Name: לחקור את ההשפעות של שיגור לחלל על הפיזיולוגיה של העכבר באמצעות הפלטפורמה הפתוחה של GeneLab נאס א גישה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 8 s
Description: חקור את השפעות שיגור החלל על הפיזיולוגיה של עכברים באמצעות פלטפורמת GeneLab של נאס"א. שיטה זו מאפשרת ניתוח נתוני אומיקס ופיתוח תיאוריות קליניות לטיפולים עתידיים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

אנחנו רוצים להודות אליסון צרפתית-נאס א איימס מדעי החיים נתונים בארכיון שלה סיוע עם קבלת וידאו הקשורים הגידול מכרסם וללכוד הכולל עזרה בקבלת מידע קשור. אנחנו אוהבים גם להודות קילקני סינפלקסתאטרון מרלה במרכז המחקר איימס נאס א לה עזרה בקבלת המידע הנכון. מענקי מחקר סופק על ידי הפרויקט GeneLab במרכז המחקר איימס נאס א, באמצעות תוכנית ביולוגיה חלל של נאס א חלוקה של מרחב החיים של מחקר מדעי, יישומים (SLPSRA). כל שימוש של שמות מסחריים למטרות תיאורי בלבד, מעיד על ממשלת ארה ב.

המחברים אין לחשוף.

פלטפורמת GeneLab נאס א הוא מקיף טכנולוגיות מסד נתונים וניתוח פלטפורמה אשר יאפשרו את הקהילה המדעית ליצירת היפותזות הרומן הקשורים לביולוגיה שטח. כאן הובאו הליך מקיף לניסויים מכרסמים מתחילת בחלל לדור של השערת הרומן של ניתוח נתונים ניצול פלטפורמה ביולוגיה שטח זמין לציבור. בנוסף, גם סיפקנו פרוטוקול מקיף לניתוח ביולוגיה לא משוחד מערכות לזיהוי גנים מרכזיים נהיגה המערכת נחקר. השתמשנו שלנו מחקר האחרונות36 כדוגמה איך פרוטוקול זה הוא מנוצל ביעילות כדי ליצור השערה חדשניים עבור שטח ביולוגיה. אנו מקווים כי זה עוזר החוקרים להבין טוב יותר כיצד מתבצעים ניסויים בחלל, כמה נתונים מהם להוביל הנתונים הזמינים ב- GeneLab, ולאפשר בסופו של דבר פרשנות ברורה יותר של נתונים טכנולוגיות ביולוגיה שטח זמין לציבור.
ישנם מספר שלבים קריטיים בתוך פרוטוקול שלנו לגבי ניסויים בחלל מכרסמים וגם ניתוח של הנתונים הופק. הבנת הגידול מכרסם ההתקנה היא קריטית כדי לפתח את הניסוי אופטימלית עבור טיסה לחלל. זה יהיה כרוך באופן ספציפי את הפרוטוקול ואת תיאור שסיפקנו בשלב 1 של פרוטוקול שלנו. ברגע חוקר לגמרי מבינה את התנאים השונים הקיימים הגידול מכרסם לעומת ביבר כלובים, התוצאות. ביולוגיים להיות מפורש ישויך כראוי כדי לתנאי הסביבה בחלל. תוספות, שינויים הגידול מכרסם לא יכול לעשות זאת, מאחר הגידול מכרסם יש כבר בצורה אופטימלית תוכנן ואושר על ידי נאס א לשימוש בחלל.
כדי לפרש את התוצאות. ביולוגיים, סיפקנו פרוטוקול יסודית על כל צעד מעורב מהעלאת הנתונים שלך כדי GeneLab על ניתוח של הנתונים כדי ליצור ביולוגיה חלל הרומן השערה. למרות כל השלבים חשוב להבין איך להפיק נתוני, השלבים הקריטיים ביותר לניתוח נתונים הם שלבים 9 ו- 10. שלב 9 מספק פרוטוקול כדי לנתח נתונים transcriptomic באמצעות שיטת ביולוגיה לא משוחד מערכות לקביעת גנים/מסלולים המניעות באמת התנאי ניסיוני שעוברים ניתוח. שלב 10 חיוני כפי שהיא מספקת למשתמשים עם מתודולוגיה קל לנתח טכנולוגיות GeneLab datasets באמצעות פלטפורמת GeneLab. ניתן לעשות שינויים בפרוטוקול שסופק עבור כמה צעדים לגבי ניתוח נתונים. באופן ספציפי, צעדים 9.4 – 9.6 יכול להיעשות באמצעות תכנות R או כל המועדפים כלים נוספים על המשתמש. בהתאם ערכת הנתונים, סטטיסטיקות שונות, המכנסונים קיפול-שינוי יכול לשמש כדי לקבוע את הגנים מוסדר באופן משמעותי. בנוסף, לקביעת הגנים מפתח בשלבים 9.5 ו- 9.6, המשתמש יכול לשנות פרוטוקול זה, להשתמש בכל כלי אשר מנצל את הגנים מוסדר באופן משמעותי כדי לחזות פונקציות. הרעיון חשוב הוא באמצעות כלי חיזוי טכנולוגיות פונקציונלי מרובים מאפשרת לקביעת של גנים מעורבים עם רוב הפונקציות מווסתת במערכת נחקר.
פלטפורמת GeneLab ממשיך, ולפתח בזמן הבדיקות המתוארות כאן בוצעו לאחר הורדת נתונים, השלב הבא של GeneLab יאפשר לניתוח של טכנולוגיות נתונים ישירות על פלטפורמה GeneLab, אשר תספק זרימת עבודה קל לייצר עיבוד נתונים, לצורך ניתוחם מסדר גבוה. יתר על כן, ואילו אנו מתמקדות על פרוטוקול עבור פענוח נתונים transcriptomic, GeneLab מכיל מגוון רחב של טכנולוגיות מידע כולל פרוטיאומיה מבנית, גנומית, metabolomic ונתונים epigenomic. פלטפורמת בסופו של דבר יכיל צינורות והנחיות לניתוח של אלה סוגים שונים של טכנולוגיות. השלב האחרון של GeneLab תיישם גם ממשק חזותי ברמת המערכת כדי לאפשר למשתמש בסיסי בקלות ליצור מרחב ביולוגיה השערות.
לבסוף, הניתוח הביולוגיה שלנו מערכות מספק שיטה ייחודית ובלתי לא משוחדת כדי לקבוע את המפתח נהיגה גנים/מסלולים בכל מערכת הנלמדים באמצעות טכנולוגיות datasets. השתמשנו מתודולוגיה זו במספר מחקרים עצמאיים שונים בהצלחה רבה כדי לקבוע את מניעי מפתח מעורב36,45,46,47,48,49 ,50. ב סרטן הקשורים מחקר טכנולוגיות, באמצעות מתודולוגיה זו אנו השפעול לאמת כי שלנו החזוי מפתח הגנים/המסלולים למעשה נוהג את התגובה לטיפול בסמים על ידי לדפוק את הגנים מפתח בחוץ גופית45. שצפינו בהם, כפי שניבא לנו דרך פרוטוקול זה, כי הטיפול לא היה יעיל יותר בשל היעדר הגנים מפתח. אנו מאמינים כי פרוטוקול ביולוגיה מערכות מוטים זה יכול להיות כלי שימושי כדי לקבוע מפתח נתיבים בכל מחקר טכנולוגיות.
פרוטוקול זה מספק שיטה מהירה ויעילה, לדור של הרומן ביולוגיה חלל השערות. ניתן למנף את הנתונים המופקים GeneLab על ידי חוקרים הזדמנויות מימון עתידיות, אימות ניסיוני של מטרות אפשריות להתפתחות של הנגד נגד קרינה microgravity ומרחב. פרוטוקול שסופק כאן יאפשר לחקירות ביולוגיה חלל לעתיד להתרחש עם יעילות מיטבית כדי לאפשר למשימות שטח בטוח לטווח ארוך.

המטרה הכוללת של כתב יד זה נועד לספק מתודולוגיה ברורה של אופן השימוש של נאס א GeneLab פלטפורמה1 וניסויים מכרסמים איך נעשה בחלל מתורגמים טכנולוגיות נתונים, לצורך ניתוחם. Spacefaring בני אדם נחשפים סיכונים בריאותיים רבים שדות הכבידה מסולף, הקרינה מרחב, בידוד מכדור הארץ, אחרים גורמים סביבתיים עוין2,3,4,5, 6. ניסויים ביולוגיים הופיעה שטח על הקרקע סייעו כדי להגדיר ולכמת אלה הסיכונים7,8,9,10,11, 12 , 13 , 14. בחלל, הניסויים נערכו על תחנת החלל הבינלאומית (ISS), מעבורת החלל, פלטפורמות אחרות מסלולית. ניסויים אלה דורש חומרה מיוחדות ומתודולוגיה נתן את החששות ייחודי של ביצוע ניסויים בחלל כולל צוות מוגבלת זמן ואיכות הסביבה microgravity. פלטפורמות שונות קיימים כעת לביצוע ניסויים מתוחכמים בחלל באמצעות צמחים, בעלי חיים מודלים מיקרוביאלי15.
מודלים מכרסמים היה חשוב במיוחד לקידום הבנתנו איך יונקים, כולל בני אדם, להגיב בחלל. אלה כוללים את ההשפעה של שיגור לחלל על שרירים מבנה16,17,18 , פונקציות החיסונית19,20,21. הכלובים ביבר סטנדרטי המשמש לדיור מכרסמים על פני כדור הארץ אינם מתאימים בחלל ניסויים22,23. לכן, מעל שנה עכברים וחולדות יש כבר וקמו שוכנו בכלובים שונים כולל את כלוב בית גידול יפני וחלל חקר סוכנות (JAXA)24, חיה נושא קפסולות שטח המשמש את ביון-M1 מאוייש לוויין רוסי25 26, ,27, העכברים מגירה מערכת (MDS) עוצב על ידי סוכנות החלל האיטלקית28,29,30, מודול מארז חיה (AEM) של נאס א, ועכשיו את נאס א מכרסמים טרנספורטר, בתי גידול23. ניסויים מכרסמים התחיל על סיפון מעבורת החלל באמצעות כלובים התייחס כמו מודול מארז חיה (AEM). חומרה זו היה בשימוש 27 ניסויים מעבורת החלל23מכרסם. AEM פותחה במקור לניסויים קצר יחסית ב- board המעבורת (< 20 ימים). מאז הפיתוח של ISS, AEMs שונו לניסויים משך זמן ארוך יותר, עכשיו מכונים מכרסם בתי גידול22,23. הגידול מכרסם חדשות המיועדות לתמיכה משך זמן משימות ב- ISS בעזרת לזרז את עיבוד של הניסויים עבור ממשק תקשורת תחנת החלל (אקספרס). בתי גידול מכרסמים שונים באופן משמעותי ארגזים ביבר הרגיל שלהם מידות, זרימת האוויר, מסנן, מערכת הפליטה וגישה מזון ומים (איור 1). למרות זאת, חומרה זו הוכיחה להיות פלטפורמה יעילה מחקר, הפעלת מפתח תובנות השינויים בחלל-induced פיזיולוגיה בתרבית של19,31,32,33 35,34, ,36.
עכשיו ניתן להפיק כמויות גדולות של נתונים טכנולוגיות של ניסויים בחלל הביולוגי כולל אלה המבוצעות עם מכרסמים. לאחרונה, נתונים ניסויים טכנולוגיות אלה נעשו זמין לציבור באמצעות פלטפורמה GeneLab נאס א1 אשר הוא מאגר נתונים מקיף וניתוח פלטפורמה המאפשרת לכל אחד לפתח השערות של ניסויים בחלל. GeneLab מספקת כלים גילוי, גישה, שיתוף וניתוח של נתונים. אנחנו מנוצל GeneLab datasets להראות כי ההבדלים בין הכלובים ביבר תקן בתי גידול מיוחדים מכרסם להשתמש בחלל לגרום מסיבית הבדלים transcriptome של עכברים36. ניתחנו ארבע datasets זמין לציבור שונים, השוואה בין רקמות שונות מן מכרסמים בבניין בתי גידול מכרסם או כלובים ביבר סטנדרטי. באמצעות ניתוח ביולוגיה מערכות לא משוחדת, קבענו כי המניעים העיקריים מסלולים ששונו היו עקביים עם תגובה לפציעה hypoxic בשל הרמות הגבוהות של2 CO הנגרמת על ידי ריכוז גבוה של2 CO-ISS, מה שמוביל CO גבוהה יותר 2 ריכוזים מכרסם בית-גידול בהתחשב בכך הם מערכות פסיבי לקחת באוויר הסביבה. זה מדגים כיצד מדענים יכולים להשתמש כלי קוד פתוח ונתונים כדי להפיק ממצאים הרומן עם במשתמע על כיצד הסביבה של ISS משפיעה על הבריאות אסטרונאוט.
כאן נתאר כמה ניסויים מכרסם מבוצעות ב- space ואיך נתונים של ניסויים אלה ניתן לגשת באמצעות מקור פתוח, פלטפורמה omic הקשורים לביולוגיה שטח. נדון את התצורה של הגידול מכרסם המשמש עבור משימות חלל, ומעובדים כמה רקמות בחלל. אנו גם מתארים איך בחלל טכנולוגיות נתונים יכול להיות גילה ולגשת אליהם על GeneLab ועל גורמים מרכזיים כיצד לנהוג התגובה הכוללת טיסה לחלל יכול להיות מזוהה36. הדוגמא המסוימת נציג על איך מיושם הפרוטוקול השוואת ההבדלים הביולוגיים המתרחשים מכרסמים בבניין בית גידול מכרסם ושל הפקדים ביבר יצאו לאור על ידי בהשתי et al.36. חשוב לציין כי הקרקע פקדים הם חיוניים עבור ניסויים מכרסמים בחלל. כפי שמתואר פרוטוקול זה, פקדים אלה נעשים עם שני בתנאים זהים (קרי, CO2 תנאים, לחות, טמפרטורה, מידות הכלוב, וכו ') הגידול מכרסם-ISS, בכלובים ביבר סטנדרטיים בעלי תקן איכות הסביבה (קרי, CO2 תנאים, לחות וטמפרטורה) תנאים על פני כדור הארץ. המכרסמים שוכנו הפקדים קרקע גידול מכרסם לאפשר השוואה ישירה יחסית בחלל. בעוד מכרסמים בתוך כלובים ביבר לאפשר השוואה ביולוגי בין הדיור שונים (למשל, כלובים ביבר נגד מכרסמים חומרה). הגידול מכרסם שונה מאשר ביבר כלובים יש לו זרימת אוויר קבועה (0.1 – 0.3 m/s), משך זמן, מסנן פליטה משני לוכד וסופג את צואת בעלי חיים בהדרכת את המסנן הפליטה זרימת אוויר רציפה ב- microgravity. בנוסף, מכרסם בתי גידול יש מערכות פסיבי, צריכת אויר; לכן, יש להם גם ריכוז גבוה של2 CO עקב רמות גבוהות בתא הנוסעים ISS (~ 5,000 ppm).

<table><tbody><tr><td>עכברי C57BL/6</td><td>עכברי מעבדת ג'קסון</td><td>C57BL/6J</td><td>C57BL/6 שימשו למערכי נתונים הקשורים לניסויי מחקר מכרסמים-1</td></tr><tr><td>עכברי BALB/C</td> עכברי <td>Taconic</td><td>BALB</td><td>BALB/C שימשו למערכי נתונים הקשורים לניסויים במחקר מכרסמים-3</td></tr><tr><td>כלובי Vivarium</td><td>מעבדת</td><td></td> נהר צ'ארלס <td>כלובי עכברים סטנדרטיים שנרכשו ממעבדת נהר צ'ארלס</td></tr><tr><td>בית גידול מכרסמים</td><td>נאס"א</td><td></td><td>כלוב זה וכל הרכיבים בנויים באופן פנימי בנאס"א</td></tr><tr><td>RNAמאוחר יותר</td><td>ThermoFisher Scientific</td><td>AM7020</td><td>RNAlater משמש לאחסון הרקמה לבידוד RNA נוסף</td></tr></tbody></table>

לחקור את ההשפעות של שיגור לחלל על הפיזיולוגיה של העכבר באמצעות הפלטפורמה הפתוחה של genelab נאס א גישה

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

ביצוע ניסויים ביולוגיים בחלל דורש מותאמים ונהלים כדי להבטיח כי חקירות אלה מבוצעות בצורה אפקטיבית ויעילה. יתר על כן, בהתחשב infrequency של ניסויים אלה זה הכרחי כי ההשפעות שלהם אינה מוגדלת. ההתקדמות המהירה של טכנולוגיות מציעה הזדמנות להגדיל באופן משמעותי את נפח הנתונים המופק דגימות יקר בחלל. על מנת להפיק מכך, נאס א פיתחה פלטפורמת GeneLab לספק גישה בלתי מוגבלת לנתונים טכנולוגיות בחלל ולעודד את ניתוח הנרחב שלה. מכרסמים (הן חולדות ועכברים) הם אורגניזמים מודל נפוץ בשימוש על ידי מדענים לחקור השפעות ביולוגיות הקשורים בחלל. המתחם כי הבית מכרסמים במהלך טיסה לחלל נקראים בתי גידול מכרסם (לשעבר מודולים מארז של בעלי חיים), שונים באופן משמעותי ארגזים ביבר הרגיל שלהם מידות, זרימת אוויר וגישה מים ומזון. בנוסף, בשל אטמוספרי וסביבתיות תנאי על הבינלאומי תחנת החלל (ISS), בעלי חיים נחשפים ריכוז גבוה יותר של2 CO. לאחרונה דיווחנו כי עכברים בתוך הגידול מכרסם לחוות שינויים גדולים שלהם transcriptome ללא קשר אם בעלי החיים היו על הקרקע או בחלל. יתר על כן, שינויים אלה היו עקביים עם תגובה שתקבעו, שעשוי להיות מונע על ידי ריכוז גבוה של2 CO. כאן נתאר כיצד ניסוי מכרסמים טיפוסי מתבצע בחלל, כיצד טכנולוגיות נתונים של ניסויים אלה ניתן לגשת באמצעות פלטפורמת GeneLab וכיצד לזהות גורמים מרכזיים בנתונים אלה. באמצעות תהליך זה, כל אדם יכול להפוך תגליות קריטיות זה יכול לשנות את העיצוב של משימות חלל בעתיד ופעילויות.

קביעת מנהלי מפתח מנתונים transcriptomic בחלל יסייע נאס א עם קביעת הסיכונים הבריאותיים ופיתוח אמצעי נגד פוטנציאלי למאבק השפעות שליליות על הבריאות אסטרונאוט. בפרסום האחרון שלנו, אנו עוקבים אחריו את השלבים שלעיל מנוצל GeneLab datasets להראות בהצלחה רומן במציאת ריכוזי CO2 ב- ISS יכולים להשפיע בריאות36. גם השתמשנו בטכניקה מעל במחקרים אחרים בהצלחה לקבוע גורמי מפתח נהיגה את המערכת להיות למד45,46,47,48,49,50 . כאן אנחנו נראה איך התוצאות באמצעות פרוטוקול זה יכול לשמש בהצלחה כדי לקבוע את מניעי מפתח.
במחקר זה, התמקדנו בעיקר על ההבדלים הביולוגיים המתרחשים מכרסמים בתוך הפקדים הקרקע מכרסם הרגלי והפקדים ביבר. כמתואר לעיל, זה המפתח להבנת יותר בתי גידול שני אלה, אשר תספק לנו מידע על גורמים מבלבלים אפשריים שיכולים להשפיע בריאות בשל הסביבה ב- ISS. לניסויים בחלל מכרסם כל, פקדים הקרקע אלה חיוניים גם כדי לקבוע אילו גורמים ביולוגיים קשורים ישירות עם שיגור לחלל או עקב תנאי הסביבה על תחנת החלל. כאמור בפרוטוקול, תנאי הסביבה לבית הגידול ביבר אינה נחשפת לרמה2 CO גבוהה יותר כי קיים לבית הגידול מכרסם. הגידול ביבר יש רמת2 CO נורמאלי כי קיים על פני כדור הארץ (כיום להיות 300 עד 380 עמודים לדקה). טמפרטורה ולחות עבור שני בתי גידול דומים.
השתמשנו datasets הבאים מרציף GeneLab כדי לקבוע את הגנים מפתח בין המכרסמים בבניין של מכרסם גידול הקרקע פקדי ופקדי ביבר קרקע אשר אחראים על נהיגה ההבדלים בין הגידול שני: GLDS-21, GLDS-111, GLDS-25 ו GLDS-63. ניתוח כדי לקבוע את הגנים משמעותי בוצע כמתואר לעיל בין מכרסם הביטאט (בעבר AEM) לבין ביבר פקדים באופן עצמאי עבור כל הנתונים (dataset). PCA חלקות הראה קיבוץ של הביולוגי משכפל (איור 4 מראה ש-PCA מתווה GLDS-21). מן הנתונים מראש מעובד, קבענו את הגנים מתקדמים של קבוצות גנים GSEA שונות. באמצעות הגנים עם 1.2-פנים-שינוי (כניסה2), היינו יכולים לחזות את הגנים המעורבים עם תחזיות הרגולטורים במעלה הזרם, מסלולים הקנוני של biofunctions. עבור כל הנתונים (dataset) ואז מצאנו את הגנים חופפים/משותף מעורבים על כל הגנים (איור 5). גנים אלה הם האמינו עכשיו לנהוג את התגובה בין המכרסמים מכרסמים בתי גידול (או AEM) ופקדים ביבר. רשת הייצוג של מה גנים מפתח אלה להתחבר מציג שרכזות מרכזי עבור כל ערכת נתונים להיות מנותח (איור 6). לדוגמה, MAPK1 נמצא צומת מרכזית של STS-108 רקמות שריר השלד של עכברים (איור 6A). זה להתפרש הגן המניע את הגנים מפתח, ככל הנראה השחקן המרכזי לגרימת הבדלים ביולוגיים עבור עכברים שוכנו בבתי גידול מכרסם נגד הכלובים ביבר. בעבודה הקודמת, נדון כיצד גנים מפתח אלה משויכות CO2 התגובה של הספרות המדעית הקיימת, איך הגנים האלה יכול להיות אחראי על שינויים ביולוגיים נצפו עכברים36.
נקיטת גישה ביולוגיה של מערכות, קבענו הבא "הרגולטור הראשי" מתחבר כל datasets/הרקמות, אחראי פוטנציאל אוניברסלי השפעות ביולוגיות בחולדות בבניין AEMs לעומת ביבר כלובים. הדבר נעשה על-ידי קביעת הגן של כל קבצי הנתונים זה המחובר ביותר כאשר בונים רשת של כל הגנים מפתח. הצלחנו להראות MAPK1 הגן המחובר ביותר ואת צומת מרכזית של כל הגנים מפתח (איור 7). כדי לוודא אם MAPK1 יכול להיות אחראי על שינויים ביולוגיים בעכברים מרמות2 CO גבוהות יותר ב- AEMs, חיפשנו דרך הספרות המדעית לתמיכה ראיות. מצאנו מספר מחקרים המעידים הקורלציה של MAPK1 עם CO259 , היפוקסיה19,60,61.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig1.jpg"> איור 1 : בית גידול מכרסם (בעבר AEM) לעומת הכלובים ביבר. (א) תמונה של הכלוב AEM הניתנים על ידי נאס"א (קרדיטים: נאס א/דומיניק הארט). (B) הכלוב ביבר סטנדרטי שנמצא כעת בשימוש (צולם על ידי מעבדה שלנו). דמות זו שונתה מ בהשתי et al.36. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig2.jpg"> איור 2 : מערכת חומרה בית גידול של מכרסם עם שלושה מודולים שונים המעורבים במהלך העברה מ את משימות חלל. המודול משמאל (A) הוא המודול מכרסם הביטאט (בעבר AEM), המודול מרכז (B) הוא הסוג הרביעי, המודול נכון (C) היא יחידת גישה חיה (AAU). (ד) תיבת העברה העכבר (MTB). (קרדיטים: נאס א/דומיניק הארט). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig3.jpg"> איור 3 : זרימת ניתוח לדוגמה בו ניתן להשתמש בממשק GeneLab גלקסי לתהליך נתונים RNA-seq. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a> 
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig4.jpg"> איור 4 : המנהל ניתוח גורמים (PCA) של נציג את הנתונים (dataset) לאחר צעדי עיבוד מראש. GLDS-21 dataset של AEM לעומת ביבר כלוב מוצג עבור שריר השלד מאתר מהמשימה STS-118. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig5.jpg"> איור 5 : דיאגרמת ון המייצג איזה גנים מרכזיים נקבעים בעזרת כלי חיזוי מסלול שונה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a> 
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig6.jpg"> איור 6 : הגנים מפתח שנקבע כל התנאים ורקמות מאתר בין vs AEM . ביבר כלובים. (A-E) רשת הייצוג של גנים מפתח עבור כל ערכת נתונים/מכרסם רקמות. יומן2 קיפול-שינויים (עם ניתוק של 1.2-פנים-שינוי) בביטוי הגן שימשו כדי לקבל גוונים שונים של ירוק מתקפל-שינוי בגנים downregulated, בעוד שונים גוונים של אדום מתארים שינוי-קיפול בגנים upregulated. כהה יותר בצל ירוק או אדום, גדול מתקפל-השינוי. דמות זו שונתה מ בהשתי et al.36. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58447/58447fig7.jpg"> איור 7 : קביעת "הרגולטור הראשי" למכרסמים בדיור מכרסם גידול לעומת ביבר כלובים. חיבורים בין כל הגנים מפתח בודדות (איור 6) היו נחושים ומוצגים כרשת דרך IPA. רשת מיוצג מגרש רדיאלי עם הגן מפתח המחובר ביותר, MAPK1, במרכז. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/58447fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
משלימה איור 1: GeneLab-GenomeSpace בשילוב עם ISACreator עבור ייעול פעולות עיבוד נתונים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/Supplemental_Figure_1.tif" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד את הדמות הזו.</a> 
משלימה איור 2: צילום מסך של GeneLab חיפושים באמצעות הפדרציה/אינטגרציה עם מסדי נתונים חיצוניים ביואינפורמטיקה הטרוגנית (GEO, גאווה, MG-RAST). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/Supplemental_Figure_2.tif" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד את הדמות הזאת</a>
משלימה איור 3: צילום מסך של GeneLab שיתופי סביבת העבודה מציג למשתמש ניהול תיקים, ו- access שולט (למשל, פרטיים, משותפים, הציבור תיקיות).  <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58447/Supplemental_Figure_3.tif" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד את הדמות הזאת</a>

פלטפורמת נאס א GeneLab מספק גישה בלתי נדלית טכנולוגיות יקרות ערך נתונים של ניסויים בחלל ביולוגי. נתאר כיצד ניסוי עכבר אופייני מתנהל במרחב ואת איך נתונים של ניסויים אלה ניתן יהיה לגשת וניתח.

לחקור את ההשפעות של שיגור לחלל על הפיזיולוגיה של העכבר באמצעות הפלטפורמה הפתוחה של GeneLab נאס א גישה

Performing biological experiments in space requires special accommodations and procedures to ensure that these investigations are performed effectively ...

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום ביולוגיית החלל על יצירת השערות כדי לסייע למחקר עתידי באמצעות כל נתוני התמהיל הזמינים לציבור. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן להשתמש בה ככלי ליצירת נתוני ביולוגיה של החלל. הנתונים הזמינים לציבור על GeneLab מאפשרים למחקרים לפתח תיאוריות קליניות על טיפולים במחלות או אמצעי נגד לשירותי בריאות הקשורים לטיסה בחלל בעלות נמוכה יחסית.הפגנת בתי הגידול של המכרסמים תהיה יסמן שיראזי-פארד, מדען המשימה של ISS לחקר המכרסמים. לאחר המסירה, לקבץ את המכרסמים בתוך כלובי vivarium סטנדרטיים. ויש לי בעלי החיים להסתגל חטיפי מזון מכרסמים משודרגים נאס"א, lixits, ורצפות חוט מוגבה עד בעלי החיים נטענים לתוך המשגר.לנסיעה בין כדור הארץ לתחנת החלל הבינלאומית, מקם עשרה עכברים לכל צד לכל משגר עבור סך של 20 עכברים לכל משגר. פעם אחת בתחנת החלל הבינלאומית, חבר את יחידת הגישה לבעלי חיים למשגר ולהשתמש בתיבות העברת עכברים כדי להעביר חמישה עכברים בכל פעם לבתי הגידול. כדי להעמיס את העכברים לתוך בית הגידול, לנתק את יחידת הגישה לבעלי חיים מהמשגר ולחבר את היחידה לבית הגידול של המכרסמים.לאחר מכן, להעביר את בעלי החיים מתיבות העברת העכבר לבתי הגידול מכרסמים שבו הם יתגורר למשך המשימה. בכל יום, וידאו של בעלי החיים בתוך בתי הגידול נבדק על ידי צוות מיומן כדי לפקח על בריאותם ו רווחתם של המכרסמים. הדרכה ופיקוח על כל העבודה הכוללת בעלי חיים ניתנת על ידי וטרינר משתתף.הדמיית אינפרא-אדום משמשת ל לראות בעלי חיים בתוך בתי הגידול במהלך השלב הכהה של מחזור האור-כהה, כאשר עכברים הם בדרך כלל הפעילים ביותר. תצוגת מצלמה זו מציגה חטיפי מזון בחלק העליון של המסגרת, דלת גישה וחלון בצד שמאל ותאורת אינפרא-אדום מימין. מקור המים נמצא מחוץ לנוף המצלמה, מאחורי חטיפי המזון בתצוגה זו.זהו בית הגידול לבקרת הקרקע ביום השני של המחקר, במהלך השלב האפל של מחזור האור-כהה. בית גידול זה מכוון על פני כדור הארץ עם מגש הפסולת בתחתית הכלוב, תצוגת המצלמה מסתכלת כלפי מטה לאורך וקטור הכבידה. החיה הקרובה ביותר למצלמה יושבת על גבי חטיפי המזון, אוכלת.ישנם חמישה עכברים בבית גידול זה למרות שרק מעטים נצפו בדרך כלל בבת אחת. עכברים נוטים להעדיף מקומות סגורים דמויי קן כגון החלל שקוע בין ברים מזון קיר הכלוב שבו הם נראים מתקהלים בתצוגה זו. זהו גם המיקום של מקור המים.העכברים הם אמבולינג, טיפוח, ומראה אינטראקציות חברתיות כי הם התנהגויות אופייניות עבור עכברים על פני כדור הארץ. עכברים משתמשים בכל ששת קירות בית הגידול כדי לנוע בחופשיות, והם נצפו מטפסים לעתים קרובות במעלה ובירידה בקירות. זהו בית הגידול של הטיסה ביום השני של המחקר במהלך השלב הכהה של מחזור האור-כהה כאשר עכברים הם בדרך כלל הפעילים ביותר.במהלך טיסת החלל, כמו בכדור הארץ, העכברים נעים סביב בית הגידול באמצעות כל ששת צידי הכלוב. העכברים חוקרים ומוטלים באופן פעיל ברחבי בית הגידול ומציגים התנהגויות זהות כמו עכברים על פני כדור הארץ, כולל אכילה, שתייה, טיפוח ואינטראקציות חברתיות. עכברים משתמשים בשיטות שונות כדי להניע את עצמם על התא.בשלב מוקדם במהלך הטיסה נראו העכברים בדרך כלל משתמשים באבותיהם כדי למשוך את עצמם לאורך רשת התיל, מאוחר יותר במהלך הטיסה, העכברים נטו להשתמש בכל ארבעת הגפיים כדי לרוץ על פני רשת התיל המצפים את בית הגידול. העכברים גם עברו על ידי ציפה ממיקום אחד לאחר. כאשר העכברים התאקלמו בבית הגידול במהלך מחקר מכרסמים אחד, הם לא רק הפכו מיומנים לנוע על התא, אלא גם למדו לעגן את עצמם לקירות באמצעות הזנב שלהם, ו / או כפות הרגליים.הדגמת ניתוח הנתונים, ציר המטה-נתונים ותיאור המחקר יהיה סם גברה, מתאם נתונים בצוות GeneLab. כדי למצוא ערכות נתונים לניתוח ב- GeneLab, פתח את דף האינטרנט של GeneLab ולחץ על מאגר נתונים. הזן את מילות המפתח בתיבת נתוני החיפוש כדי לחפש תחומי עניין ספציפיים ולבחור בסיסי נתונים אחרים מעניינים לפי רצונך.לאחר מכן, לחץ על סמל הזכוכית המגדלת כדי להתחיל בחיפוש. לאחר חיפוש בכל מילות המפתח וסקירת את ערכות הנתונים, לחץ על כלים ולאחר מכן על סביבת עבודה שיתופית, והיכנס או הירשם לקבלת חשבון חדש בהתאם לצורך. לאחר הכניסה, לחץ על עזרה ומדריך למשתמש, כדי לגשת להוראות מפורטות אודות אופן השימוש בסביבת העבודה.עבור כל משתמש, בחר מעבדת גנים ציבורית כדי לגשת לכל ערכות הנתונים במאגר מעבדת הגנים ולפתוח את התיקייה עם הנתונים המעניינים. כדי להעתיק את ערכות הנתונים המעניין לסביבת עבודה מקומית של ספריה, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על קובץ בודד, בחר העתק/העבר בתפריט שמופיע, בחר את התיקיה שבה יש להעתיק את הקובץ ולחץ על העתק. לאחר מכן אתר את ערכות הנתונים הקשורות לפרסומים הקודמים הממוקמים זה רק בחיפוש ערכות הנתונים והעתק את קבצי המטה-נתונים לסביבת העבודה המקומית.כדי לגשת לקבצי המטה-נתונים עבור כל ערכת נתונים מעניינת, פתח את תיקיית המשנה הציבורית של ערכת הנתונים של מעבדת הגנים, וגש לקובץ מטה-נתונים אחד או יותר הכלולים תיקיית משנה של מטה-נתונים של כל ערכת נתונים כדי לאתר את מידע המטה-נתונים עבור ערכת הנתונים המעניינים. ודא שלכל ערכת נתונים יש קובץ מכווצת יחיד המספק מטה-נתונים בהתאם למפרט הכרטיסיה של חקירה, מחקר ומבחן. פתח עורך טקסט מתאים כדי להמחיש את המטה-נתונים של חקירה, מחקר, כרטיסיית בדיקה המכילים את תיאור הטקסט עבור המחקר ואת המטה-נתונים של ההסטה עבור כל ערכת נתונים.לאחר מכן, בדוק את נוכחותם של קבצי נתוני בדיקת הפלט הממוקמים בתוך כל תיקיית משנה של ערכת נתונים לפי סוג בדיקה. כדי לנתח את הנתונים התמלוליים, לחצו על כלים בתפריט ל ולחצו על galaxy. השתמש בכלי יבואן החלל הגנום כדי לייבא נתונים ממעבדת הגנים, מרחב הגנום.הנתונים יופיעו בהיסטוריה של מקטע הניתוח. לאחר אישור המראה וערכות הנתונים המיובמות וההיסטוריה הנוכחית, השתמש בכלי GeneLab galaxy כדי לאכלס טופס בלוח המרכזי עם אפשרויות לניתוח ומפרט תשומות נתונים. השלם את הטופס ולחץ על בצע כדי ליצור משימות לביצוע הניתוח ולבדוק אם יש משימות שנשלחו המיוצגות בהיסטוריה ובצבע מקודדים כדי לציין את מצב הביצוע, ולאחר מכן קשר את הכלים לזרימת העבודה המורכבת, נהל את זרימות העבודה באמצעות כלי זרימות העבודה ולהשתמש בתפריט הנתונים המשותף כדי לשתף את זרימות העבודה וההיסטוריה של ערכות הנתונים עם חוקרים אחרים.כפי שמודגם בגרף מייצג זה, באמצעות עלילות ניתוח רכיבים עקרוניים כדי לקבץ את השכפולים הביולוגיים, ניתן לקבוע את הגנים המובילים מערכות הגנים לניתוח העשרה של ערכת גנים. באמצעות הגנים עם שינוי פי 1.2, ניתן לחזות את הגנים המעורבים בתחזיות עבור רגולטורים במעלה הזרם, מסלולים קנוניים ותפקודים ביולוגיים, המאפשרים לקבץ את הגנים החופפים הנפוצים המעורבים בכל הגנים. ואז ייצוג רשת של איך גנים מרכזיים אלה מניעים את התגובה בין המכרסמים לבתי הגידול של המכרסמים ובקרות הוויווריום מציגים את הרכזות המרכזיות עבור כל ערכת נתונים המנותחת.לדוגמה, מפת kinase אחד הוא הרכזת המרכזית עבור המשימה מעבורת החלל STS108 רקמות שריר השלד מעכברים והוא יכול להתפרש כגן המניע את הגנים המרכזיים וסביר להניח השחקן המרכזי לגרימת הבדלים ביולוגיים עבור עכברים שוכנים בבתי גידול מכרסמים לעומת כלובי vivarium. בגישה ביולוגית של מערכות, הגן מכל ערכות הנתונים המחוברות ביותר בעת בניית רשת מכל הגנים המרכזיים נקבע אז, וחושף כי מפת קינאז אחד הוא אכן הגן המחובר ביותר והרכזת המרכזית מכל הגנים המרכזיים. בעת ניסיון ההליך, חשוב לזכור כי חוקרים המבצעים ניסויים בחקר המכרסמים בביולוגיה של החלל יעבדו בשיתוף פעולה הדוק עם מדעני משימת מחקר המכרסמים של נאס"א, יגדירו ויבצעו את הניסויים.בנוסף, כל ביולוגיית החלל הקשורה לכל נתוני התמהיל זמינה בפלטפורמת GenesLab של נאס"א והשימוש בהליך זה הוא השיטה היעילה ביותר לפיתוח השערות חדשות הקשורות לביולוגיה של החלל. טכניקה זו יכולה להיות מיושמת גם על כל ערכות נתונים לערבב אחרים הקשורים למערכות ביולוגיות כגון ביולוגיה של סרטן, אלצהיימר ומחלות לב וכלי דם. לאחר התפתחותה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום הביולוגיה בחלל להתחיל לשקול מחקר על ההשפעות של פחמן דו חמצני עבור אסטרונאוטים בתחנת החלל הבינלאומית.

exploring-effects-spaceflight-on-mouse-physiology-using-open-access

Research

JoVE Journal

Genetics

גנטיקה

פיתחנו hindlimb alternant פריקה מודל בעכברים. היתרון העיקרי של השיטה שלנו hindlimb זנב טבעת פריקה על הטכניקה המקובלת זנב המתיחה מורי-הולטון היא הליך פשוט פשוט זה ממזער הלחץ על החיה.

שיטת Alternant את המודל המסורתי של נאס&quot;א פריקה Hindlimb ב עכברים

סרטון זה מתאר את מבחן התנהגות השדה הפתוח המשמש לבחינת תנועה כללית והרגלי חקר במכרסמים.

מבחן התנהגות בשדה פתוח: שיטה להערכת הרגלי תנועה וחקירה כלליים

מערכת אוטומטית לחלוטין למדידת נכסים משמעותיים מבחינה פיזיולוגית של מנגנוני תיווך לוקליזציה המרחבית, לוקליזציה זמנית, משך, קצב והערכת הסתברות, הערכת סיכונים, אימפולסיביות, ואת הדיוק ואת הדיוק של זיכרון, כדי להעריך את ההשפעות של מניפולציות גנטיות ותרופתיות על מנגנונים בסיסיים של הכרה בעכברים.

אוטומטי, כמותי קוגניטיבי / הקרנת התנהגות של עכברים: לגנטיקה, פרמקולוגיה, בעלי החיים קוגניציה והוראה לתואר ראשון

עייפות היא סימפטום נפוץ, לא מטופל ולעתים קרובות לא מובן היטב במחלות והפרעות רבות. בדיקות פרה-קליניות חדשות של עייפות עשויות לסייע בשיפור ההבנה הנוכחית והטיפול העתידי בעייפות. לשם כך, הפרוטוקול הנוכחי מספק אמצעי חדשני למדידת התנהגות דמוית עייפות בעכבר.

מבחן עייפות הליכון: A Assay פשוט, תפוקה גבוהה של התנהגות העייפות דמוית עבור העכבר

טכניקה מאוד מבטיח לייצר רקמות בונה בלי באמצעות מטריצת התרבות תאים במצב microgravity מדומה. באמצעות מערכת תרבות סיבוביים, בדקנו זקיק השחלות הצמיחה וההתבגרות oocyte במונחים של זקיק הישרדות, מורפולוגיה, צמיחה, הפונקציה oocyte תחת התנאי microgravity מדומה.

במבחנה צמיחה של העכבר זקיקים Preantral תחת Microgravity מדומה

על ידי שימוש חדשני קרקעיים אנלוגי מודל, אנחנו מסוגלים לחקות משימת החלל כולל טיול (0 גרם), שהייה על מאדים (0.38 g) בחולדות. דגם זה מאפשר הערכה האורך של השינויים הפיזיולוגיים המתרחשים במהלך שני השלבים היפו-כבידה של המשימה.

מחקה משימת החלל למאדים באמצעות Hindlimb פריקה חלקית משקל הנושאת בחולדות

אנו מציגים פרוטוקול באמצעות הדמיית טומוגרפיה מיקרו-מחושבת ברזולוציה גבוהה כדי לקבוע אם נגרם נזק לתענות חלל על מבנים עיניים. הפרוטוקול מראה את המדידה הזעירה-CT של מבנים עיניים של מכרסם vivo לשעבר. אנו מדגימים את היכולת להעריך שינויים מורפולוגיים עיניים בעקבות טיסות חלל באמצעות טכניקה תלת-מינדית לא הרסנית כדי להעריך נזק עיני.

הערכת מבנה עיני גלובלי בעקבות Spaceflight באמצעות שיטת הדמיה מיקרו-מחושבת (מיקרו-CT)

התפקיד של גנים הקשורים למחלות שהתגלו לאחרונה בפתוגנזה של הפרעות נוירופסיכיאטריות נשאר מעורפל. דו-צדדי שונה בטכניקת אלקטרופורציה ברחם מאפשר העברת גנים באוכלוסיות גדולות של נוירונים ובחינת ההשפעות הסיבתיות של שינויים בביטוי גנים על ההתנהגות החברתית.

צינור באמצעות אלקטרופורציה דו-צדדית ברחם כדי לחקור השפעות גנטיות על התנהגות מכרסמים

כאן, אנו מתארים את המבנה ונהלי ההפעלה, כולל אמצעי בלימה מיקרוביאליים של מתקן ל"עכברי פרא" באמצעות דגימת דם לאימונופנוטיפ כדוגמה.

נהלי הפעלה והכלה ביולוגית של מתקן לעכברי מעבדה עם מיקרוביום טבעי: נוהל אימונופנוטיפ

עבודה זו מציגה שיטה פשוטה וחזותית לזהות פולימורפיזם רב-נוקלאוטיד על פלטפורמת מניפולצית אגל פנאומטי. עם השיטה המוצעת, הניסוי כולו, כולל מניפולציה אגל וזיהוי של פולימורפיזם רב-נוקלאוטיד, יכול להתבצע ליד 23 מעלות צלזיוס ללא סיוע של מכשירים מתקדמים.

החזותי איתור מדד-צבע של פולימורפיזם רב-נוקלאוטיד על פלטפורמת מניפולציה אגל פניאומטיים

חקור את השפעות שיגור החלל על הפיזיולוגיה של עכברים באמצעות פלטפורמת GeneLab של נאס"א. שיטה זו מאפשרת ניתוח נתוני אומיקס ופיתוח תיאוריות קליניות לטיפולים עתידיים.

לחקור את ההשפעות של שיגור לחלל על הפיזיולוגיה של העכבר באמצעות הפלטפורמה הפתוחה של GeneLab נאס א גישה

גלה סרטונים נוספים