。这些年轻的科学家刚刚度过了大学一年级,他们拥有的经验和观点甚至不是所有的研究生都能拥有的。

萨哈说:“这些经历将使他们了解这个过程的各个方面。”“没有什么可以代替自己完成每一步。你会学到更多,因为你需要解决问题,批评和分析。因此,你知道你的最终产品会发生什么,如果你不亲自动手,你就不会知道。”

“这也给了他们一种自信感,”福赛斯补充道。“如果作为一名新生,他们能够攻克像基因组测序这样复杂而复杂的东西,那么他们可能就没有太多无法克服的障碍了。”