揭开牛奶的奥秘：利用基因组数据分析人类母乳中的活细胞
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麻省理工学院计算和系统生物学项目的博士生 Sarah Nyquist 将计算方法应用于生殖健康的研究领域，例如母乳的细胞成分
博士生 Sarah Nyquist 将计算方法应用于生殖健康的研究领域，例如母乳的细胞成分。
Sarah Nyquist 在高中时第一次接触到生物学，当时她参加了由基因组学先驱 Eric Lander 教授的麻省理工学院在线课程。最初不确定会发生什么，她很快发现生物学是她最喜欢的科目。她开始尝试任何她能找到的东西，从一台旧的 PCR 机器和一些食堂蔬菜开始。
Nyquist 进入大学时主修生物学，但很快就在她的计算机科学课程中倾向于实践性更强的课程。即使作为一名计算机科学专业的学生和谷歌的两次暑期实习生，生物学也从未远离奈奎斯特的脑海。她最喜欢的课程是由一位计算生物学教授教授的：“使用计算机科学作为询问生物学问题的工具让我非常兴奋，”她回忆道。
在莱斯大学本科的最后两年，奈奎斯特还在贝勒医学院的实验室工作，最终与埃里克兰德本人共同撰写了一篇论文。
Nyquist 现在是攻读计算和系统生物学的博士生。她的工作由 Alex Shalek 和 Bonnie Berger 教授共同指导，并使用机器学习来理解单细胞基因组数据。由于这项技术几乎可以应用于任何生物材料，奈奎斯特只能选择她的重点。
在可能的论文想法之间转换之后，奈奎斯特最终决定研究哺乳期，这是人类发展中一个重要且被忽视的话题。她和博士后布列塔尼商品目前是麻省理工学院牛奶研究的一部分，这是第一个使用单细胞基因组数据分析人类母乳中细胞的纵向研究。“很多人没有意识到母乳中实际上有活细胞。我们的研究是看看不同的细胞类型是什么以及它们可能在做什么，”奈奎斯特说。
当她开始在麻省理工学院研究传染病时，奈奎斯特现在喜欢研究有关出生时被分配为女性的人的生殖健康的基本科学问题。“我的论文工作让我对这个非常重要的研究领域大开眼界。作为一名女性，我一直注意到女性生殖健康有很多未知之处，”她说。“我可以为这些知识做出贡献的想法对我来说真的很令人兴奋。”
牛奶的复杂性
在她的论文中，奈奎斯特和她的团队从十几个捐赠者那里获取了母乳。这些样本会在产后立即提供到大约 40 周后，这有助于深入了解母乳如何随时间变化。“我们记录了许多不断变化的环境因素，例如孩子是否开始了日托，母亲是否开始来月经，或者母亲是否开始激素避孕，”奈奎斯特说。“这些共同因素中的任何一个都可以解释我们目睹的成分变化。”
Nyquist 还假设关于母乳的发现可以作为研究乳房组织的替代品。由于乳房组织是哺乳所必需的，因此研究人员一直在努力收集组织样本。“关于哺乳期人类乳房组织的细胞组成，有很多东西是未知的，尽管它产生了重要的早期营养来源，”她补充道。
总体而言，该团队发现捐赠者之间存在很多异质性，这表明母乳比预期的要复杂。他们见证了牛奶中的细胞主要由一种结构细胞组成，随着时间的推移数量会增加。她的团队假设这种转变可能是由于母乳喂养期间乳腺上皮组织的高周转所致。虽然原因尚不清楚，但他们的数据增加了该领域先前的理解。
他们发现的其他方面验证了一些关于母乳中重要免疫细胞的早期发现。“我们在人类母乳中发现了一种巨噬细胞，其他研究人员之前已经在小鼠乳腺组织中发现了这种巨噬细胞，”奈奎斯特说。“我们真的很兴奋，我们的结果证实了他们所看到的类似情况。”
将她的研究应用于 Covid-19
除了研究母乳中的细胞外，奈奎斯特还将她的技能应用于研究可能被 Covid-19 感染的器官细胞。这项研究在大流行初期就开始了，当时奈奎斯特和她的实验室伙伴意识到他们可以以一种新的方式探索他们实验室的集体细胞数据。“我们开始寻找是否有任何细胞表达了可以被 Covid-19 病毒劫持进入细胞的基因，”她说。“果然，我们发现鼻、肺和肠道组织中的细胞更容易介导病毒进入。”
他们的研究结果迅速发表并传播给公众。对 Nyquist 而言，这证明了协作和计算工具对于进行下一代生物学研究至关重要。“我以前从未参与过如此快速的项目——我们能够在短短两周内制作出数据。我认为，看到科学家们如此迅速地开展这项工作，这对公众来说是令人鼓舞的，”她说。
在她自己的研究之外，奈奎斯特喜欢指导和教授其他科学家。她最喜欢的经历之一是在HSSP教授编码，这是一个由 MIT 学生管理的面向初中和高中生的多周末项目。这段经历鼓励她想办法让任何背景的学生都能接受编码。“要弄清楚是简单还是困难地发送消息可能具有挑战性，因为任何一种都会吓跑人们。我试图让人们足够兴奋，让他们能够学习基础知识并建立进一步深入研究的信心，”她说。
毕业后，奈奎斯特希望通过从事教授的职业来继续她对指导的热爱。她计划通过研究不同传染病如何影响女性生殖组织来深化她对子宫健康的研究。她的目标是对长期以来被认为是禁忌的生物过程提供更深入的了解。
“对我来说，我们有更多关于重要主题的知识，如经期、母乳喂养或更年期，这让我很疯狂，”奈奎斯特说。“例如，我们不了解某些药物在怀孕期间对人们的影响有何不同。一些医生告诉孕妇停止服用抗抑郁药，因为他们担心这可能会影响他们的宝宝。事实上，我们实际上不知道的东西太多了。”
“当我告诉人们这是我的职业方向时，他们经常说很难为女性生殖健康研究获得资金，因为它只影响到 50% 的人口，”她说。
“我想我可以说服他们改变主意。”