NatureGenetics：細胞重編程迎來革命性生物信息學工具

　　Duke-NUS醫學院、Bristol大學、Monash大學和RIKEN的研究團隊開發了一個革命性的計算工具，能夠準確預測將一種人類細胞轉變為另一種類型所需的細胞因子。這項研究發表在一月十八日Nature Genetics雜志上，對細胞重編程和再生醫學的進一步發展有重要意義。

　　我們知道，特定的細胞因子組合能將一種細胞重編程為另一種細胞。十年前，日本科學家山中伸彌（Shinya Yamanaka）通過這種方式，把皮膚成纖維細胞誘導成為多能干細胞（iPS細胞），并且因此獲得了2012年的諾貝爾生理/醫學獎。理論上，這些iPS細胞可以直接重編程為任何細胞類型（比如視網膜細胞），用于多種人類疾病的治療。

　　然而，確定細胞轉變所需的細胞因子并不容易。這是一個時間長、成本高的過程，需要進行大量的反復試驗。正因如此，該步驟成為了細胞重編程領域的一個主要障礙。為了克服這一障礙，Duke-NUS的Dr Owen Rackham經過五年努力，開發了預測重編程因子的計算工具——Mogrify。據介紹，Mogrify能夠為任何指定的細胞轉變提供最佳的細胞因子組合。

　　研究人員用已發表的重編程研究進行測試，發現Mogrify能夠正確預測研究中用到的細胞因子。為了進一步驗證Mogrify的能力，他們還完全依照Mogrify的預測來轉化人類細胞，這樣的兩次嘗試均獲得了成功。

　　“Mogrify就像一本‘世界地圖’，幫我們探索人類細胞轉化的新疆域，”Dr Rackham解釋道。“它在臨床上有很大的應用潛力，比如幫助人們把患者的‘缺陷’細胞重編程為‘功能性’健康細胞（不經過中間的iPS階段），再將其重新植入患者體內。”

　　Duke-NUS的副教授Enrico Petretto強調，Mogrify完全是數據驅動的，隨著更多數據的收集和輸入，它的可靠性和準確度還在不斷提高。“Mogrify是利用大數據和系統生物學的革命性技術，”Petretto說。現在，研究人員已經把Mogrify發布到網絡上，以便其它研究者和科學家們使用。

　　隨著生命科學研究進入大數據時代，生物信息學工具的重要性日益凸現，越來越多的強力工具被開發出來。2014年8月，美國研究者們通過兩篇Cell文章為人們展示了強大算法CellNet，及其在干細胞工程學中的應用。CellNet通過網絡生物學分析工程細胞中的基因調控網絡，并將這一網絡與體內真實細胞的數據進行比較和評估。這種工具可以為細胞和組織工程學提供“線路圖”，確保這些細胞具有與體內真實細胞相當的良好性能。

　　2015年5月，荷蘭Leiden大學的科學家們發表了名為KeyGenes的計算平臺。該工具可以比對未成熟干細胞與人類胎兒細胞的基因表達，并由此判斷這些干細胞的分化潛能。研究者只需通過基因活性分析，就可以預測細胞能發展成什么樣的器官或組織。此外，KeyGenes還可以用來測試干細胞移植物的質量。這個平臺日后還將整合表觀遺傳學數據，以闡明表觀遺傳學修飾在細胞分化中起到的作用。

　　對于大部分生物學研究者來說，生物信息學還是一個比較陌生的領域。傳統教學方式主要針對的是基礎的科學原理和實驗方法，很少涉及計算機編程和數據統計。前不久，The Scientist雜志聯系了幾位科學程序員，介紹了他們所使用的工具，探討了生物信息學菜鳥所需的一些訓練。