Ein internationales Forscherteam hat einen Atlas aller Zellen erstellt, die in erwachsenen Fruchtfliegen gefunden wurden, einem der wichtigsten Tiermodelle in Wissenschaft und Medizin.
Der riesige Datensatz mit dem Namen Tabula Drosophilae – für Drosophila melanogaster, der lateinische Name der Fruchtfliege – sollte Wissenschaftlern dabei helfen, neue Einblicke in Biologie, Genetik und Krankheiten zu gewinnen, indem sie tiefer in die Frage eintauchen, wie sich Zellen voneinander unterscheiden, mit ihren Nachbarn interagieren und sich bilden während der Embryonalentwicklung und wirken in verschiedenen Geweben.
„Unser Fliegenzellenatlas wird eine wertvolle Ressource für die Forschungsgemeinschaft als Referenz für Studien der Genfunktion mit Einzelzellauflösung darstellen“, sagte Co-Senior-Forscher Norbert Perrimon, James-Stillman-Professor für Entwicklungsbiologie am Blavatnik Institute in Harvard Medizinschule. „Dies wird für jeden hilfreich sein, der biologische Prozesse in Fliegen untersucht, aber auch für die Modellierung menschlicher Krankheiten auf Gesamtorganismusebene mit Zelltypauflösung.“
Wie online am 4. März beschrieben Wissenschaftenthält der Atlas mehr als 580.000 Zellen, die mehr als 250 verschiedene Zelltypen darstellen. Viele der Zelltypen werden erstmals charakterisiert.
Fahnenträger
Fruchtfliegen spielen seit über einem Jahrhundert eine führende Rolle in der biologischen Forschung, liefern wichtige Einblicke in die grundlegende Funktionsweise biologischer Mechanismen wie Genetik und Entwicklungsbiologie und spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Behandlungen für Krebs, Immunerkrankungen, Diabetes und mehr .
Die Nützlichkeit von Fruchtfliegen hat mit dem Aufkommen der Einzelzell-Genomtechnologie, die es Wissenschaftlern ermöglicht, die Expression aller Gene gleichzeitig in Tausenden von einzelnen Zellen zu untersuchen, noch weiter zugenommen.
Das Problem bei den bisher durchgeführten Einzelzellanalysen von Fruchtfliegen sei, dass „diese Daten von verschiedenen Labors mit unterschiedlichen genetischen Hintergründen mit unterschiedlichen Protokollen und Sequenzierungsplattformen generiert wurden“, was es schwierig oder unmöglich mache, systematische Vergleiche der Genexpression zwischen ihnen durchzuführen Fliegenzellen und -gewebe, sagte Co-Senior-Forscher Stein Aerts vom Flämischen Institut für Biotechnologie (VIB) und der Katholischen Universität in Leuven, Belgien (KU Leuven).
Der Fly Cell Atlas überwindet dieses Problem, indem er den gesamten Fliegenkörper mit einheitlichen Standards, Tools und Protokollen analysiert.
Der resultierende Zellkatalog integriert vorhandenes und neues Wissen darüber, wie jeder Zelltyp Gene in einzelnen Geweben und zu unterschiedlichen Zeiten exprimiert.
Der Atlas soll es Forschern ermöglichen, die Genexpression über Fliegengewebe hinweg systematisch zu vergleichen, Unterschiede in der Genexpression zwischen männlichen und weiblichen Fliegen zu untersuchen und Marker zu identifizieren, die Zelltypen im gesamten Organismus unterscheiden.
Kollaborative Wissenschaft
158 Experten aus 40 verschiedenen Labors auf der ganzen Welt, alle Mitglieder des Fly Cell Atlas Consortium, brauchten vier Jahre, um die Karte fertigzustellen. Perrimon und Aerts leiteten die Bemühungen gemeinsam mit Liqun Luo an der Stanford University, Stephen Quake an Stanford und dem Chan Zuckerberg Biohub und Bart Deplancke an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL).
„Besonders inspirierend ist, wie sich die Fliegengemeinschaft über biologische, technologische und rechnerische Grenzen hinweg zusammengeschlossen hat, um diesen riesigen Datensatz zu generieren und all die verschiedenen Zelltypen bis ins kleinste Detail zu untersuchen, was den vielleicht am höchsten kuratierten Zellatlas bis heute hervorgebracht hat“, sagte Deplancke.
Das Konsortium hat seine Daten für weitere Analysen über mehrere Portale oder für kundenspezifische Analysen mit anderen Einzelzell-Tools online frei verfügbar gemacht.
Hongjie Li et al., Fly Cell Atlas: A single-nucleus transcriptomic atlas of the adult fruit fly, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.abk2432