中国科学家打开人类胚胎着床“黑匣子”

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中国科学家揭开人类胚胎植入的黑匣子

有人说,世界上最精彩,最令人兴奋的事情就是生命的诞生。

但不是每个人都有机会体验这种美,很多人都不孕不育,胚胎着床失败是不孕症的重要原因之一。在精子与卵子接触后的第7天,胚胎开始逐渐植入母体的子宫组织,逐渐完成“胚胎植入”的关键发育过程。然而,以前,植入过程就像一个“黑匣子”。没有人知道这个过程中发生了什么,包括植入失败,其他问题无法自然解释。不久前,中国科学家开启了“黑匣子”。

北京大学唐福谦联合团队与北京医学院第三医院乔杰联合研究成果首次分析了人类胚胎植入过程,并绘制了“导航图”解锁“黑匣子”。 8月21日,国际顶级学术期刊《自然》发表了一篇题为《利用单细胞转录组和DNA甲基化组图谱重构人类胚胎着床过程》的在线论文,引起了国内外学者的极大关注。

本文的第一作者是唐福秋研究小组33岁的周凡。这是他在2016年首次分析造血干细胞的起源,并再次获得了“0x9A8B”杂志的称号。 “这一次,我们打开了人类胚胎植入过程的黑匣子,仔细研究了这个过程中的关键发育事件。”与三年前《自然》发表的第一篇论文相比,他看起来平静而平静。面对记者采访,周帆坦言总结了他近年来的研究成果。

绘制“导航地图”,深入了解“黑匣子”

漂浮的受精卵发育约7天,并长成足球状的空心球(胚泡)。人类胚胎植入的神秘面纱尚未揭示,因为现阶段的人类胚胎几乎无法获得。在实验室人类胚胎培养成熟技术之后,周凡看到了解开胚胎植入物“黑匣子”的希望。国外科学家发现,经过7天的实验室培养,人类胚胎可以继续模拟发育一周左右。这个额外的一周帮助研究人员打开了研究胚胎植入的时间窗口。

周凡的团队在人工受精的受精卵上进行了人工胚胎体外模拟植入种植。在此基础上,他们真正想要分析的是,胚胎中的数万个细胞被植入母体的子宫中。什么样的机制发展,使一个细胞可以神奇地成为胎儿的心脏,肝脏和皮肤,等等。

在教授唐福福教授的指导下,经过一年半的密集实验,周凡和他的同事分析了单细胞水平上数万个胚胎细胞的发育情况。 “每个细胞都有数万个分子表达维度。我们结合了几个分子表达维度,深入分析了植入过程中胚胎的分子表达。”

周凡介绍了采用高精度单细胞多序列测序技术,通过实验和分析,他的团队绘制了一张“导航图”,揭示了人类胚胎着床的过程,并总结了一些重要的结论。

例如,它们揭示了单个胚胎细胞在这个特定发育阶段的分子表达和潜在的调节机制,以及“确定细胞命运”的基本规则,例如细胞如何确定它是否发育成胚胎器官或母胎交界处。胎盘。

作为另一个例子,他们发现尽管实验室是模拟的,但胚胎在发育7天后仍会发出“应用”信号,希望与母亲联系。

作为另一个例子,他们分析了雌性和雄性胚胎的性染色体平衡的“细节”。周凡解释说,男性性染色体由XY组成,雌性性染色体由XX组成,Y染色体几乎不含遗传物质,而X染色体携带超过一千个基因。为了实现雄性和雌性之间的物种平衡,在胚胎植入前夕,雌性XX染色体中的一条将具有“失活”的趋势,即,该染色体上的基因倾向于不表达。 “一些科学家认为,为了减少男女之间的差异,女性的两条X染色体各自被”灭活“了一半,但我们的研究证明它是一种随机的”失活“。

“通过这张精美的导航地图,科学家们可以按照地图进一步探索人类胚胎植入的奥秘。例如,诱导生殖医学,将福音带给有试管婴儿需要的家庭。”周凡说。

十二个字“内心的工作”

这一次不是周凡第一次挑战“古人面前”的研究。 2013年,他在军事医学科学院附属307医院的刘兵组开始了一项艰巨的任务 - 在单细胞规模上追踪造血干细胞的起源。 2016年,相关结果发表在《自然》杂志上,引起了全世界的轰动。在那之后,在导师的指导下,他逐渐总结了自己研究的座右铭 - 追随内心,用尽全力,让大自然走了。这12个字,就像“内部工作方法”一样,帮助他创造了现在。第二感觉。

“追随内心”是周凡研究的基础。在他看来,先做研究必须“继续找到你喜欢的东西”。 “只有你喜欢做的工作在未来是无限可能的。但即使你最终毕业并发现你不喜欢你的职业,这也是一个积极的信号,这意味着你需要改变你的思想和事业及时规划。“

在选择了理想的研究对象后,我们应该“尽力而为”。这是成功的第二步。 “导师唐福岳经常说,科学研究不是24小时科学研究,但24小时可能关注科学研究。”周凡处于这种状态。

在这项人类胚胎植入研究中,为了理解单细胞的分子表达特征和潜在机制,有必要逐一挑选单个细胞。这种机械和精确的动作是对研究人员坚持不懈的挑战。在整个研究过程中,周凡和他的同事提取了超过10,000个细胞。不仅应该保证工作量,而且整个项目的速度必须“快速”:“世界上有几个研究小组同时研究这个项目,我们必须处于完成的最前沿。”习惯于这些,“周勤”中的“勤奋”是“不值得一提”的事情,“只是科学研究者或理想人的基本素质和门槛”。

经过一切努力,第三步是“让自然走上正轨”。 “平衡心态”是他进行科学研究的关键词。此时,他非常感谢他遇到了“超级阳光”导师唐福谦。 “导师希望我们能追求卓越,不断超越自我。更重要的是,我们应该从长远的角度看待20年。

一些年轻的学生经常问周凡如何应对毕业和文章的压力。周凡与他们分享了他的经验:“不断提高解决问题的能力,专注于研究本身,并有很好的目标。我们永远不能只获得学位或撰写文章,以获得快速成功和即时利益。”他的经验是,在努力之后,他应该对自己保持耐心,让它成为现实,并避免心理失衡。 “即使这是一个消极的结果,我们也应该尝试从积极的方面理解它,尽快接受它,并立即恢复工作。”

科学研究的四大成就

除了这些“内部工作方法”外,周凡在专门运作科研课题的过程中也有自己的“伎俩”。从选定的主题,合作研究,研究技术,到起草手稿,他总结了他的前辈在年轻研究人员容易出问题的关键点的经验方法。

“为什么你可以连续选择两个顶级主题?”

周凡分享了两项技能。第一个是“与导师的充分沟通。”学生阶段往往无法对“创新”和“重要性”这两个最重要的核心主题做出准确的判断。这时,教练可以建造一座高层建筑。给予直接指导和帮助。在初步选择主题和重要的实验节点时,我们必须与教师密切沟通。 “这项研究将在最后阶段至少每天进行一次沟通。”

此外,“不要把所有鸡蛋放在一个篮子里。”在确定深入植入人类胚胎的话题之前,周凡还尝试了其他几个方向的调查。 “随着每个主题的进步,我自然会爱上最畅销的话题。”

确定主题后,具体实施阶段也面临着需要解决的各种问题。 “享受合作”是周帆的第二次个人会议。每个重大科研课题都与合作密不可分。周凡是一个敏锐的孩子。尊重合作伙伴的工作节奏,以开放的心态倾听合作伙伴的想法是周凡找到的方法。

此外,他主张“重视科学技术”。在这项研究中,世界着名的唐福中教授的单细胞组学测序技术的研究团队发挥了巨大的作用。 “如果没有好的相机我怎么能拍出好照片呢?”周凡很相似。没有良好的科学技术支持,科研项目本身难以取得重大突破。 “因此,我们需要深入了解这项技术,并为自己找到最合适的研究。技术非常重要。“

然而,学术界仍然有一种说法,即良好的研究工作可能无法出版好的期刊。因此,不能忽视贡献技能。

与3年前第一次提交《自然》杂志相比,周凡对审查工作有了更加理性的认识。曾经抱怨过“殉难”的年轻而健壮的年轻人现在热情地告诉记者:“我们应该珍惜法官的每一个意见。这些看似严谨的评论意见不一定是另一方故意的殉难。他们是真诚,真诚,希望能帮助原作者不断提高论文质量,帮助研究团队巩固更重要的科学结论。“

在提交本文件后的一年半时间里,周凡先后从不同角度接受了四位评审员的评论。 “我们通过回答问题回复了近150页的论文。” “我们必须完全补充数据,我们可以使用数据说话,所以不要使用这种语言。”周凡简单地说,“在确定实验数据的可靠性的情况下,我们必须勇于得出结论,即使这个结论与以前的研究相悖。在客观地表达科学结论的情况下,意义重大。研究可以适当扩展,以表达研究的重要性。“

在采访结束时,在谈到顶级学术期刊不断发表论文的感受时,周凡说:“事实上,我的研究培训是在太多老师和老师的指导和帮助下完成的。我非常我希望将来能有机会做更多的高级研究工作,这可以激发医学,为人类健康事业做出贡献。“

中国青年报,中国青年网记者张伟来源:中国青年报

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