นักวิทยาศาสตร์ถอดรหัสจากวงจรชีวิตของแมลงวันผลไม้ ให้เบาะแสเกี่ยวกับสุขภาพมนุษย์

นักวิจัยได้สร้างแผนที่สามมิติที่ครอบคลุมหลายโอมิกส์เชิงปริภูมิและเวลาของเซลล์เดี่ยวตลอดทั้งวงจรการพัฒนาของแมลงวันผลไม้ ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกในระดับโมเลกุลเกี่ยวกับการพัฒนาทางชีววิทยา

ความก้าวหน้าครั้งนี้คาดว่าจะช่วยส่งเสริมการวิจัยเกี่ยวกับข้อบกพร่องในการพัฒนาและกลไกของโรคที่เกี่ยวข้อง การศึกษาดังกล่าว ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่าง BGI Research ในหางโจวและ Southern University of Science and Technology มหาวิทยาลัยในเซินเจิ้น ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Cell

นักวิทยาศาสตร์อธิบายการพัฒนาของสัตว์ว่าเป็นกระบวนการที่ประสานงานกันอย่างซับซ้อนระหว่างยีนและเซลล์ที่ทำงานร่วมกันด้วยความแม่นยำเชิงปริภูมิและเวลา

โดยใช้แมลงวันผลไม้เป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบ พวกเขาสังเกตว่า วงจรการพัฒนาของแมลงวันผลไม้จะดำเนินไปตาม 4 ระยะที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ได้แก่ ไข่ ตัวอ่อน ดักแด้ และตัวเต็มวัย กระบวนการพัฒนาทั้งหมดนี้สามารถเปรียบเทียบได้กับการแสดงละครชีวิตที่จัดขึ้นอย่างพิถีพิถัน โดยที่จังหวะการเข้า การวางตำแหน่งในเชิงพื้นที่ และการเปลี่ยนแปลงในภายหลังเป็นเซลล์ประเภทเฉพาะของแต่ละเซลล์นั้น ล้วนได้รับการควบคุมอย่างพิถีพิถันด้วย "สคริปต์" ทางพันธุกรรม

ทีมวิจัยใช้เทคโนโลยีที่ BGI พัฒนาขึ้นเองในการสุ่มตัวอย่างตัวอ่อนของแมลงวันผลไม้อย่างเข้มข้นทุก ๆ 30 นาทีถึง 2 ชั่วโมง โดยเสริมด้วยการสุ่มตัวอย่างระยะตัวอ่อนและดักแด้อย่างเป็นระบบในช่วงเวลาสำคัญของการพัฒนา

กลยุทธ์นี้สร้างชุดข้อมูลขนาดใหญ่ที่มีทรานสคริปโทม (transcriptome) ของเซลล์เดี่ยวที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่มากกว่า 3.8 ล้านชุดซึ่งครอบคลุมวงจรชีวิตทั้งหมด

นักวิจัยได้สร้างแบบจำลอง 3 มิติความละเอียดสูงขึ้นใหม่โดยใช้ Spateo ซึ่งเป็นเครื่องมืออัลกอริทึมสำหรับการวิเคราะห์เชิงพื้นที่และเวลา โดยทำแผนที่พลวัตเชิงพื้นที่ของสัณฐานวิทยาเนื้อเยื่อและการแสดงออกของยีนได้อย่างแม่นยำ ด้วยการบูรณาการข้อมูลเหล่านี้ นักวิจัยจึงสร้างแผนที่เส้นทางการแยกความแตกต่าง ซึ่งเปิดเผยกลไกโมเลกุลพื้นฐานที่ควบคุมการตัดสินใจชะตากรรมของเซลล์

เซลล์จากชั้นเชื้อโรคที่แตกต่างกันจะมีเส้นทางการแยกความแตกต่างที่แตกต่างกัน ปัจจัยการถอดรหัสทำหน้าที่เป็น “ผู้กำกับเซลล์” โดยควบคุมการแยกความแตกต่างโดยกระตุ้นหรือยับยั้งยีนเพื่อกำหนดบทบาทเฉพาะให้กับเซลล์ หวัง หมิงเยว่ ผู้เขียนร่วมคนแรกของการศึกษากล่าว

หวังตั้งข้อสังเกตว่าพบปัจจัยการถอดรหัสที่ไม่เคยรู้จักมาก่อนหลายตัว ซึ่งอาจมีบทบาทสำคัญในระบบประสาท ลำไส้ และการพัฒนาต่อมไร้ท่อ

หวังกล่าวว่า เมื่อพิจารณาว่าประมาณร้อยละ 70 ของยีนที่เกี่ยวข้องกับโรคของมนุษย์มียีนที่ตรงกับในแมลงวันผลไม้ การวิจัยนี้จึงเป็นข้อมูลอ้างอิงอันทรงพลังสำหรับการศึกษาโรคทางพัฒนาการของมนุษย์ และเปิดช่องทางใหม่สำหรับการวิจัยทางชีวการแพทย์