2018 ൽ, ബയോളജി ആൻഡ് ഹെറിറ്റേജ് മെഡിക്കൽ റിസർച്ച് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഇൻവെസ്റ്റിഗേറ്റർ യൂക്കി ഓകയുടെ കാൽടെക് ലബോറട്ടറിയിലെ ഗവേഷകർ ഒരു പ്രധാന കണ്ടെത്തൽ നടത്തി: ദാഹം ശമിപ്പിക്കാൻ മധ്യസ്ഥത വഹിക്കുന്ന ഒരു തരം ന്യൂറോൺ അല്ലെങ്കിൽ മസ്തിഷ്ക കോശം അവർ തിരിച്ചറിഞ്ഞു. എന്നാൽ അവർ ഒരു പ്രശ്നത്തിലേക്ക് നീങ്ങുകയായിരുന്നു: സിംഗിൾ-സെൽ ആർഎൻഎ സീക്വൻസിംഗ് (എസ്സിആർഎൻഎ-സെക്ക്) എന്ന അത്യാധുനിക സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് മസ്തിഷ്ക ടിഷ്യുവിന്റെ സാമ്പിളുകളിൽ (പ്രത്യേകിച്ച്, മീഡിയ പ്രീയോപ്റ്റിക് ന്യൂക്ലിയസ് എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഒരു പ്രദേശത്ത് നിന്ന്) ദാഹവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ന്യൂറോണുകളെ കണ്ടെത്താൻ കഴിഞ്ഞില്ല.

“ഞങ്ങളുടെ സവിശേഷതകളുള്ള ന്യൂറോണുകളിൽ ഞങ്ങൾ ചേർത്ത ജീൻ ലേബലിംഗ് തലച്ചോറിന്റെ ശരാശരി പ്രീഓപ്റ്റിക് ന്യൂക്ലിയസിൽ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് ഞങ്ങൾക്കറിയാമായിരുന്നു, പക്ഷേ തലച്ചോറിന്റെ ആ പ്രദേശം എസ്സിആർഎൻഎ-സെക്ക് ഉപയോഗിച്ച് പ്രൊഫൈൽ ചെയ്തപ്പോൾ ഞങ്ങൾ ജീൻ കണ്ടില്ല,” ഓക പറയുന്നു. “പല സഹപ്രവർത്തകരിൽ നിന്നും ഞങ്ങൾ ഇത് കേട്ടു – എസ്സിആർഎൻഎ-സെക്ക് സെൽ തരങ്ങളും ജീൻ എക്സ്പ്രഷനും നഷ്ടപ്പെട്ടിരുന്നു. അതെന്തിനാണെന്ന് ഞങ്ങൾ ചിന്തിക്കാൻ തുടങ്ങി.”

ദാഹം സെൻസിംഗ് പോലുള്ള ആരോഗ്യകരമായ പ്രക്രിയകൾ മുതൽ രോഗാവസ്ഥകളിലെ സെല്ലുലാർ തകരാറ് വരെ നമ്മുടെ ശരീരം നിർവഹിക്കുന്ന നിരവധി പ്രവർത്തനങ്ങൾ മനസിലാക്കുന്നതിന് വ്യത്യസ്ത സെൽ തരങ്ങൾ തിരിച്ചറിയുന്നത് നിർണായകമാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, പല ഗവേഷകരും നിലവിൽ പാർക്കിൻസൺസ് രോഗം പോലുള്ള നിർദ്ദിഷ്ട രോഗങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന സെൽ തരങ്ങൾ തിരയുന്നു. അത്തരം പ്രക്രിയകളിൽ ഉൾപ്പെടുന്ന കൃത്യമായ സെൽ തരങ്ങൾ നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ഈ പഠനങ്ങൾക്കെല്ലാം നിർണായകമാണ്. ഇപ്പോൾ, കാൽടെക്കിലെ ഓക ലബോറട്ടറിയും ടെക്സസ് യൂണിവേഴ്സിറ്റി സൗത്ത് വെസ്റ്റേൺ മെഡിക്കൽ സെന്ററിലെ അലൻ-ഹെർമൻ പൂളിന്റെ ലബോറട്ടറിയും തമ്മിലുള്ള സഹകരണം നഷ്ടപ്പെട്ട സെൽ തരങ്ങളും ജീൻ എക്സ്പ്രഷൻ ഡാറ്റയും വീണ്ടെടുക്കുന്നതിന് എസ്സിആർഎൻഎ-സെക്ക് വിശകലനത്തിലെ ഒരു പ്രധാന ഘട്ടം എങ്ങനെ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാമെന്ന് തെളിയിച്ചു.

സെപ്റ്റംബർ 11 ന് നേച്ചർ മെത്തേഡ്സ് ജേണലിൽ ഈ കൃതിയെക്കുറിച്ച് വിവരിക്കുന്ന ഒരു പ്രബന്ധം പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു.

“നിലവിലുള്ള അത്യാധുനിക സിംഗിൾ സെൽ ആർഎൻഎ സീക്വൻസിംഗ് ഡാറ്റയുടെ വിശകലനം ഞങ്ങൾ മെച്ചപ്പെടുത്തി, വ്യക്തിഗത ഡാറ്റാ സെറ്റുകൾക്കായി നൂറുകണക്കിന് അല്ലെങ്കിൽ ചിലപ്പോൾ ആയിരക്കണക്കിന് ജീനുകളുടെ ആവിഷ്കാരം വെളിപ്പെടുത്തുന്നു,” ഓക പറയുന്നു. “ജൈവ പ്രക്രിയകൾ സമ്പന്നവും സങ്കീർണ്ണവുമായതിനാൽ ഇത്തരത്തിലുള്ള കൃത്യത പ്രാപ്തമാക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്. സമീപകാല ഗവേഷണങ്ങൾ എലിയുടെ തലച്ചോറിലെ 5,000 വ്യത്യസ്ത ന്യൂറോൺ തരങ്ങൾ തിരിച്ചറിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്, മനുഷ്യ മസ്തിഷ്കം കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമാണ്. കഴിയുന്നത്ര സെൻസിറ്റീവും സമഗ്രവുമായിരിക്കാൻ ഞങ്ങൾക്ക് ഞങ്ങളുടെ ടെക്നിക്കുകൾ ആവശ്യമാണ്.”

ജീൻ എക്സ്പ്രഷൻ മനസ്സിലാക്കുക

നിങ്ങളുടെ ശരീരത്തിൽ ട്രില്യൺ കണക്കിന് കോശങ്ങളുണ്ട്, ഓരോന്നും നിങ്ങളുടെ ജീവിതം നയിക്കാൻ നിങ്ങളെ പ്രാപ്തരാക്കുന്ന വിവിധ പ്രവർത്തനങ്ങൾ നിർവഹിക്കുന്നു – അല്ലെങ്കിൽ ചില സന്ദർഭങ്ങളിൽ, രോഗത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. കോശങ്ങളെ അവയുടെ പ്രവർത്തനത്താൽ പരസ്പരം വേർതിരിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, രോഗപ്രതിരോധ സംവിധാനത്തിന്റെ കൊലയാളി ടി സെല്ലുകൾ രോഗത്തിന് കാരണമാകുന്ന രോഗകാരികളെ തിരയുകയും നശിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ന്യൂറോണുകൾ മസ്തിഷ്കത്തിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിന് താഴെയുള്ള ഇലക്ട്രിക്കൽ സിഗ്നലുകൾ കത്തിക്കുന്നു, ചർമ്മ കോശങ്ങൾ പുറം ലോകത്തിനെതിരെ ഒരു തടസ്സം സൃഷ്ടിക്കാൻ മുറുകെ പായ്ക്ക് ചെയ്യുന്നു. ഗവേഷകർ നിലവിൽ ആയിരക്കണക്കിന് വ്യത്യസ്ത സെൽ തരങ്ങൾ തിരിച്ചറിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്, പക്ഷേ മറ്റ് സവിശേഷ ഇനങ്ങൾ കണ്ടെത്താൻ കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല.

കോശങ്ങൾക്ക് ആകൃതിയിലും പ്രവർത്തനത്തിലും വ്യത്യാസമുണ്ടെങ്കിലും, ഒരു പ്രത്യേക ജീവിയിലെ മിക്ക കോശങ്ങളിലും സമാനമായ ജനിതക ബ്ലൂപ്രിന്റ് അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു- ജീനോം. ഏതെങ്കിലും സെല്ലുലാർ ജോലി എങ്ങനെ ചെയ്യണം എന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള നിർദ്ദേശങ്ങൾ ജീനോമിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ജീനോം ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ജീനുകൾ കോശത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന ഡിഎൻഎയിൽ എഴുതിയിരിക്കുന്നു. പ്രകടിപ്പിക്കപ്പെട്ട ജീനുകൾ ആർഎൻഎയിലേക്ക് പകർത്തപ്പെടുന്നു, ഇത് ന്യൂക്ലിയസിൽ നിന്നും കോശത്തിന്റെ മറ്റ് ഭാഗങ്ങളിലേക്കും പ്രവർത്തനങ്ങൾ നിർവഹിക്കുന്നതിനായി കൊണ്ടുപോകുന്നു.

ഏതൊരു കോശത്തിലും (സെൽ തരത്തിലും), ജീനുകളുടെ ഒരു പ്രത്യേക ഉപവിഭാഗം മാത്രമേ ഒരു നിശ്ചിത സമയത്ത് പ്രകടിപ്പിക്കുകയോ ഓണാക്കുകയോ ചെയ്യുന്നുള്ളൂ. ജീൻ എക്സ്പ്രഷനിലെ ഈ വ്യതിയാനങ്ങൾ സെൽ തരങ്ങളിലെ വ്യത്യാസങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു.

ഒരു ഉപമയായി, പുസ്തകങ്ങൾ വ്യത്യസ്ത വിഭാഗങ്ങളായി തരംതിരിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു വലിയ ലൈബ്രറിയെക്കുറിച്ച് ചിന്തിക്കുക. നിങ്ങൾക്ക് ഒരു വിമാനം നിർമ്മിക്കാൻ താൽപ്പര്യമുണ്ടെങ്കിൽ, വ്യോമയാനത്തെയും മെക്കാനിക്സിനെയും കുറിച്ചുള്ള പുസ്തകങ്ങൾ മാത്രമേ നിങ്ങൾക്ക് പരിശോധിക്കാൻ കഴിയൂ. നിങ്ങൾക്ക് മറ്റ് വിഷയങ്ങളിൽ താൽപ്പര്യമുണ്ടെങ്കിൽ, നിങ്ങൾ മറ്റൊരു കൂട്ടം പുസ്തകങ്ങൾ ബ്രൗസ് ചെയ്യും. ഒരു വ്യക്തിഗത ജീവിയുടെ കോശങ്ങൾ വ്യത്യസ്തമല്ല: ഓരോന്നിലും ജീനുകളുടെ മുഴുവൻ “ലൈബ്രറി” അടങ്ങിയിരിക്കുമ്പോൾ, ഒരു പ്രത്യേക കോശത്തിന്റെ സവിശേഷ പ്രവർത്തനങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ജീനുകൾ മാത്രമേ കോശത്തിൽ സജീവമാകൂ.

ജീൻ എക്സ്പ്രഷൻ എസ്റ്റിമേറ്റിനുള്ള ടെക്നിക്കുകൾ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ

സെൽ തരങ്ങൾ തിരിച്ചറിയുന്നതിനുള്ള ശക്തമായ സാങ്കേതികതയാണ് എസ്സിആർഎൻഎ-സെക്ക്. ഈ രീതി ഉപയോഗിച്ച്, ഒരു കോശം തുറക്കുകയും ഉള്ളിൽ പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന ജനിതക വിവരങ്ങൾ ഒരു തന്മാത്രാ ടാഗ് ഉപയോഗിച്ച് ലേബൽ ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു, അത് ഒരു ബാർകോഡായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഒരൊറ്റ ടിഷ്യു സാമ്പിളിലെ ആയിരക്കണക്കിന് കോശങ്ങൾക്ക് എസ്സിആർഎൻഎ-സെക്കിന് ഇത് വേഗത്തിൽ ചെയ്യാൻ കഴിയും, ഓരോ കോശത്തിനും അതിന്റേതായ സവിശേഷമായ ബാർകോഡ് ലഭിക്കുന്നു. വ്യക്തിഗത കോശങ്ങളിൽ ഏത് സെറ്റ് ജീനുകൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് നിർണ്ണയിക്കാൻ കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ വിശകലനം നടത്താൻ കഴിയും, കൂടാതെ പാറ്റേണുകൾ തിരയുന്നതിനും വ്യത്യസ്ത സെൽ തരങ്ങൾ തിരിച്ചറിയുന്നതിനും കമ്പ്യൂട്ടർ മോഡലുകൾക്ക് ആ ഡാറ്റ വിലയിരുത്താൻ കഴിയും.

എന്നിരുന്നാലും, സാങ്കേതികതയുടെ ഒരു പ്രശ്നം, ചില ആർഎൻഎകൾ സാധാരണയായി ജീൻ-എക്സ്പ്രഷൻ എസ്റ്റിമേറ്റുകളിൽ ഉൾപ്പെടുത്തിയിട്ടില്ല എന്നതാണ്, അവ പ്രകടിപ്പിക്കപ്പെട്ട ജീനുകളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും.

ഗവേഷകർ സീക്വൻസിംഗ് ഡാറ്റ മാപ്പ് ചെയ്യുന്ന റഫറൻസ് ട്രാൻസ്ക്രിപ്റ്റോമുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഒരു പ്രശ്നവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടതാണ് കാരണമെന്ന് ഓകയും സഹപ്രവർത്തകരും കണ്ടെത്തി. ഉദാഹരണത്തിന്, ഗവേഷകർ മൗസ് ജീനോമിനെ വിപുലമായി പഠിക്കുകയും ഡിഎൻഎ സീക്വൻസുകളും അവയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ജീനുകളും മാപ്പ് ചെയ്യുന്ന ഒരു ഡിജിറ്റൽ റഫറൻസ് അല്ലെങ്കിൽ “ട്രാൻസ്ക്രിപ്റ്റോം” സൃഷ്ടിച്ചുകൊണ്ട് അതിനെ വളരെ വിശദമായി ലേബൽ ചെയ്യുകയോ വ്യാഖ്യാനിക്കുകയോ ചെയ്തിട്ടുണ്ട്.

ജീൻ എക്സ്പ്രഷൻ വിവരങ്ങൾ നഷ്ടപ്പെടുന്നത് തടയുന്നതിന് ഈ വ്യാഖ്യാനം എസ്സിആർഎൻഎ-സെക്കിനായി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യേണ്ടതുണ്ടെന്ന് ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തി – ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു ഡിഎൻഎ സ്ട്രാൻഡിന്റെ വാൽ അറ്റങ്ങളിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന ജീനുകൾ മോശമായി വ്യാഖ്യാനിക്കപ്പെടുകയാണെങ്കിൽ അല്ലെങ്കിൽ അയൽ ജീൻ ട്രാൻസ്ക്രിപ്റ്റുകൾ തമ്മിൽ വിപുലമായ ഓവർലാപ്പ് ഉണ്ടെങ്കിൽ ഇത് ഉണ്ടാകാം. അത്തരം സങ്കീർണതകൾക്ക് ആയിരക്കണക്കിന് ജീനുകൾ കണ്ടെത്തുന്നത് തടയാൻ കഴിയും. (ചെലവ് കുറയ്ക്കുന്നതിന്, ജീനുകളുടെ വാൽ അറ്റം മാത്രം പരിശോധിക്കുന്ന എസ്സിആർഎൻഎ-സെക്കിന്റെ ഉയർന്ന ത്രൂപുട്ട് രൂപങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ ഈ പ്രശ്നങ്ങൾ പ്രത്യേകിച്ചും പ്രകടമാണ്; നമ്മുടെ ടിഷ്യുകളുടെ സെല്ലുലാർ സങ്കീർണ്ണത വിവരിക്കാൻ സൃഷ്ടിച്ച അറ്റ്ലസുകളിൽ ഭൂരിഭാഗവും ഈ രീതികളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.)

വ്യത്യസ്ത സെൽ തരങ്ങൾ തിരിച്ചറിയുമ്പോൾ കൃത്യതയും ഉയർന്ന റെസല്യൂഷനും അവിശ്വസനീയമാംവിധം പ്രധാനമാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, രണ്ട് കോശങ്ങൾ ഓരോന്നും “എ”, “ബി”, “സി”, “ഡി” എന്നീ ജീനുകൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് പറയുക, എന്നാൽ ഒരു കോശം മാത്രമേ “ഇ” ജീൻ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നുള്ളൂ, മറ്റേത് അങ്ങനെ ചെയ്യുന്നില്ല. ഒരു സീക്വൻസിംഗ് ടെക്നിക് “ഇ” യുടെ ആവിഷ്കാരം പിടിച്ചെടുക്കുന്നില്ലെങ്കിൽ, ഡാറ്റ സൂചിപ്പിക്കുന്നത് രണ്ട് സെല്ലുകളും വാസ്തവത്തിൽ അല്ലാത്തപ്പോൾ സമാനമാണ് എന്നാണ്.

മുൻ കാൽടെക് പോസ്റ്റ്ഡോക്ടറൽ പണ്ഡിതനും പഠനത്തിന്റെ ആദ്യ രചയിതാവുമായ പൂളിന്റെ നേതൃത്വത്തിൽ, സംഘം എലിയുടെയും മനുഷ്യ ജീനോമുകളുടെയും റഫറൻസ് ട്രാൻസ്ക്രിപ്റ്റോം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുകയും നിരവധി വർഷങ്ങളായി മറ്റ് ജീവികളുടെ റഫറൻസ് ട്രാൻസ്ക്രിപ്റ്റോമുകൾ പരിഹരിക്കുന്നതിന് ഒരു കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ ചട്ടക്കൂട് നിർമ്മിക്കുകയും ചെയ്തു.

“റഫറൻസ് ട്രാൻസ്ക്രിപ്റ്റോമുകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നത് സെൽ തരങ്ങൾ കാണാൻ ഞങ്ങളെ പ്രാപ്തരാക്കുന്നു, അല്ലാത്തപക്ഷം ഞങ്ങൾ ശ്രദ്ധിക്കില്ല,” പൂൾ പറയുന്നു. “ഉദാഹരണത്തിന്, ഞങ്ങളുടെ ഒപ്റ്റിമൈസ്ഡ് റഫറൻസ് ട്രാൻസ്ക്രിപ്റ്റോമുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഞങ്ങളുടെ മസ്തിഷ്ക പ്രദേശങ്ങളിലെ ദാഹം, സംതൃപ്തി, താപനില-സെൻസിംഗ് ന്യൂറൽ ജനസംഖ്യയുടെ മുഴുവൻ ശേഖരവും നിരീക്ഷിക്കാൻ ഞങ്ങൾക്ക് ഇപ്പോൾ കഴിയും. തലച്ചോറിനും മറ്റ് അവയവങ്ങൾക്കും നിലവിലുള്ളതും വരാനിരിക്കുന്നതുമായ സെൽ-ടൈപ്പ് അറ്റ്ലസുകളിൽ പുതിയ സെല്ലുലാർ, ജനിതക വൈവിധ്യം വെളിപ്പെടുത്തുന്നതിലും ഞങ്ങളുടെ സമീപനം വളരെ ഉപയോഗപ്രദമാകുമെന്ന് ഞങ്ങൾ പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

“ഒപ്റ്റിമൈസ്ഡ് ട്രാൻസ്ക്രിപ്റ്റോമിക് റഫറൻസുകൾ ഉപയോഗിച്ച് കാണാതായ സിംഗിൾ സെൽ ആർഎൻഎ-സീക്വൻസിംഗ് ഡാറ്റയുടെ വീണ്ടെടുക്കൽ” എന്നാണ് പ്രബന്ധത്തിന്റെ തലക്കെട്ട്. മുൻ സീനിയർ റിസർച്ച് സയന്റിസ്റ്റ് സീസി ചെൻ, കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ ബയോളജി ആൻഡ് ഹെറിറ്റേജ് മെഡിക്കൽ റിസർച്ച് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഇൻവെസ്റ്റിഗേറ്റർ മാറ്റ് തോംസൺ എന്നിവരാണ് കാൽടെക്കിന്റെ സഹ രചയിതാക്കൾ. യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഓഫ് ടെക്സസ് സൗത്ത് വെസ്റ്റേൺ മെഡിക്കൽ സെന്ററിലെ ഹെലൻ പോൾഡ്സാം ഒരു സഹ-രചയിതാവാണ്. യൂജീൻ മക്ഡെർമോട്ട് സ്കോളർ ഫണ്ട്സ്, യുടി സൗത്ത്വെസ്റ്റേണിലെ പീറ്റർ ഓ ഡൊണെൽ ജൂനിയർ ബ്രെയിൻ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട്, കാൽടെക്, സീർലെ സ്കോളേഴ്സ് പ്രോഗ്രാം, മല്ലിങ്ക്രോഡ് ഫൗണ്ടേഷൻ, മക്നൈറ്റ് ഫൗണ്ടേഷൻ, ക്ലിംഗെൻസ്റ്റൈൻ-സൈമൺസ് ഫൗണ്ടേഷൻ, ന്യൂയോർക്ക് സ്റ്റെം സെൽ ഫൗണ്ടേഷൻ, നാഷണൽ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ഹെൽത്ത് എന്നിവയാണ് ധനസഹായം നൽകിയത്. യൂക്കി ഓകയും മാറ്റ് തോംസണും ടിയാൻകിയാവോ, ക്രിസ്സി ചെൻ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഫോർ ന്യൂറോ സയൻസസുമായി അഫിലിയേറ്റ് ചെയ്ത ഫാക്കൽറ്റികളാണ്.