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单细胞生物学促进跨学科合作

Jul 31, 2017 No Comments

单细胞生物学促进跨学科合作

针对单细胞的研究有助于解释疾病的发展机制。

 

探索细胞个体特征的新工具吸引了多个学科的研究人员。

在科学领域,路灯效应一词往往是贬义,因为它在研究中引入了观察偏见。路灯效应的概念是来自于一个关于晚上醉酒的老笑话:一个醉汉在路灯下寻找他的钥匙,尽管他的钥匙其实是在别的地方丢的,但路灯下是他唯一可以找的地方。现在,路灯效应是指人类倾向于寻找更容易的答案,而不是真实的信息。

但是,如果没有丢东西,路灯又能照亮科学之路的新旅程,那么在路灯下找东西就值得肯定了。科学的一大魅力就在于此——发现和探索未知。因此,批评那些急于开发单细胞分析新工具的科学家毫无道理。正如本周特刊中所描述的那样,过去几年单细胞分析技术和相关计算技术的进步大大开拓了生物学的观察角度——观察基因组学、衰老和治疗疾病等生物过程中,单个细胞层面究竟发生了什么。

单细胞生物学的一些内容是描述性和发现性的。距离细胞被首次提出是地球上所有生命中最基本的单个单位以来,已经将近180年了。然而,我们所知道的关于细胞在分子生物学和生物化学方面如何工作的知识,全部来自于对细胞群体,而非细胞个体的研究。这是有问题的:研究人员都知道组织,甚至是相同细胞组成的群体中,各个细胞之间也存在很大差异。当细胞被混合在一起评估时,我们根本无法观察到这些差异。这是平均化不可避免的弊端。而单细胞分析就是那盏“路灯”,科学家可以在灯下找到很多东西。现在,单细胞研究这块处女地已经成熟,亟待开发。

现在科学的“路灯”开始聚焦在个体细胞和个体特征上。基于单细胞的研究不仅仅能提供新知,还能为很多难题提供答案。以癌症为例,我们知道肿瘤包括许多大不相同的细胞,并不是所有的细胞都明显是癌性的(例如血液、淋巴管和免疫细胞)。揭开各种细胞相互作用的方式,以及杀死或维持肿瘤一直是一个重大的挑战。而这个问题的一种解决方法是获取更多类型细胞的数据,并从单个癌细胞中提取关于疾病发生、发展的信息,以及可能存在的基因缺陷的信息。而这就需要单细胞分析的辅助。

单细胞的“路灯”也照亮了一些有趣的文化差异。探索这个新的前沿需要新的技能,所以数学家和计算机科学家正在与细胞生物学家、发育生物学家和各种系统专家(免疫学家和神经科学家等)合作。跨学科合作时,各学科专家彼此磨合,带来更加协调和开放的合作方法。因此,单细胞生物学是生命科学领域中的一个动态和快速发展的领域,在该领域内大家更乐意在文章发表前分享数据、工具和结果。

这是非常有意义的。毕竟搜索工具越好,共同努力改进的科学家越多,大家在路灯下能找到的东西就越多。当科学的目标和奖励没有那么清楚时,那么合作的好处反而可能胜过风险。

如果这种跨学科的合作能持续下去,并传播到其它子领域,将会为研究人员带来一定的启发性,因为大数据的影响迫使生物学家重新思考自己的方法,并扩大团体的专业知识。这其中一个迹象是论文投稿时可以选择开放式提交和共享处理数据的代码。正如《自然》(Nature)在2014年指出的那样,科学家们不乐于提供代码数据,不利于学术交流和发展(Nature 514,536; 2014)。同时,业界缺乏标准化,也会让公开分享代码一事变得困难,但科学家不应该以此为借口,拒绝共享。

单细胞分析领域高速发展的一个佐证是该领域有了自己的大项目。人类细胞图谱计划(Human Cell Atlas)旨在分析成人体内的细胞类型和细胞状态的数量。这个雄心勃勃的计划也存在一个路灯效应的负面影响。人和细胞一样,个体差异性很大,那么会不会发生这样的事情:一个人的细胞图谱,可能对另一个人完全不适用?在某些时候,我们确实需要避免在路灯下盲目寻找,而是要视线更开阔。毕竟路灯下容易让人眼花。

 

 

原文检索:
http://www.nature.com/news/biology-of-single-cells-shines-a-light-on-collaboration-1.22234
张洁/编译

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