揭開牛奶的奧秘：利用基因組數據分析人類母乳中的活細胞
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麻省理工學院計算和系統生物學項目的博士生 Sarah Nyquist 將計算方法應用于生殖健康的研究領域，例如母乳的細胞成分
博士生 Sarah Nyquist 將計算方法應用于生殖健康的研究領域，例如母乳的細胞成分。
Sarah Nyquist 在高中時第一次接觸到生物學，當時她參加了由基因組學先驅 Eric Lander 教授的麻省理工學院在線課程。最初不確定會發生什么，她很快發現生物學是她最喜歡的科目。她開始嘗試任何她能找到的東西，從一臺舊的 PCR 機器和一些食堂蔬菜開始。
Nyquist 進入大學時主修生物學，但很快就在她的計算機科學課程中傾向于實踐性更強的課程。即使作為一名計算機科學專業的學生和谷歌的兩次暑期實習生，生物學也從未遠離奈奎斯特的腦海。她最喜歡的課程是由一位計算生物學教授教授的：“使用計算機科學作為詢問生物學問題的工具讓我非常興奮，”她回憶道。
在萊斯大學本科的最后兩年，奈奎斯特還在貝勒醫學院的實驗室工作，最終與埃里克蘭德本人共同撰寫了一篇論文。
Nyquist 現在是攻讀計算和系統生物學的博士生。她的工作由 Alex Shalek 和 Bonnie Berger 教授共同指導，并使用機器學習來理解單細胞基因組數據。由于這項技術幾乎可以應用于任何生物材料，奈奎斯特只能選擇她的重點。
在可能的論文想法之間轉換之后，奈奎斯特最終決定研究哺乳期，這是人類發展中一個重要且被忽視的話題。她和博士后布列塔尼商品目前是麻省理工學院牛奶研究的一部分，這是第一個使用單細胞基因組數據分析人類母乳中細胞的縱向研究。“很多人沒有意識到母乳中實際上有活細胞。我們的研究是看看不同的細胞類型是什么以及它們可能在做什么，”奈奎斯特說。
當她開始在麻省理工學院研究傳染病時，奈奎斯特現在喜歡研究有關出生時被分配為女性的人的生殖健康的基本科學問題。“我的論文工作讓我對這個非常重要的研究領域大開眼界。作為一名女性，我一直注意到女性生殖健康有很多未知之處，”她說。“我可以為這些知識做出貢獻的想法對我來說真的很令人興奮。”
牛奶的復雜性
在她的論文中，奈奎斯特和她的團隊從十幾個捐贈者那里獲取了母乳。這些樣本會在產后立即提供到大約 40 周后，這有助于深入了解母乳如何隨時間變化。“我們記錄了許多不斷變化的環境因素，例如孩子是否開始了日托，母親是否開始來月經，或者母親是否開始激素避孕，”奈奎斯特說。“這些共同因素中的任何一個都可以解釋我們目睹的成分變化。”
Nyquist 還假設關于母乳的發現可以作為研究乳房組織的替代品。由于乳房組織是哺乳所必需的，因此研究人員一直在努力收集組織樣本。“關于哺乳期人類乳房組織的細胞組成，有很多東西是未知的，盡管它產生了重要的早期營養來源，”她補充道。
總體而言，該團隊發現捐贈者之間存在很多異質性，這表明母乳比預期的要復雜。他們見證了牛奶中的細胞主要由一種結構細胞組成，隨著時間的推移數量會增加。她的團隊假設這種轉變可能是由于母乳喂養期間乳腺上皮組織的高周轉所致。雖然原因尚不清楚，但他們的數據增加了該領域先前的理解。
他們發現的其他方面驗證了一些關于母乳中重要免疫細胞的早期發現。“我們在人類母乳中發現了一種巨噬細胞，其他研究人員之前已經在小鼠乳腺組織中發現了這種巨噬細胞，”奈奎斯特說。“我們真的很興奮，我們的結果證實了他們所看到的類似情況。”
將她的研究應用于 Covid-19
除了研究母乳中的細胞外，奈奎斯特還將她的技能應用于研究可能被 Covid-19 感染的器官細胞。這項研究在大流行初期就開始了，當時奈奎斯特和她的實驗室伙伴意識到他們可以以一種新的方式探索他們實驗室的集體細胞數據。“我們開始尋找是否有任何細胞表達了可以被 Covid-19 病毒劫持進入細胞的基因，”她說。“果然，我們發現鼻、肺和腸道組織中的細胞更容易介導病毒進入。”
他們的研究結果迅速發表并傳播給公眾。對 Nyquist 而言，這證明了協作和計算工具對于進行下一代生物學研究至關重要。“我以前從未參與過如此快速的項目——我們能夠在短短兩周內制作出數據。我認為，看到科學家們如此迅速地開展這項工作，這對公眾來說是令人鼓舞的，”她說。
在她自己的研究之外，奈奎斯特喜歡指導和教授其他科學家。她最喜歡的經歷之一是在HSSP教授編碼，這是一個由 MIT 學生管理的面向初中和高中生的多周末項目。這段經歷鼓勵她想辦法讓任何背景的學生都能接受編碼。“要弄清楚是簡單還是困難地發送消息可能具有挑戰性，因為任何一種都會嚇跑人們。我試圖讓人們足夠興奮，讓他們能夠學習基礎知識并建立進一步深入研究的信心，”她說。
畢業后，奈奎斯特希望通過從事教授的職業來繼續她對指導的熱愛。她計劃通過研究不同傳染病如何影響女性生殖組織來深化她對子宮健康的研究。她的目標是對長期以來被認為是禁忌的生物過程提供更深入的了解。
“對我來說，我們有更多關于重要主題的知識，如經期、母乳喂養或更年期，這讓我很瘋狂，”奈奎斯特說。“例如，我們不了解某些藥物在懷孕期間對人們的影響有何不同。一些醫生告訴孕婦停止服用抗抑郁藥，因為他們擔心這可能會影響他們的寶寶。事實上，我們實際上不知道的東西太多了。”
“當我告訴人們這是我的職業方向時，他們經常說很難為女性生殖健康研究獲得資金，因為它只影響到 50% 的人口，”她說。
“我想我可以說服他們改變主意。”