Name: 利用开放接入美国宇航局基因实验室平台探索航天对小鼠生理的影响 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 8 s
Description: 探索NASA GeneLab平台分析航天对小鼠生理的影响，学习利用公开组学数据生成空间生物学假设。该方法帮助研究人员开发航天健康风险的临床对策。

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我们感谢美国宇航局艾姆斯生命科学数据档案馆的 Alison French 在获取与啮齿类动物栖息地相关的视频以及整体协助获取笼具相关信息方面提供的帮助。我们还感谢美国宇航局艾姆斯研究中心的 Marla Smithwick 在获取正确信息方面给予的支持。本研究经费由美国宇航局艾姆斯研究中心的 GeneLab 项目提供，资金来源于美国宇航局空间生命与物理科学研究与应用部（SLPSRA）的空间生物学计划。文中所提及的任何商品名称仅用于描述目的，不意味着美国政府的认可。

作者无任何利益冲突需要披露。

NASA GeneLab 平台是一个全面的组学数据库与分析平台，可使科学界围绕空间生物学提出新的假设。本文详细介绍了一项从航天飞行开始到利用公开可用的空间生物学平台分析数据并生成新假设的大鼠实验完整流程。此外，我们还提供了一套广泛适用的无偏倚系统生物学分析方案，用于识别驱动所研究系统的关键基因。我们以近期的一项研究36为例，展示了该方案如何有效应用于空间生物学中新假设的生成。我们希望这能帮助研究人员更深入地理解空间飞行实验的实施方式，以及这些实验所产生的数据如何成为 GeneLab 上的可用资源，最终有助于对公开获取的空间生物学组学数据进行更清晰的解读。
在我们的实验方案中，关于啮齿类动物空间飞行实验及其所产生数据的分析，存在若干关键步骤。理解啮齿类动物栖息环境（Rodent Habitat）的设置对于设计和开展最优的空间飞行实验至关重要。这具体包括我们在本方案第1步中提供的操作流程和描述。一旦研究人员充分了解啮齿类动物栖息环境与普通动物饲养室笼具之间存在的不同条件，便可将所获得的生物学结果恰当地与太空中的环境条件相关联。此外，啮齿类动物栖息环境不得进行任何修改，因其已由美国国家航空航天局（NASA）优化设计并批准用于空间飞行任务。
为了阐释生物学结果，我们提供了从将数据上传至 GeneLab 到数据分析并生成新的空间生物学假说的完整操作流程。尽管理解如何生成数据的每一步都至关重要，但数据分析中最关键的步骤是第 9 步和第 10 步。第 9 步提供了一种使用无偏倚系统生物学方法分析转录组数据的方案，以确定真正驱动所分析实验条件的基因或通路。第 10 步尤为关键，因为它为用户提供了一种简便的方法，通过 GeneLab 平台分析组学 GeneLab 数据集。针对数据分析的某些步骤，可对所提供的方案进行适当修改。具体而言，步骤 9.4–9.6 可使用 R 编程语言或用户偏好的其他工具完成。根据数据集的不同，可采用不同的统计方法和倍数变化阈值来确定显著差异表达的基因。此外，在步骤 9.5 和 9.6 中确定关键基因时，用户可对该方案进行调整，并使用任何基于显著差异表达基因来预测功能的工具。核心理念在于，利用多种预测性功能组学工具，可识别出参与研究系统中大多数受调控功能的相关基因。
GeneLab 平台正在持续开发中，尽管本文所述的分析是在数据下载后进行的，但 GeneLab 的下一阶段将允许直接在 GeneLab 平台上对组学数据进行分析，从而提供一个简便的工作流程，以生成可用于高级分析的处理后数据。此外，尽管我们目前重点介绍了解读转录组数据的方案，GeneLab 平台实际上包含多种类型的组学数据，如蛋白质组、基因组、代谢组和表观基因组数据。未来的平台将包含针对这些不同类型组学数据的分析流程和指导规范。GeneLab 的最终阶段还将实现一个系统层面的可视化界面，使基础用户能够便捷地生成空间生物学假说。
最后，我们的系统生物学分析为利用组学数据集确定任何研究系统中的关键驱动基因/通路提供了一种独特且无偏倚的方法。我们已在多个独立研究中成功应用该方法，有效鉴定了关键驱动因子36,45,46,47,48,49,50。在一项与癌症相关的组学研究中，我们通过体外敲除关键基因，实验验证了该方法所预测的关键基因/通路确实在驱动药物治疗反应45。我们观察到，正如本方案所预测的那样，由于关键基因的缺失，药物治疗不再有效。我们认为，这种无偏倚的系统生物学方案可作为确定任何组学研究中关键通路的有力工具。
本方案提供了一种快速且高效的方法，用于生成新的空间生物学假说。研究人员可利用GeneLab生成的数据，为未来的经费申请、实验验证以及针对微重力和空间辐射的防护措施开发潜在靶点提供支持。本文提供的方案将有助于未来空间生物学研究以最优效率开展，从而保障长期空间任务的安全实施。

本文的总体目标是提供一种清晰的方法，介绍如何使用美国国家航空航天局（NASA）的GeneLab平台1，以及如何将太空中的啮齿类动物实验转化为组学数据以供分析。执行太空任务的人类会面临多种健康风险，包括重力场改变、太空辐射、与地球隔离以及其他恶劣的环境因素2,3,4,5,6。在太空和地面开展的生物学实验已帮助界定并量化了这些风险7,8,9,10,11,12,13,14。在太空中，这些实验已在国际空间站（ISS）、航天飞机以及其他轨道平台上进行。由于太空实验存在机组人员时间有限和微重力环境等特殊问题，因此需要专门的设备和方法。目前已有多种平台可用于在太空中利用植物、动物和微生物模型开展复杂的实验15。
啮齿类动物模型对于增进我们理解包括人类在内的哺乳动物如何响应太空飞行具有特别重要的意义。这些研究涵盖了太空飞行对肌肉结构16,17,18和免疫功能19,20,21的影响。然而，地球上用于饲养啮齿类动物的标准屏障环境笼具并不适用于太空飞行实验22,23。因此，多年来小鼠和大鼠曾被搭载于多种不同笼具中进行飞行与饲养，包括日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的栖息笼具24、俄罗斯无人卫星BION-M1上使用的动物运载太空舱25,26,27、意大利航天局设计的小鼠抽屉系统（Mice Drawer System, MDS）28,29,30、美国国家航空航天局（NASA）的动物封闭模块（Animal Enclosure Module, AEM），以及目前使用的NASA啮齿类动物运输器与栖息笼具23。最早的啮齿类动物实验是在航天飞机上使用被称为动物封闭模块（AEM）的笼具开展的。该设备曾用于航天飞机上的27次啮齿类动物实验23。AEM最初是为航天飞机上相对较短时间的实验（&#60; 20天）而开发的。随着国际空间站（ISS）的发展，AEM已被改进以支持更长时间的实验，现被称为啮齿类动物栖息笼具（Rodent Habitats）22,23。新的啮齿类动物栖息笼具采用“加速空间站实验处理”（EXpedite the PRocessing of Experiments for Space Station, EXPRESS）机架接口，专为支持国际空间站上的长期任务而设计。啮齿类动物栖息笼具在尺寸、气流、过滤与排气系统以及食物和水的获取方式方面，与标准的屏障环境笼具有显著差异（图1）。尽管如此，该设备已被证实是一种有效的科研平台，为揭示太空飞行引起哺乳动物生理变化的关键机制提供了重要见解19,31,32,33,34,35,36。
如今，可从包括啮齿类动物在内的生物航天实验中生成大量组学数据。最近，这些组学实验的数据已通过美国国家航空航天局（NASA）GeneLab平台公开提供1，该平台是一个综合性的数据存储库和分析平台，允许任何人利用航天飞行实验数据提出科学假设。GeneLab提供了用于数据发现、访问、共享和分析的工具。我们利用GeneLab数据集发现，标准动物饲养笼与在太空中使用的小鼠专用栖息装置之间存在显著差异，导致小鼠转录组发生巨大变化36。我们分析了四个不同的公开数据集，比较了饲养在啮齿类动物栖息装置或标准饲养笼中的啮齿类动物不同组织的转录组。通过无偏倚的系统生物学分析，我们确定发生改变的主要驱动因子和通路与缺氧反应一致，这是由于国际空间站（ISS）内较高的CO2浓度导致栖息装置中CO2水平升高所致；由于这些栖息装置为被动式系统，直接吸入周围环境空气，因此内部CO2浓度随之升高。该结果展示了科学家如何利用开源工具和公开数据生成新发现，揭示ISS环境对宇航员健康的影响。
本文介绍了啮齿类动物空间实验的实施方法，以及如何通过一个与空间生物学相关的开源组学平台获取这些实验的数据。我们讨论了用于空间任务的啮齿类动物栖息装置的配置，以及空间飞行样本组织的处理流程。同时，本文还阐述了如何在GeneLab平台上发现和获取空间飞行组学数据，并识别驱动生物体对空间飞行产生整体响应的关键因素。36本文将通过一个具体实例来展示该方案的实施方法，即比较Beheshti发表的饲养在啮齿类动物栖息装置中的实验动物与普通动物实验房对照组之间发生的生物学差异。 等36需要注意的是，地面对照对于航天飞行啮齿类动物实验至关重要。如本方案所述，这些对照实验需在完全相同的条件下进行（即 CO2 条件、湿度、温度、笼具尺寸等）在国际空间站（ISS）的啮齿类动物栖息地与具有标准环境条件（即, CO2 条件、湿度和温度）条件。在地面控制的啮齿类动物栖息地（Rodent Habitat）中饲养的啮齿类动物可用于与太空中的啮齿类动物进行直接比较。而在动物实验房（vivarium）笼具中饲养的啮齿类动物则可用于不同饲养环境（例如，动物实验房笼具与啮齿类动物栖息地硬件）之间的生物学比较。啮齿类动物栖息地与动物实验房笼具有所不同，其具有持续的气流（0.1–0.3 m/s）、较长的使用周期，以及一个次级排气过滤器，该过滤器通过微重力条件下持续的气流引导动物排泄物至过滤器并加以捕获和吸收。此外，啮齿类动物栖息地采用被动系统并吸入环境空气，因此其二氧化碳（CO₂）水平也较高。2 由于国际空间站舱内浓度升高（约5,000 ppm）。

<table><tbody><tr><td>野生型C57BL/6小鼠</td><td>The Jackson Laboratory</td><td>C57BL/6J</td><td>C57BL/6小鼠用于与啮齿类动物研究-1实验相关的数据集</td></tr><tr><td>BALB/c小鼠</td><td>Taconic</td><td>BALB</td><td>BALB/c小鼠用于与啮齿类动物研究-3实验相关的数据集</td></tr><tr><td>动物饲养笼具</td><td>Charles River Laboratory</td><td></td><td>从Charles River Laboratory购买的标准小鼠笼具</td></tr><tr><td>啮齿类动物栖息舱</td><td>NASA</td><td></td><td>该笼具及其所有组件均由NASA内部研制</td></tr><tr><td>RNAlater</td><td>ThermoFisher Scientific</td><td>AM7020</td><td>RNAlater用于组织保存，以便后续进行RNA提取</td></tr></tbody></table>

利用开放获取的 nasa genelab 平台研究太空飞行对小鼠生理学的影响

Exploring the Effects of Spaceflight on Mouse Physiology using the Open Access NASA GeneLab Platform

在太空中进行生物学实验需要特殊的条件和程序，以确保这些研究能够高效且有效地开展。此外，鉴于此类实验机会稀少，必须最大限度地发挥其科学价值。组学技术的快速发展为显著提升珍贵太空飞行样本所产生的数据量提供了契机。为充分利用这一机遇，美国国家航空航天局（NASA）开发了GeneLab平台，以提供对太空飞行组学数据的无限制访问，并鼓励对其开展广泛分析。啮齿类动物（包括大鼠和小鼠）是科学家研究太空相关生物学效应常用的模式生物。在太空飞行期间用于饲养啮齿类动物的装置称为啮齿类动物栖息舱（Rodent Habitats，曾用名：动物封闭模块），其在尺寸、气流以及水和食物获取方式等方面均与标准实验动物饲养笼存在显著差异。此外，由于国际空间站（ISS）上的环境和大气条件，动物暴露于较高浓度的CO2环境中。我们近期报道指出，无论动物处于地面还是太空环境，栖息舱内的小鼠其转录组均发生显著变化。进一步分析表明，这些变化与缺氧应答一致，可能由较高CO2浓度所引发。本文将介绍典型的啮齿类动物太空实验如何开展，如何通过GeneLab平台获取这些实验的组学数据，以及如何识别数据中的关键影响因素。通过这一流程，任何研究人员都有可能做出重要发现，从而改变未来太空任务与活动的设计方案。

从航天飞行转录组数据中确定关键驱动因素，将有助于美国国家航空航天局（NASA）评估健康风险，并开发潜在的对抗措施，以减轻对宇航员健康的不利影响。在我们最近的出版物中，已遵循上述步骤并利用GeneLab数据集，成功揭示了一项新发现，即国际空间站（ISS）内的CO2浓度可能影响健康36。我们还在其他研究中应用了上述技术，成功确定了所研究系统的关键驱动因素45,46,47,48,49,50。本文将展示如何成功利用该方案的结果来确定关键驱动因素。
本研究主要关注饲养在啮齿类动物栖息系统地面对照组和动物房对照组中的啮齿类动物所发生的生物学差异。如上所述，深入理解这两种栖息环境至关重要，这将帮助我们了解可能因国际空间站（ISS）环境而影响健康的潜在混杂因素。对于所有啮齿类动物太空飞行实验而言，这些地面对照组对于确定哪些生物学变化直接与太空飞行相关，或由国际空间站的环境条件引起，同样至关重要。如实验方案中所述，动物房栖息环境未暴露于啮齿类动物栖息系统中存在的较高 CO2 水平；其 CO2 浓度维持在地球上正常的水平（目前为 300 至 380 ppm）。两种栖息环境的温度和湿度条件相似。
我们使用 GeneLab 平台的以下数据集来确定饲养在 Rodent Habitat 地面对照组和动物饲养室对照组中的啮齿类动物之间驱动两种栖息环境差异的关键基因：GLDS-21、GLDS-111、GLDS-25 和 GLDS-63。如上所述，针对每个数据集分别独立分析 Rodent Habitat（此前称为 AEM）与动物饲养室对照组之间的显著差异基因。主成分分析（PCA）图显示了生物学重复样本的聚类情况（图4 展示了 GLDS-21 的 PCA 图）。基于预处理后的数据，我们从不同的 GSEA 基因集分析中确定了主导性基因。利用变化倍数达 1.2 倍（log2）的基因，我们预测了与上游调控因子、经典信号通路及生物功能相关的基因。随后，我们针对每个数据集找出所有基因中共同/重叠的基因（图5）。这些基因目前被认为驱动了 Rodent Habitat（或 AEM）与动物饲养室对照组中啮齿类动物之间的生物学响应差异。这些关键基因之间相互关联的网络图展示了各数据集中分析所得的核心枢纽基因（图6）。例如，MAPK1 是来自小鼠 STS-108 骨骼肌组织的核心枢纽基因（图6A）。这表明该基因是驱动关键基因表达的核心因素，最有可能是导致饲养在 Rodent Habitat 与动物饲养室笼具中小鼠产生生物学差异的主要作用基因。在我们之前的研究中，我们讨论了这些关键基因如何与现有科学文献中关于 CO2 响应的相关性，以及这些基因如何可能导致在小鼠中观察到的生物学变化36。
接下来，我们采用系统生物学方法，确定了一个“主调控因子”，该因子连接所有数据集/组织，并可能负责在动物实验环境模块（AEMs）中饲养的啮齿类动物相较于传统动物房笼具中动物所表现出的普遍生物学效应。该方法通过分析所有数据集中构建关键基因网络时连接性最强的基因来实现。结果表明，MAPK1 是所有关键基因中连接性最强的基因，处于网络中心位置（图7）。为了验证 MAPK1 是否可能介导了因 AEMs 中较高 CO2 水平所引起的小鼠生物学变化，我们查阅了相关科学文献以寻找支持性证据。我们发现多项研究提示 MAPK1 与 CO259 及缺氧19,60,61 存在关联。
<img alt="动物饲养模块示意图及活体动物饲养笼具的生物学研究设置" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图1"> 
图1啮齿动物栖息盒（此前称为 AEM）与动物饲养笼的比较。 (A) NASA 提供的 AEM 笼具图像（致谢：NASA/Dominic Hart）。B) 目前使用的标准动物饲养笼（由本实验室拍摄）。该图片改编自 Beheshti 等36. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="空间模块 containment units 示意图；微重力实验的设备设置。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 2"> 
图 2：在航天任务往返运输过程中涉及的啮齿类动物栖息硬件系统的三个不同模块。左侧模块（A）为啮齿类动物栖息模块（此前称为 AEM），中间模块（B）为运输器，右侧模块（C）为动物接入单元（AAU）。（D）小鼠转移箱（MTB）。（来源：NASA/Dominic Hart）。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="基因组数据处理工作流程图；用于生物信息学中的序列比对与分析设置。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 3"> 
图 3：可在 GeneLab Galaxy 界面中用于处理 RNA-seq 数据的分析工作流程示例。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的高清版本。</a>
<img alt="主成分分析（PCA）三维图；小鼠骨骼肌数据比较，AEM 与普通饲养环境（Vivarium）" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 4"> 
图4：预处理步骤后代表性数据集的主成分分析（PCA）。 AEM 用 GLDS-21 数据集 与 STS-118 任务中来自小鼠骨骼肌的动物饲养笼示意图。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
<img alt="使用预测的IPA上游调节因子、通路和生物功能进行基因分析的维恩图" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图5"> 
图5： 维恩图展示使用不同通路预测工具所确定的关键基因。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig5large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="基因表达调控示意图；激酶与转录调控因子的上调/下调" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图6"> 
图6：在AEM与所有条件及小鼠组织之间确定的关键基因. 动物饲养笼具 (A-E) 每个数据集/啮齿类动物组织关键基因的网络图谱。Log2 以倍数变化（以1.2倍变化为阈值）表示基因表达水平的变化，用于呈现下调基因绿色深浅的差异，而不同深浅的红色表示上调基因的倍数变化。绿色或红色越深，表示倍数变化越大。该图已根据Beheshti修改 等36. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig6large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
<img alt="基因调控网络示意图；箭头表示基因相互作用和信号通路。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig7.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 7"> 
图 7：与普通动物房笼具相比，确定 Rodent Habitat 饲养环境中啮齿类动物的“主调控因子”。 所有单个关键基因（图 6）之间的连接关系通过 IPA 分析确定，并以网络形式展示。该网络以径向图形式呈现，连接度最高的关键基因 MAPK1 位于中心位置。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig7large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的高清版本。</a>
补充材料 图1GeneLab-GenomeSpace 与 ISACreator 的集成以简化数据处理操作。  <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/Supplemental_Figure_1.tif" target="_blank">请点击此处下载该图片。</a>
补充 图2：使用联邦/整合异构生物信息学外部数据库（GEO、PRIDE、MG-RAST）在 GeneLab 中进行搜索的截图。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/Supplemental_Figure_2.tif" target="_blank">请点击此处下载该图</a>
补充 图3：GeneLab 协作工作区的截图，显示用户账户管理以及访问控制（例如，，私有、共享、公共文件夹）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/Supplemental_Figure_3.tif" target="_blank">请点击此处下载该图</a>

NASA GeneLab 平台为来自生物航天实验的宝贵组学数据提供了无限制的访问。我们描述了典型的小鼠空间实验是如何在太空中进行的，以及如何获取和分析此类实验的数据。

利用开放获取的 NASA GeneLab 平台研究太空飞行对小鼠生理学的影响

在太空中开展生物学实验需要特殊的适应性条件和操作流程，以确保这些研究能够有效进行……

该方法有助于解答空间生物学领域中的关键问题，通过生成假设来推动未来利用公开的全组学数据开展研究。此技术的主要优势在于，可作为空间生物学数据生成的工具。GeneLab 上提供的公开数据使研究人员能够以相对较低的成本，针对与太空飞行相关的疾病疗法或医疗对策建立临床理论。展示啮齿类动物栖息地的将是啮齿类动物研究项目的国际空间站任务科学家Yasaman Shirazi-Fard。在动物送达后，将其分组安置于标准的动物饲养笼中，并让动物适应NASA营养强化的啮齿类食物棒、饮水头以及抬高的金属丝网底板，直至动物被装入运输装置。在地球与国际空间站之间运输时，每个运输箱每侧放置10只小鼠，每个运输箱共容纳20只小鼠。到达国际空间站后，将动物接入单元连接至运输箱，并使用小鼠转移盒每次将5只小鼠转移至栖息舱内。将小鼠装载到栖息舱时，需先将动物接入单元从运输箱上拆下，再将其连接至啮齿类栖息舱。然后，将动物从小鼠转运箱转移到啮齿类动物栖息装置中，动物将在任务期间一直生活在其中。每天，经过培训的工作人员会检查栖息装置内动物的视频，以监测啮齿类动物的健康状况和福利情况。所有涉及动物的操作均在驻场兽医的指导和监督下进行。红外成像用于在明暗循环的黑暗阶段观察栖息环境中的动物，此时小鼠通常最为活跃。该摄像画面显示，画面顶部为食物条，左侧为进出通道和窗口，右侧为红外照明光源。在此视角下，水源位于摄像视野之外，处于食物条后方。这是研究第二天在明暗循环的黑暗阶段的地面控制栖息环境。该栖息环境在地球上放置时，废物托盘位于笼子底部，摄像头视图沿重力方向向下观察。距离摄像头最近的动物正坐在食物条上方进食。该栖息地中共有五只小鼠，但通常一次只能观察到其中几只。小鼠倾向于偏好封闭的巢状空间，例如食物条与笼壁之间的凹陷区域；在此视角下，可见它们聚集于此处。此处同时也是水源的位置。小鼠能够自由行走、理毛，并表现出与地球上小鼠典型行为一致的社交互动。小鼠利用栖息箱的六个壁面自由活动，经常被观察到在壁面上上下攀爬。此为研究第2天明暗循环的暗期阶段的飞行栖息箱情况，此时小鼠通常最为活跃。在太空飞行期间，小鼠在栖息环境中会利用笼子的六个面进行移动，这与在地球上的活动方式相同。小鼠会主动探索并穿梭于整个栖息环境，表现出与地球上的小鼠相同的行为，包括进食、饮水、理毛以及社交互动。小鼠采用不同的方式在舱室内移动自身。 飞行初期，小鼠通常被观察到使用前肢在金属丝网上拉动身体前行；随着飞行任务的进行，小鼠逐渐倾向于使用四肢在栖息地内衬的金属丝网格上奔跑移动。小鼠还通过在不同位置之间漂浮进行移动。在“啮齿类动物研究一”实验期间，随着小鼠对栖息环境的适应，它们不仅在舱室内活动的能力逐渐增强，还学会了利用尾巴和/或爪子将自己固定在舱壁上。GeneLab 团队的数据协调员 Sam Gebre 将演示数据分析、元数据轴和研究描述。要在 GeneLab 上查找用于分析的数据集，请打开 GeneLab 网页并点击数据存储库。在搜索数据框中输入关键词，以搜索特定的兴趣领域，并根据需要选择其他感兴趣的数据库。然后，点击放大镜图标以开始搜索。当所有关键词都已搜索完毕并查看了数据集后，点击工具，然后选择协作工作区，根据需要登录或注册新账户。登录后，点击帮助和用户手册，以获取有关如何使用工作区的详细说明。为每个用户，选择公共基因实验室以访问基因实验室数据库中的所有数据集，并打开包含目标数据的文件夹。要将感兴趣的数据集复制到本地目录工作区，可右键单击单个文件，在弹出菜单中选择“复制/移动”，选择目标文件夹，然后点击“复制”。随后，在数据集搜索中找到与之前出版物相关的数据集，并将元数据文件复制到本地工作区。要访问每个感兴趣数据集的元数据文件，请打开公共基因实验室数据集的子文件夹，并进入各数据集中的元数据子文件夹，以获取相应数据集的元数据信息。确保每个数据集均包含一个单独的压缩文件，该文件根据“研究、研究项目、检测表”规范提供元数据。使用合适的文本编辑器打开文件，以查看和访问包含研究文本描述以及每个数据集检测元数据的“研究、研究项目、检测表”元数据。然后，按检测类型检查每个数据集子文件夹中是否存在相应的输出检测数据文件。要分析转录组数据，请点击顶部菜单中的“工具”，然后点击“Galaxy”。使用基因组空间导入工具从基因实验室（Gene Lab）的基因组空间导入数据。数据将显示在分析部分的历史记录中。确认数据的显示情况、已导入的数据集以及当前的历史记录后，使用 GeneLab Galaxy 工具在中心面板中填充一个包含分析选项和数据输入设定的表单。填写完表单后，点击执行以创建用于运行分析的任务，并检查历史记录中所显示的已提交任务，这些任务以颜色编码标识其执行状态，随后将工具链接成复杂的分析流程，使用工作流工具管理这些工作流，并通过共享数据菜单将数据集、工作流和历史记录与其他研究人员共享。如该代表性图表所示，通过主成分分析图对生物学重复样本进行聚类，可确定基因集富集分析所得基因集中的核心基因。利用表达倍数变化为1.2倍的基因，可预测与上游调控因子、经典通路及生物功能相关的基因，从而将所有基因中共同重叠的基因进行归类。随后，通过构建网络图展示这些关键基因在啮齿类动物及其栖息环境与动物房对照组之间响应关系的调控网络，可揭示每个数据集分析结果中的核心枢纽基因。例如，MAP激酶1是来自小鼠航天飞机任务STS108骨骼肌组织的核心枢纽，可被解释为驱动关键基因的基因，最有可能是导致饲养在啮齿类动物栖息装置与普通动物房笼具中的小鼠之间产生生物学差异的核心因子。采用系统生物学方法，通过整合所有关键基因构建基因网络，进一步确定在所有数据集中连接性最强的基因，结果表明MAP激酶1确实是所有关键基因中连接性最强的基因，是核心枢纽。在实施该实验流程时，重要的是要记住，开展空间生物学啮齿类动物研究的科研人员将与美国国家航空航天局（NASA）啮齿类动物研究任务的科学家密切合作，共同设计并执行实验。此外，所有与空间生物学相关的全组学数据均可在 NASA GenesLab 平台上获取，使用该方法是提出空间生物学相关新假说的最高效途径。该技术也可应用于其他任何与生物系统相关的全组学数据集，例如癌症生物学、阿尔茨海默病和心血管疾病。该技术建立后，为空间生物学领域的研究人员开启了研究国际空间站内宇航员所受二氧化碳影响的新方向。

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我们提出了一种利用高分辨率显微计算机断层扫描成像技术来检测航天飞行是否对眼部结构造成损伤的实验方案。该方案展示了基于显微CT的测量方法 离体...

利用微型计算机断层扫描（Micro-CT）成像方法评估航天飞行后眼球整体结构的变化

新近发现的疾病相关基因在神经精神障碍发病机制中的作用仍不明确。一种改良的双侧子宫内电穿孔技术可实现将基因转入大量神经元群体中，并可用于研究基因表达变化对社交行为的因果影响。...

利用双侧子宫内电穿孔技术研究基因对啮齿类动物行为影响的实验流程

本文以采血进行免疫表型分析为例，介绍用于“野生型小鼠”的设施的结构和操作流程，包括微生物 containment...

具有天然微生物群的小鼠实验设施的操作与生物安全防护程序：免疫表型分析流程

本研究展示了一种在气动液滴操控平台上检测多位点核苷酸多态性的简单且可视化的方 法。利用该方法，整个实验过程（包括液滴操控和多位点核苷酸多态性检测）均可在接近23 °C的条件下完成，无需借助复杂的仪器设备。...

基于气动液滴操控平台的多位点核苷酸多态性可视化比色检测

探索NASA GeneLab平台分析航天对小鼠生理的影响，学习利用公开组学数据生成空间生物学假设。该方法帮助研究人员开发航天健康风险的临床对策。

利用开放获取的 NASA GeneLab 平台研究太空飞行对小鼠生理学的影响

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