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Genetics

माउस फिजियोलॉजी पर Spaceflight के प्रभाव की खोज के लिए खुला उपयोग नासा GeneLab मंच का उपयोग

Published: January 13, 2019 doi: 10.3791/58447
Automatic Translation
1, 2, 1, 3, 1, 2, 2
1WYLE Labs, Space Biosciences Division, NASA Ames Research Center, 2Space Biosciences Division, NASA Ames Research Center, 3USRA, NASA Ames Research Center

Summary

नासा GeneLab मंच जैविक spaceflight प्रयोगों से कीमती ओमिक्स डेटा को निरंकुश पहुँच प्रदान करता है. हम वर्णन कैसे एक ठेठ माउस प्रयोग अंतरिक्ष में आयोजित की जाती है और कैसे इस तरह के प्रयोगों से डेटा तक पहुंचा और विश्लेषण किया जा सकता है ।

Abstract

अंतरिक्ष में जैविक प्रयोगों के प्रदर्शन के लिए विशेष आवास और प्रक्रियाओं की आवश्यकता है सुनिश्चित करने के लिए कि इन जांच प्रभावी ढंग से और कुशलता से प्रदर्शन कर रहे हैं । इसके अलावा, इन प्रयोगों की आवृत्ति को देखते हुए यह जरूरी है कि उनके प्रभावों को बड़ा किया जाए. ओमिक्स प्रौद्योगिकियों के तेजी से प्रगति के लिए एक नाटकीय रूप से कीमती spaceflight नमूनों से उत्पादित डेटा की मात्रा में वृद्धि का अवसर प्रदान करता है । इस पर कैपिटल लगाने के लिए, नासा ने spaceflight ओमिक्स डेटा को अप्रतिबंधित पहुंच प्रदान करने के लिए GeneLab प्लेटफार्म विकसित किया है और इसके व्यापक विश्लेषण को प्रोत्साहित किया है । कुतर (चूहों और चूहों दोनों) अंतरिक्ष संबंधी जैविक प्रभावों की जांच करने के लिए वैज्ञानिकों द्वारा इस्तेमाल किए जाने वाले आम मॉडल जीव हैं । बाड़े कि spaceflight के दौरान घर कुतर कुतर निवास (पूर्व में पशु बाड़े मॉड्यूल) कहा जाता है, और उनके आयामों, हवा के प्रवाह में मानक vivarium पिंजरों से काफी अलग हैं, और पानी और भोजन के लिए उपयोग । इसके अलावा, अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस) पर पर्यावरण और वायुमंडलीय स्थितियों के कारण, जानवरों को एक उच्च सह2 एकाग्रता के संपर्क में हैं । हमने हाल ही में बताया कि मूषक निवास में चूहे अपने transcriptome में बड़े बदलाव का अनुभव करते हैं चाहे पशु जमीन पर हों या अंतरिक्ष में । इसके अलावा, इन परिवर्तनों को एक hypoxic प्रतिक्रिया के अनुरूप थे, संभवतः उच्च सह2 सांद्रता से प्रेरित । यहां हम वर्णन कैसे एक ठेठ कुतर प्रयोग अंतरिक्ष में किया जाता है, कैसे इन प्रयोगों से डेटा ओमिक्स GeneLab मंच के माध्यम से पहुंचा जा सकता है, और इस डेटा में महत्वपूर्ण कारकों की पहचान कैसे करें । इस प्रक्रिया का प्रयोग, किसी भी व्यक्ति महत्वपूर्ण खोजों कि भविष्य अंतरिक्ष मिशन और गतिविधियों के डिजाइन बदल सकता है बना सकते हैं ।

Introduction

इस पांडुलिपि का समग्र लक्ष्य नासा के GeneLab प्लेटफॉर्म1 का उपयोग करने के तरीके की एक स्पष्ट पद्धति प्रदान करना है और अंतरिक्ष में कैसे कुतर गए प्रयोगों का विश्लेषण के लिए ओमिक्स डेटा का अनुवाद किया जाता है । Spacefaring मनुष्य बदल गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों से कई स्वास्थ्य जोखिमों को उजागर कर रहे हैं, अंतरिक्ष विकिरण, पृथ्वी से अलगाव, और अन्य शत्रुतापूर्ण पर्यावरणीय कारकों2,3,4,5, 6. जैविक प्रयोगों अंतरिक्ष में और जमीन पर प्रदर्शन को परिभाषित करने में मदद मिली है और इन जोखिम यों तो7,8,9,10,11, 12 , 13 , 14. अंतरिक्ष में, इन प्रयोगों अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस), अंतरिक्ष शटल, और अंय कक्षीय प्लेटफार्मों पर आयोजित किया गया है । इन प्रयोगों का आयोजन विशेष हार्डवेयर और सीमित क्रू समय और microgravity पर्यावरण सहित अंतरिक्ष में प्रयोगों प्रदर्शन के अद्वितीय चिंताओं को देखते हुए पद्धति की आवश्यकता है । विभिन्न प्लेटफार्मों अब संयंत्र, पशु, और माइक्रोबियल मॉडल15का उपयोग कर अंतरिक्ष में परिष्कृत प्रयोगों के प्रदर्शन के लिए मौजूद हैं ।

कुतर मॉडल विशेष रूप से कैसे स्तनधारियों, मनुष्यों सहित, spaceflight का जवाब हमारी समझ को आगे बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण हो गया है । ये मांसपेशी संरचना16,17,18 और प्रतिरक्षा कार्य19,20,21पर spaceflight के प्रभाव में शामिल हैं । पृथ्वी पर आवास कुतर के लिए इस्तेमाल किए गए मानक vivarium पिंजरों spaceflight प्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं हैं22,23. इसलिए, वर्षों चूहों और चूहों पर भेजा गया है और जापानी एयरोस्पेस अन्वेषण एजेंसी (JAXA) पर्यावास पिंजरे24, पशु ले जाने अंतरिक्ष BION पर इस्तेमाल किया कैप्सूल-एम 1 मानव रहित रूसी उपग्रह 25 सहित विभिन्न पिंजरों में स्थित है ,26,27, चूहों दराज प्रणाली (MDS) इतालवी अंतरिक्ष एजेंसी द्वारा डिजाइन28,29,30, नासा पशु संलग्नक मॉड्यूल (AEM), और अब नासा कुतर गए ट्रांसपोर्टर और वास23. कुतर प्रयोगों पहले बोर्ड पर शुरू अंतरिक्ष शटल पशु संलग्नक मॉड्यूल (AEM) के रूप में निर्दिष्ट पिंजरों का उपयोग कर । यह हार्डवेयर स्पेस शटल23पर 27 कुतर प्रयोगों में इस्तेमाल किया गया था । AEM मूलतः पर अपेक्षाकृत कम प्रयोगों के लिए विकसित किया गया था-शटल बोर्ड (< 20 दिन) । आईएसएस के विकास के बाद से, AEMs अब अवधि के प्रयोगों के लिए संशोधित किया गया है और अब कुतर निवास22,23के रूप में भेजा जाता है । नए मूषक निवास अंतरिक्ष स्टेशन (एक्सप्रेस) रैक इंटरफेस के लिए प्रयोगों के प्रसंस्करण में तेजी का उपयोग कर आईएसएस में लंबी अवधि के मिशन का समर्थन करने के लिए डिजाइन किए हैं । मूषक निवास अपने आयामों में मानक vivarium पिंजरों से काफी अलग हैं, हवा का प्रवाह, फिल्टर और निकास प्रणाली, और भोजन और पानी के लिए उपयोग (चित्रा 1) । फिर भी, इस हार्डवेयर के लिए एक प्रभावी अनुसंधान मंच साबित हो गया है, स्तनधारी फिजियोलॉजी19,31,३२,३३ को spaceflight प्रेरित परिवर्तन में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि सक्षम ,३४,३५,३६.

ओमिक्स डेटा के बड़े खंड अब कुतर के साथ प्रदर्शन उन सहित जैविक spaceflight प्रयोगों से उत्पंन किया जा सकता है । हाल ही में, इन ओमिक्स प्रयोगों से डेटा सार्वजनिक रूप से नासा GeneLab मंच1 के माध्यम से उपलब्ध किया गया है जो एक व्यापक डेटा भंडार और विश्लेषण मंच है कि किसी को भी spaceflight प्रयोगों से परिकल्पनाओं का विकास करने की अनुमति देता है । GeneLab खोज, पहुंच, साझाकरण और डेटा के विश्लेषण के लिए उपकरण प्रदान करता है । हम GeneLab डेटासेट का उपयोग करने के लिए कि मानक vivarium पिंजरों और विशिष्ट मूषक स्थान में प्रयुक्त निवास के बीच मतभेदों को दिखाने३६चूहों के transcriptome में भारी अंतर के कारण । हमने चार विभिंन सार्वजनिक रूप से उपलब्ध डेटासेट का विश्लेषण किया, जो या तो मूषक निवास या मानक vivarium पिंजरों में स्थित कुतर से विभिंन ऊतकों की तुलना कर रहे हैं । एक निष्पक्ष प्रणालियों जीवविज्ञान विश्लेषण का उपयोग करना, हम निर्धारित किया है कि मुख्य ड्राइवरों और रास्ते कि बदल रहे थे उच्च सह2 आईएसएस पर उच्च सह2 सांद्रता की वजह से स्तर के कारण hypoxic प्रतिक्रिया के अनुरूप थे, जो उच्च सह की ओर जाता है 2 कुतर आवास में सांद्रता दिया है कि वे निष्क्रिय प्रणालियों कि परिवेश हवा में ले रहे हैं । यह दर्शाता है कैसे वैज्ञानिकों खुला स्रोत उपकरण और डेटा का उपयोग कैसे आईएसएस प्रभावों अंतरिक्ष यात्री स्वास्थ्य के पर्यावरण पर निहितार्थ के साथ उपंयास निष्कर्षों उत्पंन कर सकते हैं ।

यहाँ हम वर्णन कैसे कुतर प्रयोगों अंतरिक्ष में प्रदर्शन कर रहे हैं और कैसे इन प्रयोगों से डेटा एक खुले स्रोत के माध्यम से पहुँचा जा सकता है, अंतरिक्ष जीवविज्ञान से संबंधित omic मंच. हम अंतरिक्ष मिशन के लिए इस्तेमाल किया कुतर निवास के विंयास पर चर्चा, और कैसे spaceflight ऊतकों संसाधित कर रहे हैं । हम यह भी वर्णन कैसे spaceflight ओमिक्स डेटा की खोज की जा सकती है और GeneLab पर पहुंचा और कैसे कुंजी spaceflight को समग्र प्रतिक्रिया ड्राइविंग कारकों३६पहचान की जा सकती है । विशिष्ट उदाहरण हम कैसे इस प्रोटोकॉल को लागू किया जाता है पर पेश करेंगे जैविक मूषक में कुतर आवास और vivarium नियंत्रण है कि Beheshti एट अल.३६द्वारा प्रकाशित किए गए थे में होने वाले मतभेदों की तुलना होगी । यह नोट करना महत्वपूर्ण है कि जमीन नियंत्रण spaceflight कुतर प्रयोगों के लिए आवश्यक हैं । के रूप में इस प्रोटोकॉल में वर्णित है, इन नियंत्रणों दोनों समान शर्तों के साथ किया जाता है (यानी, सह2 शर्तों, आर्द्रता, तापमान, पिंजरे आयाम, आदि) आईएसएस पर कुतर आवास में और मानक vivarium पिंजरों में है कि मानक है पर्यावरण (यानी, सह2 शर्तों, आर्द्रता, और तापमान) पृथ्वी पर स्थिति । कुतर गए निवास में कुतर गए मकान जमीन नियंत्रण अंतरिक्ष में कुतर के लिए प्रत्यक्ष तुलना के लिए अनुमति देते हैं । जबकि vivarium पिंजरों में स्थित कुतर अलग आवास (जैसे, vivarium पिंजरों कुतर हार्डवेयर बनाम) के बीच जैविक तुलना के लिए अनुमति देते हैं । मूषक वास में vivarium पिंजरों से अलग है कि यह लगातार हवा का प्रवाह है (0.1-0.3 मी), एक लंबी अवधि, और एक माध्यमिक निकास फिल्टर है कि कब्जा और पशु अपशिष्ट microgravity में लगातार हवा के प्रवाह से निकास फिल्टर करने के लिए निर्देशित अवशोषित । इसके अलावा, मूषक निवास निष्क्रिय प्रणालियों और सेवन परिवेशी वायु है; इसलिए, वे भी आईएसएस केबिन (~ ५,००० पीपीएम) में ऊंचा स्तर के कारण उच्च सह2 सांद्रता है ।

Protocol

आवास और ऊतक प्रसंस्करण के लिए पशु प्रोटोकॉल प्रयोगशाला पशु देखभाल के लिए मानक दिशा निर्देशों का पालन करें और नासा की उड़ान और जमीन संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समितियों (IACUC) द्वारा अनुमोदित किया गया है ।

1. मूषक निवास का विंयास

नोट: नासा ने मूषक निवास (पहले AEMs) vivarium पिंजरों से अलग सुविधाओं के लिए अंतरिक्ष में आपरेशन (चित्रा 1) के लिए समायोजित है ।

  1. प्रत्येक मूषक निवास में 10 चूहे (माउस प्रति 30 ग्राम) । डिब्बे प्रति घर 5 चूहों जब वास दो डिब्बों या 10 चूहों में कॉंफ़िगर किया गया है अगर वहां एक ही डिब्बे है ।
    नोट: नासा ने मूषक निवास को मानक vivarium पिंजरों से मूषक के प्रति एक बड़ा सुलभ सतह क्षेत्र है ।
  2. जमीन नियंत्रण जानवरों के लिए, सह2 सांद्रता, तापमान, और रिश्तेदार आर्द्रता सहित उड़ान जानवरों के रूप में समान पर्यावरणीय स्थितियों के तहत आईएसएस पर्यावरण सिम्युलेटर (इसेस) के अंदर कुतर आवास में घर चूहों ।
  3. पशुओं के लिए विज्ञापन libitum पहुंच के साथ प्रदान करें नासा के पोषक तत्वों को उंनत बनाया Foodbars (NuRFB) राष्ट्रीय अनुसंधान परिषद (एनआरसी) चूहों३७के लिए पोषण आवश्यकताओं के अनुसार, और दबाव सक्रिय lixits के माध्यम से पानी के लिए ।
  4. ' जानवरों के स्वास्थ्य और व्यवहार जो 12:12 एच प्रकाश चक्र के साथ एक दिन और अवरक्त प्रकाश के दौरान एलईडी प्रकाश व्यवस्था के दौरान मानक सुविधाओं में vivarium पिंजरों के लिए इसी तरह के साथ कुतर निवास में सक्षम हो जाएगा मॉनिटर वीडियो स्वास्थ्य की जांच के दौरान जगह ले अंधेरे चक्र ।
  5. पशुओं के स्वास्थ्य और व्यवहार की दैनिक निगरानी के लिए कुतर आवास पिंजरों में चार कैमरों प्लेस और अवरक्त प्रकाश व्यवस्था के साथ रात के दौरान वीडियो इकट्ठा ।
  6. अजगर कैप्सूल या इसी तरह के प्रक्षेपण वाहन पर सवार एक ट्रांसपोर्टर (चित्रा बी) में आईएसएस के लिए कुतर उद्धार ।
  7. शुरू करने के लिए ट्रांसपोर्टर में लोड किया जा रहा है, और आईएसएस के लिए आगमन पर प्रशिक्षित चालक दल के सदस्यों द्वारा और कुतर निवास करने के लिए स्थानांतरण से पहले यह सुनिश्चित करें कि कुतर देखा और नासा के उड़ान पशुचिकित्सा द्वारा जांच की है ।
  8. इस संक्रमण अवधि के लिए, 20 चूहों को घर (प्रत्येक पक्ष पर 10) या ट्रांसपोर्टर में 12 चूहों.
    नोट: इसी तरह मूषक निवास स्थान, ट्रांसपोर्टर पर्यावरणीय परिस्थितियों के लिए निष्क्रिय इकाई है । इस छोटे संक्रमण अवधि के दौरान, इस एकल इकाई 20 चूहों को घर कर सकते हैं ।

2. Spaceflight प्रयोगों के लिए कुतर हैंडलिंग

  1. मानक विक्रेताओं से कुतर खरीद ।
    नोट: प्रसव के बाद, समूह मानक vivarium पिंजरों के भीतर कुतर और पशुओं के लिए नासा NuRFB, lixits, और उठाया तार फर्श acclimate जब तक पशुओं ट्रांसपोर्टर में भरी हुई हैं । पिंजरों में कुतर जाने से जानवरों को प्राकृतिक रूप से ढालने में सुविधा होगी । चूहों की हैंडलिंग में और दोनों कुतर निवास और vivarium पिंजरों के बाहर आमतौर पर सभी कुतर प्रयोग12,27,28के लिए इस्तेमाल किया प्रोटोकॉल निंनानुसार है । मूषक पर्यावास प्रणाली (1a आंकड़ा) अनुसूचित जनजातियों और आईएसएस पर दोनों spaceflight मिशन के लिए क्रमशः उपयोग किया जाएगा, और जमीन आईएसएस या अनुसूचित जनजातियों पर्यावरण की स्थिति का अनुकरण नियंत्रण के लिए ।
  2. कुछ अभियानों के लिए vivarium नियंत्रण के लिए मानक vivarium पिंजरों (आंकड़ा 1b) का उपयोग करें । मानक vivarium पिंजरे प्रति 5 या 10 चूहों का प्रयोग करें ।
  3. मूषक निवास के लिए, दो अलग डिब्बों में 10 चूहों प्रति डिब्बे 5 चूहों के साथ जगह है । एक ही डिब्बे में निवास प्रति 10 चूहों घर के लिए पिंजरे डिवाइडर निकालें ।
  4. (चित्रा 2) नीचे वर्णित के रूप में spaceflight मिशन के दौरान कुतर हार्डवेयर के तीन घटकों का उपयोग ।
    1. पृथ्वी और आईएसएस के बीच की यात्रा के लिए एक ट्रांसपोर्टर (चित्रा बी8) में कुतर प्लेस (डबल घनत्व प्रति 10 चूहों, ट्रांसपोर्टर प्रति 20 चूहों) ।
    2. आईएसएस पर एक बार, एनिमल एक्सेस यूनिट (AAU) (फिगर 2c) ट्रांसपोर्टर को अटैच करें । ट्रांसपोर्टर से मूषक का स्थानांतरण माउस स्थानांतरण बक्से (एमटीबी) (एमटीबी प्रति 5 चूहों) (चित्रा 2d) का उपयोग कर ।
      नोट: AAU आईएसएस केबिन के लिए हो रही से किसी भी पशु उत्पादों (जैसे, मल, मूत्र, फर) को शामिल करने के लिए प्रयोग किया जाता है ।
    3. ट्रांसपोर्टर से AAU को अलग करें और कुतर वास को अटैच करें । फिर एमटीबी से पशुओं को कुतर आवास (चित्रा 2a) में स्थानांतरित करें जहां वे मिशन की अवधि के लिए रहते हैं ।
      नोट: सीओ2 सभी कुतर निवास के लिए आईएसएस केबिन में ऊंचा स्तर के कारण एकाग्रता ५,००० पीपीएम पर है ।
  5. मूषक निवास के तापमान और आर्द्रता पर नजर रखें, लेकिन कोई सक्रिय थर्मल नियंत्रण नहीं हैं । यह सुनिश्चित करें कि मूषक अनुसंधान दल केबिन के तापमान को बनाए रखने और नियंत्रित करने के लिए आईएसएस के साथ काम करे, जो कि कुतर वास में तापमान निर्धारित करता है ।
    नोट: मूषक निवास में प्रकाश और डार्क चक्र हर 12 ज होता है (उदा., 5:00 – 17:00 GMT, पर रोशनी) और आईएसएस चालक दल भोजन (साप्ताहिक या सप्ताह) के नियमित और लगातार परिवर्तन करता है और पानी (हर ~ 28 दिन) को फिर से भरता है ।

3. कुतर और प्रोसेसिंग ऊतक की इच्छामृत्यु

  1. इच्छामृत्यु के लिए, एक सामान्य संवेदनाहारी (Ketamine/Xylazine अप करने के लिए 150/45 मिलीग्राम/किलोग्राम शरीर में पतला फॉस्फेट-intraperitoneal इंजेक्शन (आईपी) के माध्यम से ०.३ मिलीलीटर की कुल मात्रा के लिए एक उच्च वर्ग के लिए बफर खारा () इच्छामृत्यु के एक माध्यमिक विधि के साथ युग्मित दे ( ग्रीवा विस्थापन या thoracotomy) ।
  2. आईएसएस पर किए गए प्रयोगों के लिए:
    1. वापसी कुतर या तो रहते हैं, या
    2. आईएसएस पर Euthanize ।
      1. फ्रीज पर कुतर दिया लावे-९५ ± 2 ° c आईएसएस पर फ्रीजर में और उपलब्ध वापसी वाहन (वर्तमान में SpaceX ड्रैगन कैप्सूल) पर पृथ्वी पर लौटने ।
      2. एक बार कुतर पृथ्वी पर लौट रहे हैं, काटना सभी अंगों और ऊतकों (यानी, जिगर, गुर्दे, त्वचा, मांसपेशियों, दिल, तिल्ली, आंखें, अधिवृक्क ग्रंथियों, फेफड़ों, और मस्तिष्क) और दुकान पर-८० ° c या आरएनए में स्थिर समाधान ।
  3. एक 3-5 दिन के साथ उड़ान प्रयोग के रूप में सभी नियंत्रण जमीन प्रयोगों के लिए एक ही प्रक्रिया और समय का पालन करें आईएसएस टेलीमेट्री डेटा मैच के लिए ऑफसेट ।
  4. संरक्षित ऊतकों से आरएनए, प्रोटीन, और डीएनए अलगाव GeneLab प्लेटफॉर्म (genelab.nasa.gov) पर प्रत्येक डेटासेट के साथ जुड़े विस्तार में वर्णित मानक प्रोटोकॉल का उपयोग कर अलग ।
    नोट: प्राथमिक जांचकर्ता (ओं) द्वारा मूषक ऊतकों का उपयोग नहीं किया जाना नासा के संस्थागत वैज्ञानिक संग्रह का हिस्सा बन गया है । इन नमूनों एंस अनुसंधान केंद्र के (एआरसी) गैर मानव बैंक में संग्रहित कर रहे है जहां वे सूचीबद्ध है और विज्ञान समुदाय के अनुरोध के लिए उपलब्ध कराया । उपलब्ध ऊतकों पर पाया जा सकता है जीवन विज्ञान डेटा संग्रह सार्वजनिक वेबसाइट पर: https://Lsda.jsc.nasa.gov/Biospecimen ।

4. आरएनए, डीएनए, और प्रोटीन निष्कर्षों से ओमिक्स डेटा पैदा

  1. निकाले अणुओं (आरएनए, डीएनए, प्रोटीन) से ओमिक्स डेटा उत्पन्न करने के लिए मानक प्रोटोकॉल का उपयोग करें । इन GeneLab पर संबंधित अध्ययन मेटाडाटा में विस्तार से वर्णित हैं ।

5. GeneLab भण्डार और डेटा सबमिट करना

नोट: अंतरिक्ष जीवविज्ञान संबंधित ओमिक्स डाटा GeneLab डाटा भण्डार में प्रस्तुत किया जाता है । GeneLab स्वीकार करता है और अंतरिक्ष से संबंधित ओमिक्स दुनिया भर में कई अंतरिक्ष एजेंसियों द्वारा वित्त पोषित डेटा मेजबान ।

  1. GeneLab भंडार पर होस्ट किया जा सकता है कि ओमिक्स संबंधित डेटा उत्पन्न करते हैं ।
    1. GeneLab के लिए उत्पंन डेटा सबमिट करें, या तो जब विश्लेषण पूरा हो गया है या अंवेषक के विवेक पर आधारित है ।
      नोट: अंय सार्वजनिक ओमिक्स डेटाबेस को सबमिट किए गए डेटा को GeneLab रिपॉसिटरी में आयात और प्रकाशित किया जाता है । GeneLab जनित डेटा एक प्रतिबंध अवधि के बिना उपचारात्मक और प्रकाशित कर रहे हैं । GeneLab, विशेष रूप से नमूना प्रसंस्करण प्रयोगशाला, spaceflight प्रयोगों से ओमिक्स डेटा को बढ़ाने के लिए अनुकूलित निष्कर्षण प्रोटोकॉल और तकनीक का उपयोग कर विभिन्न spaceflight प्रयोगों से डेटा उत्पन्न करता है.
  2. जब डेटा सबमिट करने के लिए तैयार होते हैं, तो मेटाडेटा और डेटा को निम्न विधि से GeneLab करने के लिए स्वरूपित करें और स्थानांतरित करें (पूरक आरेख 1):
    1. प्रयोगात्मक अध्ययन को परिभाषित करने और मेटाडेटा संग्रहित करने के लिए ISAcreator टूल का उपयोग करें ।
      नोट: ISAcreator उपकरण एक निर्देशित ट्यूटोरियल के साथ डाउनलोड के लिए उपलब्ध है यहां३८।
    2. अपुष्ट और संसाधित डेटा फ़ाइलों के लिए स्वीकार किए गए डेटा प्रकारों और स्वरूपों को समझने के लिए३९ यहाँ सूचीबद्ध डेटा देखें.
      1. अपलोड और संग्रहण ऑप्टिमाइज़ करने के लिए, डेटा फ़ाइलों को संपीड़ित करें.
    3. मेटाडेटा और raw और/या संसाधित डेटा कार्यस्थान४०के माध्यम से GeneLab डेटा क्यूरेटर के लिए स्थानांतरित करें ।
    4. एक उपयोगकर्ता नाम और पासवर्ड बनाएं और डेटा अपलोड करें ।
  3. एक बार डेटा कार्यस्थान पर अपलोड किया गया है, एक GeneLab क्यूरेटर के लिए डेटा साझा करें ।
    नोट: अपलोड करें और फ़ाइलें साझा करने के लिए कैसे पर विस्तृत कदम डेटा सबमिशन मार्गदर्शिका४१में पाया जा सकता है ।
  4. प्रत्येक सबमिशन एक क्यूरेटर द्वारा सत्यापित और GeneLab भंडार४२में प्रकाशित किया गया है ।

6. GeneLab पर खोज सुविधाओं का उपयोग कर विश्लेषण के लिए डेटासेट ढूँढना

  1. लिंक (पूरक आकृति 2)३८पर जाकर GeneLab पर भिन्न डेटासेट के लिए खोज करें.
    1. विशेष रूप से किसी पिछले प्रकाशन३६से संबंधित, निंन शर्तों के लिए खोज: GLDS-21, GLDS-१११, GLDS-25, और GLDS-६३ ।
  2. स्क्रीन के बाएं हाथ की ओर "GeneLab डेटा सिस्टम" पर क्लिक करके GeneLab मुखपृष्ठ पर पहुंचें ।
  3. रुचि के विशिष्ट क्षेत्रों की खोज करने के लिए "खोज डेटा" बॉक्स में कीवर्ड डालें. इस स्थिति में निंन डेटासेट पहचानकर्ताओं में से प्रत्येक को अलग से दर्ज करें: GLDS-21, GLDS-१११, GLDS-25, और GLDS-६३ ।
  4. GeneLab भंडार खोज के अलावा, खोज पट्टी के अंतर्गत वांछित चेक बक्से का चयन करके NIH जियो, EBI प्राइड, और ANL मिलीग्राम-RAST सहित अन्य डेटाबेस भर में खोज.
    नोट: वर्तमान में केवल GeneLab रिपॉसिटरी के लिए, कोई उपयोगकर्ता निंन फ़िल्टर श्रेणियों का उपयोग करके खोज कर सकता है: जीवों, परख प्रकार, कारक, और परियोजना प्रकार ।

7. भंडारण और विश्लेषण के लिए ब्याज की फ़ाइलें स्थानांतरित

नोट: GeneLab कार्यस्थान को GeneLab डेटाबेस (पूरक आकृति 3) से सीधे फ़ाइलों को संग्रहीत और स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है ।

  1. डेटा सिस्टम मेनू के शीर्ष पर "कार्यस्थान" पर क्लिक करें ।
  2. यदि नए उपयोगकर्ता, एक नए खाते के लिए रजिस्टर ।
    नोट: GeneLab कार्यक्षेत्र GenomeSpace४३द्वारा संचालित है ।
  3. शीर्ष मेनू पर "मदद" का चयन करके और उपयोगकर्ता मार्गदर्शिका पर क्लिक करके कार्यस्थान का उपयोग करने के बारे में विस्तृत निर्देशों पर पहुंचें ।
  4. प्रत्येक उपयोगकर्ता के लिए, बाईं ओर मेनू पर "सार्वजनिक/GeneLab" फ़ोल्डर का चयन करके GeneLab रिपॉसिटरी में सभी डेटासेट तक पहुंच है ।
  5. ब्याज के डेटा के साथ फ़ोल्डर में जाकर किसी स्थानीय निर्देशिका कार्यस्थान के लिए ब्याज की डेटासेट की प्रतिलिपि बनाएं । विशिष्ट फ़ाइल पर दायां क्लिक करें, "प्रतिलिपि बनाएं/मेनू जो प्रकट होता है में, फ़ोल्डर का चयन करने के लिए फ़ाइल की प्रतिलिपि बनाएं, और फिर" प्रतिलिपि बनाएं "पर क्लिक करें ।
    1. ऊपर निर्देश के रूप में पिछले प्रकाशन३६ से संबंधित निम्न डेटासेट ढूँढें और स्थानीय कार्यस्थान पर प्रतिलिपि बनाएँ: GLDS-21, GLDS-१११, GLDS-25, और GLDS-६३.

8. मेटाडेटा तक पहुँचने और प्रत्येक अध्ययन का विवरण

नोट: मेटाडेटा फ़ाइलें GeneLab संग्रह में प्रत्येक dataset के लिए बाईं ओर मेनू पर "सार्वजनिक/GeneLab" dataset सबफ़ोल्डर में हैं ।

  1. प्रत्येक dataset के एक "मेटाडेटा" सबफ़ोल्डर में निहित एक या अधिक मेटाडेटा फ़ाइलों तक पहुँच प्राप्त कर के लिए मेटाडेटा जानकारी की रुचि dataset के लिए ढूँढें । उदाहरण के लिए, GLDS-१०० के लिए, "सार्वजनिक/genelab/GLDS-100/मेटाडेटा" सबफ़ोल्डर में 2 फ़ाइलें हैं: "GLDS-100_metadata_RR1_BIOBANK-Eye-ISA. zip" और "GLDS-100_metadata_RR1ExpDesign. pdf" ।
    1. सुनिश्चित करें कि प्रत्येक dataset ISATab विनिर्देश (जो subsumes MIAME, MIAPE, और अन्य MIBBI फ्रेमवर्क मानक न्यूनतम मेटाडेटा आवश्यकताओं के लिए) के अनुसार मेटाडेटा प्रदान करता है एक एकल ज़िप्ड फ़ाइल है । हमेशा "ISA. zip" में इस प्रकार का फ़ाइल नाम समाप्त करें । उदाहरण के लिए, GLDS-१०० के लिए, यह फ़ाइल "GLDS-100_metadata_RR1_BIOBANK-Eye-ISA. zip" है ।
  2. प्रत्येक dataset के लिए अध्ययन और परख मेटाडेटा के लिए पाठ विवरण शामिल हैं जो ISATab मेटाडेटा, कल्पना और पहुँच के लिए ISACreator उपकरण४४ या किसी पाठ संपादक का उपयोग करें ।
    नोट: ISATab मेटाडाटा के भीतर, नमूनों का वर्णन कर रहे है और परख के साथ जुड़े, और परख वर्णित है और उत्पादन डेटा फ़ाइलों के साथ जुड़े रहे हैं ।
  3. परख के प्रकार के द्वारा सबफ़ोल्डर में प्रत्येक डेटासेट के भीतर स्थित है कि आउटपुट परख डेटा फ़ाइलों की उपस्थिति के लिए जांच करें । उदाहरण के लिए, GLDS-१०० के लिए, आरएनए-Seq आउटपुट परख फ़ाइलें "सार्वजनिक/genelab/GLDS-100/transcriptomics/" फ़ोल्डर में स्थित हैं ।

9. GeneLab डेटा का विश्लेषण

नोट: विभिन्न पाइपलाइनों विभिंन ओमिक्स डेटा के लिए लागू किया जा सकता है । यहां, विशिष्ट उदाहरण के एक निष्पक्ष सिस्टम जीवविज्ञान transcriptomic पाइपलाइन जो प्रणाली के "प्रमुख ड्राइवरों" का अध्ययन किया जा रहा है निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल होता है पर केंद्रित है ।

  1. इस पाइपलाइन को समझने के लिए पहले प्रकाशित साहित्यों३६,४५,४६,४७,४८,४९,५० की जांच करें ।
  2. विश्लेषण के लिए ब्याज की एक विशिष्ट dataset चयनित है, एक बार निम्न विधि के साथ एक स्थानीय मशीन के लिए डेटा डाउनलोड करें:
    1. विशिष्ट डेटासेट पर क्लिक करें.
    2. शीर्ष लेख के बाईं ओर "अध्ययन फ़ाइलें" टैब पर क्लिक करें ।
    3. सुनिश्चित करें कि सभी datafiles और मेटाडेटा इस मेनू में उपलब्ध हैं ।
    4. प्रत्येक फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए, विशिष्ट फ़ाइल नामों पर क्लिक करें ।
  3. GeneLab से डाउनलोड किया जाएगा जो microarray datasets के लिए, निम्न पूर्व-संसाधन चरणों का उपयोग करें ।
    1. प्रत्येक डेटासेट के लिए अपुष्ट डेटा की प्रक्रिया अलग से पृष्ठभूमि घटाव का उपयोग कर और व्यावसायिक microarrays के लिए RMAExpress५१ का उपयोग कर सामान्यीकृत Quantile.
    2. सिद्धांत घटक विश्लेषण (पीसीए) आर का उपयोग भूखंडों बनाने के लिए निर्धारित कैसे बारीकी से जैविक प्रतिकृति एक साथ समूहीकृत ।
    3. MultiExperiment Viewer५२ में डेटा आयात और पहले झूठी खोज दर (एफडीआर) एफडीआर < ०.०५ के साथ शुरू आंकड़ों का उपयोग महत्वपूर्ण जीन की गणना । यदि कोई महत्वपूर्ण जीन एफडीआर आंकड़ों के साथ दिखाई दिया है, तो मानक टी परीक्षण एक पी मूल्य < ०.०५ के साथ शुरू करने के लिए महत्वपूर्ण जीन निर्धारित करते हैं ।
    4. एक बार सांख्यिकीय महत्वपूर्ण विनियमित जीन निर्धारित किया गया है, नियंत्रण के साथ प्रयोगात्मक नमूनों की तुलना करने के लिए एक गुना-परिवर्तन कट ऑफ ≥ १.२ या ≤-१.२ को कार्यान्वित.
  4. मार्ग और कार्यात्मक भविष्यवाणियों के लिए जीन सेट संवर्धन विश्लेषण (GSEA)५३ का उपयोग करें ।
    1. या तो GenePattern५४,५५के माध्यम से GSEA का उपयोग करें, सीधे GSEA के माध्यम से, या अनुसंधान प्रोग्रामिंग वातावरण का उपयोग ।
    2. C2, C5, और बानगी: निम्न जीन सेट का उपयोग कर काफी विनियमित रास्ते का निर्धारण ।
    3. महत्वपूर्ण विनियमित जीन सेट पर अग्रणी बढ़त विश्लेषण प्रदर्शन और प्रत्येक प्रयोगात्मक तुलना और जीन सेट के साथ जुड़े अग्रणी बढ़त जीन का निर्धारण ।
    4. अग्रणी बढ़त जीन है कि प्रत्येक प्रयोगात्मक हालत के लिए सभी जीन सेट के बीच ओवरलैप खोजें ।
  5. भविष्यवाणी कार्यों और मार्ग है कि काफी विनियमित किया जा रहा है निर्धारित करने के लिए एक और मंच का प्रयोग करें । इस मामले में उपयोग सरलता मार्ग विश्लेषण (आइपीए) के लिए महत्वपूर्ण नदी के ऊपर नियामकों, अनियमितताओं, और विहित रास्ते निर्धारित करते हैं ।
    1. कदम 9.4.4 में निर्धारित सांख्यिकीय महत्वपूर्ण जीन के लिए गुना परिवर्तन मूल्यों के साथ जीन की सूची अपलोड करें ।
    2. प्रत्येक प्रयोगात्मक तुलना के लिए नदी के ऊपर नियामकों, अनियमितताओं, और विहित रास्ते उत्पन्न करने के लिए आइपीए के निर्देशों का पालन करें ।
    3. नदी के ऊपर नियामकों के लिए जुड़े जीन का निर्धारण,, और विहित रास्ते जो एक सक्रियकरण z-स्कोर ≥ 2 (इंगित सक्रियण) या ≤-2 (निषेध का संकेत) है ।
    4. ऊपर सभी भविष्यवाणियों से संबंधित अतिव्यापी जीन खोजें ।
  6. कदम ९.४ और ९.५ के बीच आम/
    नोट: इन जीनों की कुंजी के रूप में माना जाता है/की भविष्यवाणी कार्यों और प्रायोगिक स्थितियों के साथ गतिविधि के बहुमत को नियंत्रित जीन विश्लेषण किया जा रहा है । पिछले अध्ययनों से पता चला है कि बाहर दस्तक या इन जीनों को बढ़ावा देने के प्रायोगिक हालत या प्रणाली गैर कार्यात्मक४५,४६,४९का अध्ययन किया जा रहा होगा ।
    1. आइपीए के माध्यम से नेटवर्क का निर्माण (या किसी भी नेटवर्क विधानसभा सॉफ्टवेयर) के लिए जीन की कनेक्टिविटी निर्धारित करते हैं ।
    2. प्रमुख जीन ड्राइविंग सेंट्रल हब के रूप में सबसे जुड़ा जीन पर विचार करें ।
    3. डेटासेट के बीच कनेक्टिविटी का निर्धारण करने के लिए, एक नेटवर्क में सभी प्रमुख जीनों को समूहीकृत करें और विश्लेषण किए जा रहे सभी डेटासेट से सभी प्रमुख जीनों के बीच होने वाली केंद्रीय हब को निर्धारित करने के लिए कनेक्टिविटी परीक्षण को दोहराएँ.

10. Transcriptomic डेटा का विश्लेषण करने के लिए GeneLab पर गैलेक्सी५६ इंटरफेस का उपयोग

नोट: GeneLab से transcriptomic डेटा का विश्लेषण करने के लिए GeneLab गैलेक्सी इंटरफेस (उपलब्ध गिरावट २०१८) का उपयोग करने के लिए एक प्रोटोकॉल यहाँ वर्णित है. आकाशगंगा ट्यूटोरियल लाजिमी है । कैसे सामांय में आकाशगंगा का उपयोग करने पर उदाहरण ट्यूटोरियल उपलब्ध elesewhere५७,५८हैं ।

  1. उपयोगकर्ता Google या NASA क्रेडेंशियल्स का उपयोग करके GeneLab में प्रवेश कर सकते हैं । GeneLab आकाशगंगा उपकरण "विश्लेषण" मेनू के अंतर्गत स्थित हैं ।
  2. GeneLab गैलेक्सी प्लेटफॉर्म में डेटा लाने के लिए इन तीन तरीकों का पालन करें ।
    1. "डेटा अपलोड करें" फ़ंक्शन का उपयोग करके स्थानीय फ़ाइल सिस्टम से डेटा अपलोड करें ।
    2. "डेटा प्राप्त करें" अनुभाग के अंतर्गत GenomeSpace आयातक उपकरण का उपयोग करके GeneLab GenomeSpace से डेटा आयात करना.
      नोट: सभी GeneLab डेटा फ़ाइलें डेटासेट के द्वारा आयोजित "सार्वजनिक" फ़ोल्डर में उपलब्ध हैं (ऊपर देखें).
    3. आयात डेटा दाईं ओर विश्लेषण अनुभाग के "इतिहास" में दिखाई देता है. उपयोगकर्ताओं को इतिहास फलक के शीर्ष पर या तो "इतिहास विकल्प" या "सभी इतिहास देखें" बटन का उपयोग कर प्रबंधित कर रहे हैं, जो कई इतिहास, हो सकता है.
  3. विश्लेषण के लिए उपकरण सूचीबद्ध और इंटरफेस के बाईं ओर पर खोजा जाता है ।
  4. वर्तमान इतिहास पर आयात किए गए डेटासेट के प्रकटन के लिए जांचें ।
    नोट: डेटा के बारे में कई विवरण प्रत्येक डेटासेट के लिए निरीक्षण के लिए उपलब्ध हैं ।
  5. केंद्र पैनल में एक फार्म, विश्लेषण और डेटा आदानों के विनिर्देशन के लिए विकल्पों के साथ आबाद करने के लिए बाएं हाथ की ओर एक उपकरण का चयन करें । प्रपत्र को पूरा करने और "निष्पादन" दबाने से विश्लेषण निष्पादित करने के लिए नौकरियां बनाएं ।
  6. सबमिट किए गए कार्य के लिए जांचें जो इतिहास और रंग-कोडित में प्रतिनिधित्व कर रहे है निष्पादन की स्थिति इंगित करने के लिए (पंक्तिबद्ध, निष्पादन, त्रुटियों के साथ या इसके बिना पूर्ण) ।
  7. उपकरण को जटिल वर्कफ़्लोज़ में लिंक करना । "वर्कफ़्लोज़" मेनू में स्थित उपकरणों के माध्यम से कार्यप्रवाह प्रबंधित करें. आकृति 3 आरएनए-seq डेटा संसाधित करने के लिए बनाए गए उदाहरण वर्कफ़्लो दिखाता है ।
  8. "साझा डेटा" मेनू का उपयोग करके अन्य लोगों के साथ डेटासेट, वर्कफ़्लोज़ और इतिहास साझा करें.

Representative Results

spaceflight transcriptomic डेटा से महत्वपूर्ण ड्राइवरों का निर्धारण स्वास्थ्य जोखिम का निर्धारण और अंतरिक्ष यात्री स्वास्थ्य पर नकारात्मक प्रभाव का मुकाबला करने के लिए संभावित countermeasures के विकास के साथ नासा की सहायता करेंगे । हमारे हाल के प्रकाशन में, हम इसके बाद के संस्करण और उपयोग GeneLab डेटासेट सफलतापूर्वक एक उपंयास खोजने के लिए कि सह आईएसएस पर2 सांद्रता स्वास्थ्य३६प्रभाव कर सकते है शो का पालन किया है । हम भी अंय अध्ययनों में ऊपर तकनीक का इस्तेमाल किया है सफलतापूर्वक महत्वपूर्ण प्रणाली ड्राइविंग कारकों का निर्धारण करने के लिए अध्ययन किया जा रहा४५,४६,४७,४८,४९,५० . यहां हम बताएंगे कि कैसे इस प्रोटोकॉल का उपयोग करने से परिणाम सफलतापूर्वक कुंजी ड्राइवरों निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

इस अध्ययन में, हम मुख्य रूप से जैविक मतभेदों पर ध्यान केंद्रित किया है कि कुतर आदतों जमीन नियंत्रण और vivarium नियंत्रण में ईमारत में पाए जाते हैं । जैसा कि ऊपर वर्णित है, यह बेहतर इन दोनों के निवास को समझने की कुंजी है, जो हमें संभव प्राप्त कारकों है कि आईएसएस पर पर्यावरण के कारण स्वास्थ्य को प्रभावित कर सकते है पर जानकारी प्रदान करेगा । सभी कुतर spaceflight प्रयोगों के लिए ये जमीनी नियंत्रण यह भी जरूरी है कि कौन से जैविक कारक सीधे spaceflight से जुड़े हों या आईएसएस पर पर्यावरणीय परिस्थितियों के कारण । के रूप में प्रोटोकॉल में कहा गया है, vivarium निवास स्थान के लिए पर्यावरणीय स्थिति उजागर नहीं है उच्च सह2 स्तर है कि मूषक निवास के लिए मौजूद है । vivarium वास सामांय सह2 स्तर है कि पृथ्वी पर मौजूद है (वर्तमान में किया जा रहा है ३०० से ३८० पीपीएम) । दोनों आवासों के लिए तापमान और आर्द्रता समान है ।

हम GeneLab मंच से निंनलिखित डेटासेट का इस्तेमाल किया कुतर में कुतर आवास जमीन नियंत्रण और vivarium जमीन नियंत्रण है कि दोनों निवास के बीच अंतर ड्राइविंग के लिए जिंमेदार है के बीच प्रमुख जीन का निर्धारण: GLDS-21, GLDS-१११, GLDS-25, और GLDS-६३ । विश्लेषण महत्वपूर्ण जीन का निर्धारण करने के लिए बाहर किया गया था के रूप में कुतर आवास (पहले AEM) और vivarium प्रत्येक डेटासेट के लिए स्वतंत्र रूप से नियंत्रण के बीच ऊपर वर्णित है । पीसीए भूखंडों जैविक प्रतिकृति के समूह दिखाया (चित्रा 4 GLDS के लिए पीसीए भूखंडों से पता चलता है-21). पूर्व संसाधित आंकड़ों से, हम अग्रणी बढ़त जीन अलग GSEA जीन सेट से निर्धारित किया है । १.२ के साथ जीन का उपयोग-गुना-परिवर्तन (लॉग2), हम नदी के ऊपर नियामकों के लिए भविष्यवाणियों के साथ शामिल जीन की भविष्यवाणी करने में सक्षम थे, विहित मार्ग, और गैर समारोह । प्रत्येक डेटासेट के लिए हम तो आम/अतिव्यापी सभी जीन (चित्रा 5) के लिए शामिल जीनों पाया । इन जीनों को अब चूहे कुतर के निवास (या AEM) और vivarium नियंत्रण में कुतर के बीच प्रतिक्रिया ड्राइविंग माना जा रहा है । के नेटवर्क का प्रतिनिधित्व कैसे इन कुंजी जीन से कनेक्ट प्रत्येक dataset विश्लेषण किया जा रहा (चित्रा 6) के लिए केंद्रीय केंद्र से पता चलता है । उदाहरण के लिए, MAPK1 अनुसूचित जनजातियों के लिए केंद्रीय हब है-चूहों से १०८ कंकाल मांसपेशी ऊतकों (चित्रा 6A) । इस जीन है कि कुंजी जीन और सबसे अधिक संभावना है कि vivarium पिंजरों बनाम मूषक निवास में स्थित चूहों के लिए जैविक मतभेद पैदा करने के लिए केंद्रीय खिलाड़ी गाड़ी चला रहा है के रूप में व्याख्या की जाएगी । हमारे पिछले काम में, हम चर्चा कैसे इन प्रमुख जीन मौजूदा वैज्ञानिक साहित्य से सह2 प्रतिक्रिया के साथ जुड़े रहे है और कैसे इन जीनों जैविक३६चूहों में मनाया परिवर्तन के लिए जिंमेदार हो सकता है ।

एक सिस्टम जीवविज्ञान दृष्टिकोण लेते हुए, हम अगले एक "मास्टर नियामक" है कि सभी डेटासेट/ऊतकों को जोड़ता है और vivarium पिंजरों की तुलना में AEMs में ईमारत में स्थित कुतर में सार्वभौमिक जैविक प्रभावों के लिए संभावित रूप से जिंमेदार है । यह सब डेटासेट है कि सबसे जुड़ा हुआ है जब सभी प्रमुख जीन से एक नेटवर्क के निर्माण से जीन का निर्धारण करके किया गया था । हम यह दिखाने में सक्षम थे कि MAPK1 सभी प्रमुख जीन (चित्रा 7) से सबसे जुड़ा जीन और सेंट्रल हब है । पुष्टि करने के लिए यदि MAPK1 AEMs में उच्च सह2 स्तरों से चूहों में जैविक परिवर्तनों के लिए जिंमेदार हो सकता है, हम सबूत के समर्थन के लिए वैज्ञानिक साहित्य के माध्यम से देखा । हम कई सह2५९ और हाइपोक्सिया19,६०,६१के साथ MAPK1 के संबंध का संकेत अध्ययन पाया ।

Figure 1
चित्रा 1 : vivarium पिंजरों की तुलना में मूषक निवास (पहले AEM) । (एक) AEM नासा द्वारा प्रदान की पिंजरे की छवि (क्रेडिट: नासा/ (ख) मानक vivarium पिंजरे कि वर्तमान में प्रयोग किया जाता है (हमारी प्रयोगशाला द्वारा ली गई तस्वीर) । यह आंकड़ा Beheshti एट अल.३६से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2 : के लिए और अंतरिक्ष मिशन से परिवहन के दौरान शामिल तीन अलग मॉड्यूल के साथ कुतर पर्यावास हार्डवेयर प्रणाली । बाएं मॉड्यूल (A) है मूषक निवास मॉड्यूल (पहले AEM), केंद्र मॉड्यूल (B) ट्रांसपोर्टर है, और सही मॉड्यूल (C) है एनिमल एक्सेस यूनिट (AAU) । (डी) माउस स्थानांतरण बॉक्स (एमटीबी) । (क्रेडिट्स: नासा/ कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3 : उदाहरण विश्लेषण कार्यप्रवाह जो आरएनए-seq डेटा को प्रोसेस करने के लिए GeneLab गैलेक्सी इंटरफेस में इस्तेमाल किया जा सकता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए । 

Figure 4
चित्र 4 : पूर्व-संसाधन चरणों के बाद प्रतिनिधि डेटासेट के प्रमुख घटक विश्लेषण (पीसीए). GLDS-21 dataset AEM बनाम vivarium पिंजरे के लिए-११८ मिशन अनुसूचित जनजातियों से murine कंकाल की मांसपेशी के लिए दिखाया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5 : वेन क्या कुंजी जीन का प्रतिनिधित्व आरेख अलग मार्ग भविष्यवाणी उपकरण का उपयोग कर निर्धारित कर रहे हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए । 

Figure 6
चित्रा 6 : कुंजी जीन AEM के बीच सभी शर्तों और murine ऊतकों के लिए निर्धारित . vivarium पिंजरों । (A-E) प्रत्येक डेटासेट/मूषक ऊतक के लिए प्रमुख जीन का नेटवर्क प्रतिनिधित्व । प्रवेश करें2 गुना-परिवर्तन (१.२ की कटऑफ-गुना-परिवर्तन के साथ) जीन अभिव्यक्ति के लिए downregulated जीन में गुना परिवर्तन के लिए हरे रंग के विभिंन रंगों को प्राप्त किया गया है, जबकि लाल रंग के विभिंन रंगों का चित्रण गुना-में परिवर्तन को विनियमित जीन । हरे या लाल रंग की छाया, अधिक से अधिक गुना-परिवर्तन । यह आंकड़ा Beheshti एट अल.३६से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्र 7 : vivarium पिंजरों की तुलना में कुतर पर्यावास आवास में कुतर के लिए "मास्टर नियामक" का निर्धारण । सभी व्यक्तिगत कुंजी जीन (चित्रा 6) के बीच कनेक्शन निर्धारित और आइपीए के माध्यम से एक नेटवर्क के रूप में प्रदर्शित किया गया । नेटवर्क सबसे जुड़ा प्रमुख जीन के साथ एक रेडियल भूखंड के रूप में प्रतिनिधित्व किया है, केंद्र में MAPK1, । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

पूरक चित्रा 1: GeneLab-GenomeSpace एकीकरण ISACreator के साथ डेटा प्रसंस्करण आपरेशनों को व्यवस्थित करने के लिए. कृपया इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें । 

पूरक चित्रा 2: विषम bioinformatics बाहरी डेटाबेस (जियो, प्राइड, एमजी-RAST) के साथ फेडरेशन/एकीकरण का उपयोग कर GeneLab खोजों के स्क्रीनशॉट. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए

पूरक चित्रा 3: उपयोगकर्ता खाता प्रबंधन, और पहुंच नियंत्रण (जैसे, निजी, साझा, सार्वजनिक फ़ोल्डरों) दिखा GeneLab सहयोगी कार्यक्षेत्र का स्क्रीनशॉट ।  कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए

Discussion

नासा GeneLab मंच एक व्यापक ओमिक्स डाटाबेस और विश्लेषण मंच है कि वैज्ञानिक समुदाय अंतरिक्ष जीवविज्ञान से संबंधित उपंयास परिकल्पनाओं उत्पंन करने की अनुमति देगा । यहां हम एक सार्वजनिक रूप से उपलब्ध अंतरिक्ष जीवविज्ञान मंच का उपयोग डेटा का विश्लेषण से उपंयास परिकल्पना की पीढ़ी के लिए spaceflight की शुरुआत से कुतर प्रयोगों के लिए एक व्यापक प्रक्रिया प्रस्तुत किया है । इसके अलावा, हम भी महत्वपूर्ण प्रणाली ड्राइविंग जीन की पहचान के लिए एक निष्पक्ष प्रणाली जीवविज्ञान विश्लेषण पर एक व्यापक प्रोटोकॉल प्रदान की है अध्ययन किया जा रहा है । हम कैसे इस प्रोटोकॉल को प्रभावी ढंग से अंतरिक्ष जीवविज्ञान के लिए एक उपंयास परिकल्पना उत्पंन करने के लिए उपयोग किया जाता है का एक उदाहरण के रूप में हमारे हाल के अध्ययन३६ का उपयोग है । हमें उंमीद है कि इस जांचकर्ताओं में मदद करता है बेहतर समझ कैसे spaceflight प्रयोग किया जाता है और कैसे उन से डेटा GeneLab पर उपलब्ध डेटा के लिए सीसा, और अंततः सार्वजनिक रूप से उपलब्ध अंतरिक्ष जीवविज्ञान ओमिक्स डेटा की स्पष्ट व्याख्या के लिए अनुमति देते हैं ।

दोनों कुतर spaceflight प्रयोगों और उत्पादित डेटा के विश्लेषण के बारे में हमारे प्रोटोकॉल के भीतर कई महत्वपूर्ण कदम हैं । spaceflight के लिए इष्टतम प्रयोग को विकसित करने और डिजाइन करने के लिए मूषक निवास सेटअप को समझना महत्वपूर्ण है । यह विशेष रूप से प्रोटोकॉल और विवरण हम अपने प्रोटोकॉल के चरण 1 में प्रदान की है आवश्यक होगा । एक बार एक अन्वेषक पूरी तरह से vivarium पिंजरों की तुलना में मूषक निवास में मौजूदा विभिन्न स्थितियों को समझता है, जैविक परिणामों की व्याख्या की जा रही अंतरिक्ष में पर्यावरण की स्थिति के लिए ठीक से संबद्ध किया जा सकता है. परिवर्धन में, मूषक निवास के लिए संशोधन किया जा सकता है, के बाद से कुतर आवास इष्टतम डिजाइन किया गया है और spaceflight के उपयोग के लिए नासा ने मंजूरी दे दी ।

जैविक परिणामों की व्याख्या करने के लिए, हम हर कदम पर एक पूरी तरह से प्रोटोकॉल प्रदान की है GeneLab को डेटा के विश्लेषण के लिए अपने डेटा अपलोड करने के लिए उपंयास अंतरिक्ष जीवविज्ञान परिकल्पना उत्पंन से जुड़े । सभी चरणों डेटा जनरेट करने के लिए कैसे समझने में महत्वपूर्ण हैं, यद्यपि डेटा विश्लेषण के लिए महत्वपूर्ण चरणों 9 और 10 चरण हैं । 9 कदम एक transcriptomic एक निष्पक्ष सिस्टम जीव विज्ञान विधि का उपयोग करने के लिए जीन/रास्ते कि वास्तव में प्रयोगात्मक हालत ड्राइविंग कर रहे है विश्लेषण किया जा रहा है डेटा का विश्लेषण करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रदान करता है । चरण 10 महत्वपूर्ण है के रूप में यह एक आसान पद्धति के साथ उपयोगकर्ताओं को प्रदान करता है ओमिक्स GeneLab डेटासेट GeneLab मंच का उपयोग विश्लेषण । प्रदान की प्रोटोकॉल में संशोधन कुछ डेटा का विश्लेषण के बारे में कदम के लिए किया जा सकता है । विशेष रूप से, चरण 9.4 – 9.6 R प्रोग्रामिंग या किसी भी अंय पसंदीदा उपकरण है कि उपयोगकर्ता पसंद का उपयोग किया जा सकता है । डेटासेट पर निर्भर करते हुए, विभिन्न आँकड़े और गुना-परिवर्तन कटऑफ काफी विनियमित जीन का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इसके अलावा, ९.५ और ९.६ कदम में महत्वपूर्ण जीन का निर्धारण करने के लिए, उपयोगकर्ता इस प्रोटोकॉल को संशोधित करने और किसी भी उपकरण है कि काफी विनियमित जीन का इस्तेमाल कार्यों की भविष्यवाणी कर सकते हैं । महत्वपूर्ण अवधारणा है कि कई पूर्वानुमान कार्यात्मक ओमिक्स उपकरण का उपयोग कर प्रणाली में विनियमित किया जा रहा है कार्यों के बहुमत के साथ शामिल जीन के निर्धारण के लिए अनुमति देता है का अध्ययन किया जा रहा है ।

GeneLab मंच विकसित करने के लिए जारी है, और जबकि विश्लेषण यहां वर्णित डेटा डाउनलोड करने के बाद प्रदर्शन किया गया, GeneLab के अगले चरण GeneLab मंच है, जो एक आसान कार्यप्रवाह उत्पंन करने के लिए प्रदान करेगा पर सीधे ओमिक्स डेटा के विश्लेषण के लिए अनुमति देगा उच्च-क्रम विश्लेषण के लिए संसाधित डेटा । इसके अलावा, जबकि हम transcriptomic डेटा की व्याख्या के लिए एक प्रोटोकॉल पर ध्यान केंद्रित किया है, GeneLab proteomic, जीनोमिक, metabolomic, और epigenomic डेटा सहित ओमिक्स डेटा की एक विस्तृत विविधता शामिल है । अंतिम मंच पाइपलाइनों और ओमिक्स के इन विभिंन प्रकारों के विश्लेषण के लिए दिशानिर्देश शामिल होंगे । GeneLab के अंतिम चरण भी एक प्रणाली स्तर दृश्य अंतरफलक को लागू करने के लिए मूल उपयोगकर्ता आसानी से अंतरिक्ष जीवविज्ञान परिकल्पनाओं उत्पंन करने की अनुमति होगी ।

अंत में, हमारे सिस्टम जीवविज्ञान विश्लेषण प्रदान करता है एक अद्वितीय और निष्पक्ष विधि ओमिक्स डेटासेट का उपयोग अध्ययन किया जा रहा किसी भी प्रणाली में कुंजी ड्राइविंग जीन/मार्ग का निर्धारण करने के लिए । हम बहुत बड़ी सफलता के साथ कई अलग स्वतंत्र अध्ययन में इस पद्धति का इस्तेमाल किया है कुंजी ड्राइवरों शामिल निर्धारित३६,४५,४६,४७,४८,४९ ,५०. एक कैंसर से संबंधित ओमिक्स अध्ययन में, इस पद्धति का उपयोग कर हम प्रयोगात्मक पुष्टि की है कि हमारी भविष्यवाणी की प्रमुख जीन/मार्ग वास्तव में बाहर४५विट्रो में प्रमुख जीन दस्तक द्वारा दवा उपचार प्रतिक्रिया चला रहे थे । हमने देखा, के रूप में हम इस प्रोटोकॉल के माध्यम से भविष्यवाणी की थी, कि उपचार प्रभावी नहीं था और महत्वपूर्ण जीन के अभाव की वजह से । हमें विश्वास है कि इस निष्पक्ष सिस्टम जीवविज्ञान प्रोटोकॉल किसी भी ओमिक्स अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण रास्ते निर्धारित करने के लिए एक उपयोगी उपकरण हो सकता है ।

यह प्रोटोकॉल उपंयास अंतरिक्ष जीवविज्ञान परिकल्पनाओं की पीढ़ी के लिए एक त्वरित और कुशल विधि प्रदान करता है । GeneLab से उत्पंन डेटा भविष्य के वित्तपोषण के अवसरों, प्रयोगात्मक सत्यापन, और microgravity और अंतरिक्ष विकिरण के खिलाफ countermeasures के विकास के लिए संभावित लक्ष्यों के लिए जांचकर्ताओं द्वारा leveraged किया जा सकता है । यहां प्रदान की प्रोटोकॉल भविष्य अंतरिक्ष जीवविज्ञान जांच के लिए अनुमति के लिए इष्टतम दक्षता के साथ होने के लिए सुरक्षित दीर्घकालिक अंतरिक्ष मिशन के लिए अनुमति देगा ।

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

हम के लिए धंयवाद देना चाहूंगा एलिसन नासा एंस के जीवन विज्ञान डेटा संग्रह में उसकी सहायता के लिए कुतर निवास से संबंधित वीडियो प्राप्त करने और पिंजरे से संबंधित जानकारी प्राप्त करने के साथ समग्र मदद के लिए । हम भी उचित जानकारी प्राप्त करने के साथ उसकी मदद के लिए नासा एंस अनुसंधान केंद्र में मरला Smithwick शुक्रिया अदा करना चाहते हैं । अनुसंधान धन नासा एंस अनुसंधान केंद्र में GeneLab परियोजना द्वारा प्रदान की गई थी, अंतरिक्ष जीवन और भौतिक विज्ञान अनुसंधान और अनुप्रयोगों (SLPSRA) के विभाजन में नासा के अंतरिक्ष जीवविज्ञान कार्यक्रम के माध्यम से । व्यापार के नाम का कोई भी उपयोग वर्णनात्मक प्रयोजनों के लिए ही है और अमेरिकी सरकार द्वारा समर्थन मतलब नहीं है ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
C57BL/6 Mice The Jackson Laboratoy C57BL/6J C57BL/6 mice were used for datasets related to Rodent Research-1 experiments
BALB/C Mice Taconic BALB BALB/C mice were used for datasets related to Rodent Research-3 experiments
Vivarium Cages Charles River Laboratory Standard murine cages purchased from Charles River Laboratory
Rodent Habitat NASA This cage and all components are built internally at NASA
RNAlater ThermoFisher Scientific AM7020 RNAlater is used to store the tissue for further RNA isolation

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Beheshti, A., Shirazi-Fard, Y., Choi, S., Berrios, D., Gebre, S. G., Galazka, J. M., Costes, S. V. Exploring the Effects of Spaceflight on Mouse Physiology using the Open Access NASA GeneLab Platform. J. Vis. Exp. (143), e58447, doi:10.3791/58447 (2019).

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