Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Genetics
Click here for the English version

Genetics

استكشاف "آثار تحليق" في "الفسيولوجيا الماوس" باستخدام منصة جينيلاب ناسا الوصول المفتوح

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

يوفر منصة "جينيلاب ناسا" الوصول غير المقيد للبيانات اوميكس الثمينة من التجارب البيولوجية ارتياد الفضاء. يصف لنا كيف تجري تجربة ماوس المعتاد في الفضاء، وكيف يمكن الوصول إلى البيانات من هذه التجارب وتحليلها.

Abstract

ويتطلب إجراء التجارب البيولوجية في الفضاء أماكن الإقامة الخاصة وإجراءات لضمان أن تجري هذه التحقيقات من الفعالية والكفاءة. وعلاوة على ذلك، ونظرا لندرة هذه التجارب من المحتم أن تعظيم آثارها. التقدم السريع لتكنولوجيات اوميكس يوفر فرصة لزيادة كبيرة في حجم البيانات المنتجة من العينات ارتياد الفضاء الثمينة. للاستفادة من هذا، وضعت وكالة ناسا منصة جينيلاب توفير وصول غير مقيد إلى ارتياد الفضاء اوميكس البيانات وتشجيع التحليل على نطاق واسع. القوارض (الجرذان والفئران) هي نموذج الكائنات الحية الشائعة المستخدمة من قبل العلماء للتحقيق في الآثار البيولوجية ذات الصلة بالفضاء. العلبة أن القوارض البيت أثناء رحلات الفضاء تسمى "القوارض الموائل" (سابقا وحدات الحاوية الحيوان)، وتختلف اختلافاً كبيرا عن أقفاص فيفاريوم القياسية في الأبعاد وتدفق الهواء، والوصول إلى المياه والغذاء. وبالإضافة إلى ذلك، نظراً للظروف البيئية والجوية في محطة الفضاء الدولية (ISS)، تتعرض الحيوانات لأعلى تركيز2 CO. ونحن أفادت مؤخرا أن الفئران في "موائل القوارض" تشهد تغييرات كبيرة في الترنسكربيتوم بهم بغض النظر عن ما إذا كانت الحيوانات على الأرض أو في الفضاء. وعلاوة على ذلك، كانت هذه التغييرات متسقة مع استجابة التاكسج، يحتمل أن تكون مدفوعة بتركيزات أعلى من2 CO. هنا ونحن تصف كيفية إجراء تجربة القوارض نموذجية في الفضاء، وكيف يمكن الوصول إلى البيانات اوميكس من هذه التجارب من خلال منصة جينيلاب، وكيفية التعرف على العوامل الرئيسية في هذه البيانات. باستخدام هذه العملية، يمكن أن تجعل أي فرد الاكتشافات الهامة التي يمكن أن تغير تصميم الأنشطة والبعثات الفضائية في المستقبل.

Introduction

والهدف العام من هذه المخطوطة تقديم منهجية واضحة لكيفية استخدام منصة جينيلاب1 التابع لناسا وتجارب القوارض كيفية القيام به في الفضاء يتم ترجمتها إلى اوميكس البيانات للتحليل. قاعد البشر معرضون لمخاطر صحية عديدة من حقول الجاذبية المتغيرة والإشعاع الفضائي وعزله عن الأرض وأخرى معادية العوامل البيئية2،3،،من45، 6-وقد ساعدت التجارب البيولوجية التي يؤديها في الفضاء وعلى الأرض لتحديد وتقدير حجم هذه المخاطر7،،من89،،من1011، 12 , 13 , 14-في الفضاء، وقد أجريت هذه التجارب على محطة الفضاء الدولية (ISS) والمكوك الفضائي وغيرها من منصات مدارية. ويتطلب إجراء هذه التجارب المنهجية نظراً لمخاوف فريدة من نوعها لإجراء تجارب في الفضاء بما في ذلك الوقت طاقم محدود وبيئة الجاذبية الصغرى والأجهزة المتخصصة. مختلف منصات موجودة الآن لإجراء التجارب المتطورة في الفضاء باستخدام النبات والحيوان، ونماذج الميكروبية15.

وكانت نماذج القوارض أهمية خاصة لتعزيز فهمنا للكيفية التي تستجيب بها الثدييات، بما في ذلك البشر، للتحليق في الفضاء. وتشمل هذه تأثير رحلات الفضاء على العضلات هيكل16،،من1718 ووظائف المناعة19،،من2021. أقفاص فيفاريوم القياسية المستخدمة للقوارض الإسكان على وجه الأرض ليست مناسبة لرحلات الفضاء تجارب22،23. ولذلك، أكثر تم جوا عاماً الفئران والجرذان ويسكنون في أقفاص مختلفة بما في ذلك وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (اليابانية) "الموئل القفص"24، الحيوانات تحمل الكبسولات الفضائية المستخدمة في بيون-M1 غير المأهولة الأقمار الصناعية الروسية25 ،،من2627، نظام درج الفئران (MDS) الذي صممه29،،من2830وكالة الفضاء الإيطالية وناسا الحيوان العلبة الوحدة النمطية (AEM)، والآن ناسا القوارض الناقل والموائل23. تجارب القوارض بدأت لأول مرة على متن مكوك الفضاء استخدام الأقفاص المشار إليها كوحدة نمطية الضميمة الحيوان (AEM). واستخدمت هذه الأجهزة في تجارب القوارض 27 في مكوك الفضاء23. وزراء اقتصاد الآسيان وضعت أصلاً لتجارب قصيرة نسبيا على متن المكوك (< 20 يوما). منذ تطوير المحطة الفضائية الدولية، ذلك تم تعديل لأطول مدة التجارب ويشار إليها الآن بوصفها "موائل القوارض"22،23. موائل القوارض جديدة مصممة لدعم البعثات مدة طويلة في المحطة الفضائية الدولية استخدام التعجيل "تجهيز تجارب" لواجهة الرف "المحطة الفضائية" (إكسبريس). موائل القوارض تختلف اختلافاً كبيرا عن أقفاص فيفاريوم القياسية في الأبعاد وتدفق الهواء، وتصفية ونظام العادم، والوصول إلى الغذاء والماء (الشكل 1). ومع ذلك، أثبتت هذه الأجهزة لتكون منصة فعالة لبحث، تمكن أفكاراً رئيسية في التغيرات المستحثة بالتحليق في الفضاء لفسيولوجيا الثدييات19،،من3132،33 ،34،،من3536.

الآن يمكن أن تتولد كميات كبيرة من البيانات اوميكس من التجارب البيولوجية رحلات الفضاء بما في ذلك تلك التي يؤديها مع القوارض. في الآونة الأخيرة، بذلت البيانات من هذه التجارب اوميكس متاحة للجمهور من خلال منصة "جينيلاب ناسا"1 الذي مستودع بيانات شاملة ومنصة التحليل الذي يسمح لأي شخص وضع فرضيات من التجارب ارتياد الفضاء. جينيلاب يوفر أدوات لاكتشاف والوصول، وتقاسم وتحليل البيانات. ونحن تستخدم مجموعات البيانات جينيلاب لإظهار أن تؤدي الاختلافات بين أقفاص فيفاريوم القياسية و "الموائل القوارض" المتخصصة المستخدمة في مساحة الاختلافات الهائلة في الترنسكربيتوم من الفئران36. قمنا بتحليل أربع مجموعات البيانات المختلفة المتاحة للجمهور، مقارنة أنسجة مختلفة من القوارض في "الموائل القوارض" أو أقفاص فيفاريوم القياسية. باستخدام تحليل بيولوجيا أنظمة غير منحازة، عقدنا العزم على أن برامج التشغيل الرئيسية والممرات التي تم تغييرها تتسق مع استجابة التاكسج نظراً لارتفاع مستويات2 أول أكسيد الكربون الناجم عن أعلى تركيزات2 CO في المحطة الفضائية الدولية، الأمر الذي يؤدي إلى ارتفاع أول أكسيد الكربون 2 تركيزات في "الموئل القوارض" نظراً لأن هم النظم السلبية التي تتخذ في الهواء المحيط. وهذا يوضح كيفية استخدام العلماء أدوات مفتوحة المصدر والبيانات لتوليد نتائج رواية مع الآثار المترتبة على كيفية تأثير البيئة في المحطة الفضائية الدولية الصحية رائد الفضاء.

هنا ونحن تصف كيفية مكافحة القوارض والتجارب تجري في الفضاء وكيفية البيانات من هذه التجارب يمكن الوصول إليها عن طريق مفتوح مصدر، منصة omic المتعلقة ببيولوجيا الفضاء. ونحن نناقش تكوين "موائل القوارض" المستخدمة للبعثات الفضائية، وكيف تتم معالجة الأنسجة ارتياد الفضاء. كما يصف لنا كيف حددت رحلات الفضاء يمكن أن تكون اوميكس يمكن اكتشاف البيانات والوصول إليها في جينيلاب وكيف الرئيسية العوامل المحركة للاستجابة الشاملة لرحلات الفضاء36. مثال محدد سوف نقدم على الكيفية التي يتم بها تنفيذ هذا البروتوكول سوف تكون مقارنة الاختلافات البيولوجية التي تحدث في القوارض يسكنون في "الموئل القوارض" وعناصر التحكم التي تم نشرها بهشتي فيفاريوم et al.36. من المهم أن نلاحظ أن عناصر الأرض ضرورية لرحلات الفضاء تجارب القوارض. كما هو موضح في هذا البروتوكول، عناصر التحكم هذه يتم مع كل شروط متطابقة (أي CO2 شروط، والرطوبة، ودرجة الحرارة، وأبعاد القفص، إلخ) في "موائل القوارض" في المحطة الفضائية الدولية وفي أقفاص فيفاريوم القياسية التي تحتوي المعيار البيئية (أي، CO2 الشروط، والرطوبة، ودرجة الحرارة) الظروف على الأرض. القوارض في عناصر التحكم الأرضي "الموئل القوارض" تسمح بالمقارنة المباشرة للقوارض في الفضاء. بينما تسمح القوارض يسكنون في أقفاص فيفاريوم البيولوجية المقارنة بين الإسكان مختلفة (مثلاً، فيفاريوم في أقفاص مقابل الأجهزة القوارض). "الموئل القوارض" مختلفة من أقفاص فيفاريوم في ذلك فقد تدفق الهواء المستمر (0.1 – 0.3 m/s)، مدة طويلة، وفلتر عادم ثانوي الذي يلتقط ويمتص النفايات الحيوانية التي تسترشد بتصفية العادم تدفق الهواء المستمر في ظروف الجاذبية الصغرية. وبالإضافة إلى ذلك، قد "الموائل القوارض" النظم السلبية والمدخول الهواء المحيط؛ ولذلك، لديهم أيضا تركيزات أعلى من2 CO نظراً لمستويات مرتفعة في طاقم المحطة الفضائية الدولية (~ 5,000 جزء في المليون).

Protocol

بروتوكولات الحيوان من أجل الإسكان وتجهيز الأنسجة اتباع مبادئ توجيهية موحدة لرعاية الحيوانات المختبرية ووافقت عليها وكالة ناسا للطيران وأرضية "مؤسسية رعاية الحيوانات" واستخدام اللجان (إياكوك).

1-تكوين موائل القوارض

ملاحظة: موائل القوارض ناسا (قبل ذلك) لها ملامح مختلفة من أقفاص فيفاريوم لاستيعاب العمليات في الفضاء (الشكل 1).

  1. 10 بيت الفئران في كل "الموئل القوارض" (تصل إلى 30 جم للماوس). 5 بيت الفئران كل حجرة عندما يتم تكوين الموئل في مقصورات اثنين أو الفئران 10 إذا كان هناك حجرة واحدة.
    ملاحظة: ناسا القوارض الموائل من منطقة سطح موجوداً أكبر كل القوارض من أقفاص فيفاريوم القياسية.
  2. عناصر الأرض الحيوانات، بيت الفئران في "الموئل القوارض" داخل محاكي المحطة الفضائية الدولية البيئية (إيسيس) تحت ظروف بيئية متماثلة كالحيوانات الطيران بما في ذلك2 تركيزات أول أكسيد الكربون ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية.
  3. تقديم الحيوانات مع وصول فريق متواصلة مخصصة الصنع "ناسا المغذيات ترقية القوارض فودبارس" (نورفب) وفقا لمجلس البحوث الوطني (NRC) الاحتياجات التغذوية للفئران37وتفعيلها للمياه عن طريق الضغط ليكسيتس.
  4. مراقبة صحة الحيوانات والسلوك الذي سيتم تمكين في "موائل القوارض" 12:12 ح دائرة الضوء شبيه فيفاريوم أقفاص في المرافق القياسية مع الإضاءة أثناء النهار وإضاءة الأشعة تحت الحمراء أثناء الفحوص الصحية الفيديو التي تجري خلال دورة الظلام.
  5. ضع أربع كاميرات في أقفاص "الموئل القوارض" للرصد اليومي للحيوانات الصحة والسلوك وجمع أشرطة الفيديو خلال الليل مع إضاءة الأشعة تحت الحمراء.
  6. تسليم القوارض إلى المحطة الفضائية الدولية في الناقل (الشكل 2B) على متن "كبسولة التنين" أو مركبة الإطلاق مماثلة.
  7. ضمان لاحظ القوارض ونظرت البيطري رحلة ناسا قبل تحميله إلى الناقل للإطلاق، وأعضاء طاقم المدربين لدى وصوله إلى محطة الفضاء الدولية وقبل نقلها إلى "موائل القوارض".
  8. لهذه الفترة الانتقالية، والبيت حتى الفئران 20 (10 في كل جانب) أو 12 من الفئران في الناقل.
    ملاحظة: مشابهة "الموئل القوارض"، الناقل وحدة سلبي للظروف البيئية. خلال هذه الفترة الانتقالية القصيرة، يمكن البيت وحدة واحدة هذه الفئران تصل إلى 20.

2-مكافحة القوارض مناولة للتجارب ارتياد الفضاء

  1. شراء القوارض من البائعين القياسية.
    ملاحظة: وبعد التسليم، مجموعة القوارض داخل أقفاص فيفاريوم القياسية والحيوانات تأقلم "ناسا نورفب"، وليكسيتس، وسلك رفع طوابق حتى الحيوانات بتحميله إلى الناقل. ترك القوارض في الأقفاص سيسمح الحيوانات على التكيف بطبيعة الحال. التعامل مع الفئران داخل وخارج كل من "الموائل القوارض" واقفاص فيفاريوم يتبع البروتوكولات المستخدمة عادة لجميع تجارب القوارض12،،من2728. سيستخدم النظام "الموئل القوارض" (الشكل 1A) لكل بعثة رحلات الفضاء على STS والمحطة الفضائية الدولية، على التوالي، ومراقبة الأرض محاكاة الظروف البيئية المحطة الفضائية الدولية أو STS.
  2. لبعض البعثات استخدام الأقفاص فيفاريوم القياسية (الشكل 1B) لعنصر التحكم فيفاريوم. استخدام الفئران 5 أو 10 لكل قفص فيفاريوم القياسية.
  3. "الموائل القوارض"، ضع 10 الفئران في اثنين من الأقسام المختلفة مع الفئران 5 كل حجرة. إزالة الفاصل إلى القفص لإيواء 10 الفئران للموئل في حجرة واحدة.
  4. تستخدم ثلاثة عناصر من أجهزة مكافحة القوارض أثناء رحلات الفضاء البعثات كما هو موضح أدناه (الشكل 2).
    1. ضع القوارض في الناقل (الشكل 2) للسفر بين الأرض والمحطة الفضائية الدولية، أو العكس بالعكس في ضعف الكثافة (الفئران 10 من كل جانب، والفئران 20 كل متعهد النقل).
    2. مرة واحدة في المحطة الفضائية الدولية، إرفاق الوصول الحيوان (AAU) (الشكل 2) وحدة للناقل. نقل القوارض من الناقل للموائل استخدام صناديق نقل الماوس (MTB) (5 الفئران كل المواضيع المتميزة) (الشكل 2D).
      ملاحظة: يستخدم "وحدة الكمية المخصصة" لتحتوي على أي من المنتجات الحيوانية (مثل، البراز والبول والفراء) من الوصول إلى طاقم المحطة الفضائية الدولية.
    3. فصل وحدة الكمية المخصصة من الناقل ونعلق على "الموئل القوارض". ثم نقل الحيوانات من المواضيع المتميزة "القوارض الموئل" (الشكل 2A) التي يقيمون فيها طوال مدة البعثة.
      ملاحظة: تركيز CO2 نظراً لمستويات مرتفعة في طاقم المحطة الفضائية الدولية لجميع "القوارض الموائل" 5,000 صفحة في الدقيقة.
  5. مراقبة درجة الحرارة والرطوبة من "الموائل القوارض"، ولكن هناك لا عناصر التحكم الحراري النشط. التأكد من أن فريق "البحث القوارض" يعمل مع محطة الفضاء الدولية للحفاظ على والتحكم بدرجة حرارة المقصورة، الذي يحدد درجة الحرارة في "الموئل القوارض".
    ملاحظة: دورة الضوء والظلام في "موائل القوارض" يحدث كل ح 12 (مثل، 05:00 – 17:00 بتوقيت جرينتش، الأضواء على) وطاقم المحطة الفضائية الدولية يقوم بتغيير منتظمة ومتكررة من الطعام (أسبوعية أو نصف شهرية) وعبوات المياه (كل ~ 28 يوما).

3-القتل الرحيم للقوارض وتجهيز الأنسجة

  1. للقتل الرحيم، تعطي القوارض جرعة زائدة من التخدير العام (الكيتامين/إكسيلازيني ما يصل إلى 150/45 مغ/كغ هيئة جماعية تضعف في مخزنة الفوسفات المالحة لإجمالي حجم 0.3 مل) عن طريق الحقن داخل (IP) يقترن أسلوب ثانوي (القتل الرحيم خلع عنق الرحم أو ثوراكوتومي).
  2. لتجارب أجريت على المحطة الفضائية الدولية:
    1. عودة القوارض أما مباشرة، أو
    2. Euthanize على المحطة الفضائية الدولية.
      1. تجميد جثث القوارض في-95 ± 2 درجة مئوية في الثلاجات في المحطة الفضائية الدولية والعودة إلى الأرض في مركبة العودة متاحة (حاليا كبسولة التنين سبسي).
      2. حالما يتم إرجاع القوارض إلى الأرض، تشريح جميع الأعضاء والأنسجة (أي الكبد، ، والجلد، والعضلات، القلب، الطحال، عيون، الغدد الكظرية، الرئتين والكلى والدماغ) وتخزينها في-80 درجة مئوية أو في الجيش الملكي النيبالي تثبيت الحل.
  3. اتبع نفس الإجراءات والتوقيت لجميع تجارب أرضية التحكم كتجربة الطيران بإزاحة 3 – 5 أيام لمطابقة بيانات القياس عن بعد في المحطة الفضائية الدولية.
  4. من الأنسجة المحفوظة عزل الحمض النووي الريبي، والبروتين، وعزل الحمض النووي باستخدام البروتوكولات القياسية الموضحة في التفاصيل المرتبطة بكل مجموعة بيانات على منصة جينيلاب (genelab.nasa.gov).
    ملاحظة: أنسجة القوارض غير مستخدمة بواسطة investigator(s) الأولية تصبح جزءا من "مجموعة العلمي المؤسسي" التابع لناسا. يتم تخزين هذه العينات في أميس بحوث مركز (ARC) الإنسان عدم "المصرف البيولوجي" حيث يتم إنشاء نشرة مصورة وإتاحتها لطلب المجتمع العلمي. الأنسجة متاحة ويمكن الاطلاع على "بيانات علوم الحياة أرشيف الموقع العام" في: https://Lsda.jsc.nasa.gov/Biospecimen.

4-توليد البيانات اوميكس من الجيش الملكي النيبالي، والحمض النووي والبروتين يستخرج

  1. من الجزيئات المستخرجة (الجيش الملكي النيبالي، الحمض النووي، البروتين) استخدام البروتوكولات القياسية لتوليد البيانات اوميكس. يتم وصف هذه بالتفصيل في دراسة كل بيانات التعريف في جينيلاب.

5-جينيلاب المستودع وتقديم البيانات

ملاحظة: بيولوجيا الفضاء ذات الصلة وتقدم البيانات اوميكس إلى "مستودع البيانات جينيلاب". يقبل جينيلاب ويستضيف البيانات ذات الصلة بالفضاء اوميكس تمولها وكالات الفضاء متعددة حول العالم.

  1. توليد اوميكس المتصلة بالبيانات التي يمكن استضافتها في المستودع جينيلاب.
    1. إرسال البيانات التي تم إنشاؤها إلى جينيلاب، أما عندما يكون التحليل الكامل أو استناداً إلى السلطة التقديرية للمحقق.
      ملاحظة: استيراد البيانات المقدمة إلى قواعد بيانات أخرى اوميكس العامة ونشرت في المستودع جينيلاب. تنسيق البيانات جينيلاب التي تم إنشاؤها ونشرها دون فترة الحصار. جينيلاب، على وجه التحديد "نموذج تجهيز المختبر"، يقوم بإنشاء بيانات من مختلف التجارب ارتياد الفضاء باستخدام تقنيات وبروتوكولات الاستخراج المحسن لزيادة البيانات اوميكس من التجارب ارتياد الفضاء.
  2. عندما تكون البيانات جاهزة لتقديمها، تنسيق ونقل البيانات الوصفية والبيانات إلى جينيلاب مع الأسلوب التالي (تكميلية الشكل 1):
    1. استخدام أدوات إيساكريتور لتعريف إجراء دراسة تجريبية وتخزين بيانات التعريف.
      ملاحظة: "إيساكريتور" أداة متاحة للتحميل مع هنا دروس إرشادية38.
    2. تشير البيانات الواردة هنا39 لفهم أنواع البيانات المقبولة وتنسيقات ملفات البيانات الخام والمصنعة.
      1. لتحسين أمثلية التحميل والتخزين، ضغط ملفات البيانات.
    3. نقل البيانات الوصفية والبيانات الخام و/أو المجهزة للقيمين البيانات جينيلاب من خلال مساحة40.
    4. قم بإنشاء اسم المستخدم وكلمة المرور وتحميل البيانات.
  3. بمجرد تم تحميل البيانات إلى مساحة العمل، مشاركة البيانات إلى وصيا جينيلاب.
    ملاحظة: ويمكن الاطلاع على خطوات تفصيلية حول كيفية تحميل ومشاركة الملفات في "دليل البيانات تقديم"41.
  4. كل طلب هو التحقق من وصيا ونشرت في مستودع جينيلاب42.

6-إيجاد مجموعات البيانات للتحليل باستخدام "ميزات البحث" في جينيلاب

  1. البحث عن مجموعات البيانات المختلفة في جينيلاب بالذهاب إلى وصلة (تكميلية الشكل 2)38.
    1. تتصل على وجه التحديد منشور سابق36، البحث عن المصطلحات التالية: جلدس-21، جلدس-111 وجلدس-25 وجلدس-63.
  2. الوصول إلى الصفحة الرئيسية جينيلاب عن طريق النقر على "نظام البيانات جينيلاب" على الجانب الأيسر من الشاشة.
  3. أدخل الكلمات الأساسية في المربع "البحث عن البيانات" للبحث عن مجالات محددة من الفائدة. وفي هذه الحالة بإدخال كل من معرفات مجموعة البيانات التالية كل على حدة: جلدس-21، جلدس-111 وجلدس-25 وجلدس-63.
  4. بالإضافة إلى البحث في المستودع جينيلاب، البحث في قواعد البيانات الأخرى بما في ذلك توقعات البيئة العالمية المعاهد الوطنية للصحة والمعهد المصرفي المصري فخر ANL MG-رأست عن طريق تحديد مربعات الاختيار التي تريدها ضمن شريط البحث.
    ملاحظة: حاليا فقط للمستودع جينيلاب، مستخدم يمكن البحث باستخدام عامل تصفية الفئات التالية: الكائنات الحية ونوع الفحص، والعوامل ونوع المشروع.

7-تخزين ونقل الملفات ذات الاهتمام لتحليل

ملاحظة: تم تصميم مساحة العمل جينيلاب لتخزين ونقل الملفات مباشرة من قاعدة جينيلاب (تكميلية الشكل 3).

  1. انقر فوق "مساحة العمل" على رأس القائمة "نظم البيانات".
  2. إذا كان مستخدم جديد، وسجل للحصول على حساب جديد.
    ملاحظة: جينيلاب مساحة العمل بواسطة جينوميسبيس43.
  3. الوصول مفصلة إرشادات حول كيفية استخدام مساحة العمل بتحديد "مساعدة" في أعلى القائمة والنقر على "دليل المستخدم".
  4. لكل مستخدم، والوصول إلى جميع مجموعات البيانات في المستودع جينيلاب بتحديد المجلد "العام/جينيلاب" في القائمة اليسرى.
  5. نسخ مجموعات البيانات التي تهم إلى مساحة عمل دليل محلي عن طريق الذهاب إلى المجلد الذي يحتوي البيانات التي تهم. انقر على الحق في ملف معين، حدد "نسخ/نقل" في القائمة التي تظهر، حدد المجلد لنسخ الملفات إلى ومن ثم انقر فوق "نسخ".
    1. البحث عن مجموعات البيانات التالية المتصلة منشور سابق36 كما هو موضح أعلاه ونسخة أكثر في مساحة العمل المحلية: 21 جلدس جلدس-111، جلدس-25 وجلدس-63.

8-الوصول إلى بيانات التعريف والوصف لكل دراسة

ملاحظة: ملفات بيانات التعريف لكل مجموعة من البيانات في المستودع جينيلاب في المجلد الفرعي dataset "الجمهور/جينيلاب" من القائمة الجانب الأيسر.

  1. البحث عن المعلومات الوصفية لمجموعة البيانات التي تهم عن طريق الوصول إلى واحد أو أكثر من ملفات بيانات التعريف الوارد في مجلد فرعي "الفوقية" لكل مجموعة من البيانات. على سبيل المثال، جلدس-100، هناك 2 الملفات في المجلد الفرعي "العام/جينيلاب/جلدس-100/الفوقية": "جلدس-100_metadata_RR1_BIOBANK-العين-ISA.zip" و "جلدس-100_metadata_RR1ExpDesign.pdf".
    1. ضمان أن كل مجموعة بيانات ملف مضغوط واحد يوفر بيانات التعريف طبقاً لمواصفات إيساتاب (الذي يشمل في ميامي، ميابي، وغيرها من المعايير الإطار ميبي لمتطلبات الحد الأدنى من البيانات الوصفية). دائماً في نهاية هذا النوع من اسم الملف في "ISA.zip". على سبيل المثال، جلدس-100، هذا الملف هو "جلدس-100_metadata_RR1_BIOBANK-العين-ISA.zip".
  2. استخدام أداة إيساكريتور44 أو محرر نص لتصور والوصول إلى بيانات التعريف إيساتاب، الذي يحتوي على وصف نصي لدراسة وتحليل بيانات التعريف لكل مجموعة من البيانات.
    ملاحظة: ضمن بيانات التعريف إيساتاب، ووصف العينات والمرتبطة بالمقايسة، والمقايسة موصوفة والمرتبطة بملفات بيانات الإخراج.
  3. تحقق من وجود ملفات البيانات المقايسة الإخراج الموجودة داخل كل مجموعة من البيانات الموجودة في المجلدات الفرعية حسب نوع الفحص. على سبيل المثال، جلدس-100، تسلسل الحمض النووي الريبي الإخراج فحص الملفات موجودة في "الجمهور/جينيلاب/جلدس-100/ترانسكريبتوميكس/" المجلد.

9-تحليل البيانات جينيلاب

ملاحظة: يمكن تنفيذ خطوط أنابيب مختلفة لمختلف اوميكس البيانات. وهنا مثال محدد يركز على خط أنابيب ترانسكريبتوميك بيولوجيا أنظمة غير متحيزة التي يتم استخدامها لتحديد "المحركات الرئيسية" للنظام قيد الدراسة.

  1. الاختيار المنشورة سابقا الآداب36،45،46،47،48،،من4950 لفهم هذه الأنابيب.
  2. حالما يتم تحديد مجموعة بيانات محددة من المصلحة للتحليل، تحميل البيانات إلى جهاز محلي بالطريقة التالية:
    1. انقر فوق مجموعة البيانات المحددة.
    2. انقر فوق علامة التبويب "ملفات الدراسة" في أقصى اليسار من الرؤوس.
    3. تأكد من أن كافة ملفات البيانات والبيانات الوصفية متاحة في هذه القائمة.
    4. لتحميل كل ملف، انقر فوق أسماء الملفات المحددة.
  3. لمجموعات البيانات ميكرواري التي سيتم تحميلها من جينيلاب، استخدم الخطوات التالية قبل المعالجة.
    1. عملية البيانات الخام لكل مجموعة من البيانات بشكل منفصل باستخدام الطرح الخلفية وكانتيل تطبيع استخدام رمايكسبريس51 [ميكروارس] تجارية.
    2. إنشاء مكون مبدأ التحليل (PCA) قطع استخدام R لتحديد مدى قرب يتطابق البيولوجية مجمعة معا.
    3. استيراد البيانات إلى "عارض مولتيكسبيريمينت"52 وحساب الجينات الهامة أولاً باستخدام الإحصاءات معدل (FDR) اكتشاف كاذبة بدءاً من فرانكلين روزفلت < 0.05. إذا ظهرت لا جينات كبيرة مع الإحصاءات فرانكلين روزفلت، ثم استخدام t-الاختبارات القياسية بدءاً قيمة p < 0.05 لتحديد الجينات كبيرة.
    4. متى تم تحديد الجينات تنظم يعتد به إحصائيا، تنفيذ وقف تغيير إضعاف ≥ 1.2 أو ≤-1.2 لمقارنة العينات التجريبية مع عناصر التحكم.
  4. استخدام تحليل إثراء مجموعة الجينات (جسيا)53 للمسار والتوقعات الوظيفية.
    1. استخدام جسيا أما من خلال جينيباتيرن،من5455، مباشرة من خلال جسيا، أو باستخدام بيئة البرمجة R.
    2. تحديد مسارات التنظيم إلى حد كبير باستخدام مجموعات الجينات التالية: C2, C5، والسمات المميزة.
    3. إجراء تحليل الرائدة على مجموعات المورثات إلى حد كبير من التنظيم وتحديد الجينات الرائدة المرتبطة بكل مقارنة تجريبية ومجموعة الجينات.
    4. البحث عن المورثات الرائدة التي تتداخل بين جميع مجموعات الجينات لكل حالة تجريبية.
  5. استخدام منصة أخرى لتحديد المهام المتوقعة والمسارات التي تخضع حاليا إلى حد كبير. في هذه الحالة باستخدام تحليل مسار الإبداع (IPA) لتحديد المنظمين المنبع الكبير، بيوفونكتيونس، ومسارات المتعارف عليه.
    1. تحميل قائمة الجينات مع إضعاف--تغيير القيم للجينات إحصائيا تحديد في الخطوة 9.4.4.
    2. اتبع الإرشادات لوكالات تشجيع الاستثمار لتوليد المنظمين المنبع، وبيوفونكشنز، ومسارات المتعارف عليه لكل مقارنة تجريبية.
    3. تحديد الجينات المرتبطة بها للمنظمين المنبع، بيوفونكتيونس، ومسارات الكنسي الذي يكون ≥ z-نقاط تنشيط ≤-2 (التي تشير إلى تثبيط) أو 2 (التنشيط المشار إليها).
    4. العثور على جينات متداخلة تتعلق بجميع التوقعات المذكورة أعلاه.
  6. تحديد الجينات المشتركة/التداخل بين الخطوات 9.4 و 9.5.
    ملاحظة: وتعتبر هذه الجينات الجينات المفتاح/سائق السيطرة على غالبية الوظائف المتوقعة والنشاط مع الشروط التجريبية التي يجري تحليلها. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن يطرق أو تعزيز هذه الجينات سوف تجعل حالة تجريبية أو النظام قيد الدراسة غير وظيفية45،،من4649.
    1. بناء الشبكات من خلال معهد الإدارة العامة (أو أي برنامج الجمعية شبكة) لتحديد اتصال الجينات.
    2. تعتبر الجينات الأكثر متصل المحور المركزي يقود الجينات الرئيسية.
    3. لتحديد الاتصال بين مجموعات البيانات، في المجموعة جميع الجينات الرئيسية في شبكة واحدة واختبار تكرار الاتصال لتحديد المحور المركزي الذي يحدث بين جميع الجينات الرئيسية من جميع مجموعات البيانات التي يتم تحليلها.

10-استخدام واجهة56 غالاكسي في جينيلاب لتحليل البيانات ترانسكريبتوميك

ملاحظة: ويرد هنا بروتوكولا لاستخدام واجهة جينيلاب غالاكسي (متاح سقوط 2018) لتحليل البيانات ترانسكريبتوميك من جينيلاب. وتكثر دروس المجرة. بشكل عام هي الدروس مثال على كيفية استخدام نظام غالاكسي متاح السوري57،58.

  1. ويمكن على المستخدمين تسجيل الدخول إلى جينيلاب باستخدام أوراق اعتماد جوجل أو وكالة ناسا. أدوات غالاكسي جينيلاب تقع تحت قائمة "تحليل".
  2. اتبع هذه الطرق الثلاث لإحضار البيانات إلى منصة غالاكسي جينيلاب.
    1. تحميل البيانات من نظام الملفات المحلي باستخدام الدالة "تحميل البيانات".
    2. استيراد البيانات من جينوميسبيس جينيلاب باستخدام أداة المستورد جينوميسبيس تحت قسم "إحضار بيانات".
      ملاحظة: تتوفر كافة ملفات البيانات جينيلاب في المجلد "العام"، نظمتها عدد الانضمام dataset (انظر أعلاه).
    3. استيراد بيانات تظهر في "التاريخ" من قسم التحليل في الجانب الأيمن. يمكن أن يكون لدى المستخدمين متعددة وتاريخها، والتي تتم إدارتها باستخدام أزرار "خيارات التاريخ" أو "عرض كل تاريخها" في الجزء العلوي من جزء المحفوظات.
  3. أدوات للتحليل المذكورة وقابلة للبحث على الجانب الأيسر من الواجهة.
  4. تحقق من ظهور مجموعات البيانات التي تم استيرادها في التاريخ الحالي.
    ملاحظة: وتتوفر تفاصيل كثيرة فيما يتعلق بالبيانات للتفتيش لكل مجموعة من البيانات.
  5. حدد أداة على الجانب الأيسر لتعبئة نموذج في لوحة المركز، مع خيارات لتحليل ومواصفات لمدخلات البيانات. خلق فرص عمل لتنفيذ التحليل بإكمال النموذج والضغط على "تنفيذ".
  6. الاختيار للوظائف المقدمة التي مثلت في التاريخ ومرمزة للإشارة إلى حالة التنفيذ (في قائمة الانتظار، والمنفذة، واكتملت مع أو بدون أخطاء).
  7. ربط الأدوات ضمن مهام سير العمل تعقيداً. إدارة مهام سير العمل من خلال الأدوات الموجود في القائمة "مهام سير العمل". ويبين الشكل 3 مثال سير عمل التي تم إنشاؤها لمعالجة بيانات تسلسل الحمض النووي الريبي.
  8. مشاركة مجموعات البيانات ومهام سير العمل وتاريخها مع الآخرين باستخدام قائمة "البيانات المشتركة".

Representative Results

تحديد برامج التشغيل الرئيسية من تحليق ترانسكريبتوميك البيانات ستساعد ناسا مع تحديد المخاطر الصحية ووضع تدابير مضادة محتملة لمكافحة الآثار السلبية على صحة رواد الفضاء. في موقعنا نشر مؤخرا، وقد تابعنا الخطوات المذكورة أعلاه واستخدام مجموعات البيانات جينيلاب لإظهار نجاح رواية العثور على أن تركيزات أول أكسيد الكربون2 في المحطة الفضائية الدولية يمكن أن تؤثر الصحة36. أننا استخدمنا أيضا الأسلوب أعلاه في دراسات أخرى لتحديد العوامل الرئيسية المحركة للنظام ويجري درس45،،من4647،،من4849،50 بنجاح . هنا سوف نعرض كيف يمكن استخدام النتائج من استخدام هذا البروتوكول بنجاح لتحديد برامج التشغيل الرئيسية.

في هذه الدراسة، ونحن تركز أساسا على الاختلافات البيولوجية التي تحدث في القوارض يسكنون في عناصر التحكم الأرضي "عادات القوارض" والضوابط فيفاريوم. كما هو موضح أعلاه، هو المفتاح لتحسين فهم هذه الموائل اثنين، والتي سوف توفر لنا معلومات عن عوامل الخلط المحتملة التي يمكن أن تؤثر على الصحة بسبب البيئة على المحطة الفضائية الدولية. لجميع التجارب ارتياد الفضاء القوارض، عناصر التحكم هذه الأرض ضرورية أيضا لتحديد العوامل البيولوجية التي ترتبط مباشرة بارتياد الفضاء أو بسبب الظروف البيئية في المحطة الفضائية الدولية. وكما ورد في البروتوكول، الظروف البيئية للموئل فيفاريوم لا يتعرضون لأعلى مستوى2 CO موجود "الموئل القوارض". وقد الموئل فيفاريوم المستوى2 CO العادي الذي يطبق على الأرض (يجري حاليا 300 إلى 380 جزء في المليون). درجة الحرارة والرطوبة لكل الموائل متشابهة.

ونحن تستخدم مجموعات البيانات التالية من منصة جينيلاب لتحديد الجينات الرئيسية بين القوارض في "الموئل القوارض" أرضية فرض ضوابط وفيفاريوم الأرض التي المسؤولة عن قيادة الاختلافات بين الموائل اثنين: جلدس-21، جلدس-111 وجلدس-25 جلدس-63. تم إجراء تحليل لتحديد الجينات كبيرة كما هو موضح أعلاه بين "القوارض الموئل" (AEM سابقا) وضوابط فيفاريوم بشكل مستقل لكل مجموعة من البيانات. محكمة التحكيم الدائمة المؤامرات وأظهرت المجموعة البيولوجية وإنشاء نسخ متماثلة (يبينالشكل 4 مؤامرات محكمة التحكيم الدائمة لجلدس-21). ومن البيانات المجهزة مسبقاً، نحن تحديد الجينات الرائدة من مختلف مجموعات الجينات جسيا. استخدام الجينات مع 1.2 أمثال التغيير (سجل2)، كنا قادرين على التنبؤ بالجينات المعنية مع التوقعات بالنسبة للمنظمين المنبع ومسارات المتعارف عليه، وبيوفونكشنز. لكل مجموعة من البيانات ثم وجدنا الجينات المشتركة/تداخل المشاركة لجميع الجينات (الشكل 5). هذه الجينات ويعتقد الآن تكون القيادة الاستجابة بين القوارض في الموائل القوارض (أو AEM) وعناصر التحكم فيفاريوم. تمثيل الشبكة كيفية توصيل هذه الجينات الرئيسية يوضح المحاور المركزية لكل مجموعة البيانات التي تم تحليلها (الشكل 6). على سبيل المثال، MAPK1 هو المحور المركزي لانسجة العضلات STS-108 من الفئران (الشكل 6A). وهذا سوف تفسر على أنها الجينات التي يقود الجينات الرئيسية وعلى الأرجح لاعب وسط لتسبب الاختلافات البيولوجية لإيواء الفئران في "الموائل القوارض" مقابل أقفاص فيفاريوم. في أعمالنا السابقة، نحن نناقش كيف ترتبط هذه الجينات الرئيسية مع CO2 استجابة من المؤلفات العلمية الموجودة وكيف يمكن أن تكون هذه الجينات مسؤولة عن التغيرات البيولوجية التي لوحظت في الفئران36.

اتخاذ نهج بيولوجيا أنظمة، حددنا التالية "منظم رئيسي" الذي يربط بين جميع مجموعات البيانات/الأنسجة، ويحتمل أن تكون مسؤولة عن الآثار البيولوجية العالمية في القوارض يسكنون في ذلك مقارنة بأقفاص فيفاريوم. وقد تم ذلك بواسطة تحديد الجينات من جميع مجموعات البيانات التي يتم اتصال آخر عند بناء شبكة من جميع الجينات الرئيسية. كنا قادرين على إظهار أن MAPK1 هو جين آخر متصل والمحور المركزي من جميع الجينات الرئيسية (الشكل 7). للتأكد إذا كان MAPK1 قد تكون مسؤولة عن التغيرات البيولوجية في الفئران من أعلى المستويات2 CO في ذلك، بحثنا عن طريق المؤلفات العلمية للأدلة الداعمة. وجدنا العديد من الدراسات التي تشير إلى الترابط بين MAPK1 مع شركة259 ونقص19،،من6061.

Figure 1
الشكل 1 : "القوارض الموئل" (AEM سابقا) مقارنة بالأقفاص فيفاريوم. (أ) صورة من القفص ووزراء اقتصاد الآسيان المقدمة من ناسا (ائتمانات: ناسا/دومينيك هارت). (ب) استخدام القفص فيفاريوم القياسية التي يتم حاليا (صورة تم التقاطها بالمختبر). وقد تم تعديل هذا الرقم من هشتي et al.36. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 : "الموئل القوارض أجهزة النظام" مع ثلاث وحدات مختلفة ينطوي عليها أثناء النقل من البعثات الفضائية- وحدة اليسار (A) هي وحدة "مكافحة القوارض الموئل" (AEM سابقا)، ومركز الوحدة النمطية (ب) هو الناقل، ووحدة حق (ج) وحدة وصول الحيوان (AAU). (د) مربع نقل الماوس (MTB). (ائتمانات: ناسا/دومينيك هارت). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 : مثال على تحليل سير العمل التي يمكن استخدامها في واجهة غالاكسي جينيلاب لعملية بيانات الحمض النووي الريبي seq. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- 

Figure 4
الشكل 4 : الرئيسية تحليل مكون (PCA) للممثل dataset بعد خطوات معالجة مسبقاً. ويرد dataset جلدس-21 لوزراء اقتصاد الآسيان مقابل قفص فيفاريوم للعضلات الهيكلية مورين من البعثة STS-118. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5 : رسم تخطيطي متداخل يمثلون ما الجينات الأساسية مصممون على استخدام أدوات التنبؤ بمسار مختلف. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- 

Figure 6
الرقم 6 : الجينات الرئيسية مصممة لجميع الشروط والأنسجة موريني بين مقابل وزراء اقتصاد الآسيان . أقفاص فيفاريوم. (ألف-هاء) شبكة تمثيل الجينات الرئيسية لكل الأنسجة dataset/القوارض. سجل2 إضعاف--التغييرات (مع قطع من أمثال 1.2-تغيير) إلى التعبير الجيني استخدمت للحصول على ظلال مختلفة من الأخضر لإضعاف-التغيير في الجينات دوونريجولاتيد، بينما تصور ظلال مختلفة من الأحمر تجليد-التغيير في الجينات أوبريجولاتيد. قتامة الظل الأخضر أو الأحمر، كلما زاد إضعاف-التغيير. وقد تم تعديل هذا الرقم من هشتي et al.36. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 7
الشكل 7 : تحديد "المنظم الرئيسي" للقوارض في السكن "الموئل القوارض" بالمقارنة مع أقفاص فيفاريوم. اتصالات بين جميع الجينات الفردية الرئيسية (الشكل 6) كانت مصممة وعرضها كشبكة من خلال معهد الإدارة العامة. يتم تمثيل الشبكة كمؤامرة شعاعي مع الجينات الرئيسية آخر متصل، MAPK1، في المركز. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

تكميلية الشكل 1: التكامل جينيلاب-جينوميسبيس مع إيساكريتور لتبسيط عمليات تجهيز البيانات- اضغط هنا لتحميل هذا الرقم- 

تكميلية الشكل 2: "لقطة شاشة من جينيلاب" البحث باستخدام الاتحاد/التكامل مع قواعد البيانات الخارجية المعلوماتية الحيوية غير متجانسة (GEO، الكبرياء، مغ-رأست). الرجاء انقر هنا لتحميل هذا الرقم

تكميلية الشكل 3: لقطة من مساحة العمل التعاوني جينيلاب عرض المستخدم حساب الإدارة، والوصول إلى عناصر تحكم (مثل، المجلدات الخاصة والمشتركة والعامة).  الرجاء اضغط هنا لتحميل هذا الرقم

Discussion

منصة "جينيلاب ناسا" هو منصة قاعدة البيانات وتحليل اوميكس شاملة التي سوف تسمح للمجتمع العلمي لتوليد فرضيات الرواية المتعلقة ببيولوجيا الفضاء. وقدمنا هنا إجراء شامل لتجارب القوارض ابتداء من رحلات الفضاء لتوليد الفرضية رواية من تحليل البيانات استخدام منصة بيولوجيا الفضاء متاحة للجمهور. وباﻹضافة إلى ذلك، كما قدمنا بروتوكولا واسعة النطاق على تحليل بيولوجيا أنظمة غير متحيزة لتحديد الجينات الرئيسية قيادة النظام قيد الدراسة. أننا استخدمنا لنا الدراسة الأخيرة36 كمثال عن كيفية استخدام هذا البروتوكول هو فعال لتوليد فرضية رواية لبيولوجيا الفضاء. ونأمل أن يساعد هذا المحققون فهم أفضل لكيفية تنفيذ التجارب ارتياد الفضاء وكيف تؤدي البيانات منها على البيانات المتاحة في جينيلاب، وتسمح في نهاية المطاف لتفسير أكثر وضوحاً للبيانات اوميكس بيولوجيا الفضاء متاحة للجمهور.

وهناك العديد من الخطوات الحاسمة ضمن بروتوكول لدينا فيما يتعلق بالتجارب ارتياد الفضاء القوارض وتحليل للبيانات التي تنتجها. فهم "الموئل القوارض" إعداد أمر بالغ الأهمية لتطوير وتصميم التجربة المثلى لارتياد الفضاء. وسيستتبع على وجه التحديد البروتوكول والوصف وقد قدمنا في الخطوة 1 من البروتوكول لدينا. مجرد محقق تتفهم الظروف المختلفة الموجودة في "موائل القوارض" بالمقارنة مع أقفاص فيفاريوم، يمكن أن يرتبط النتائج البيولوجية التي يجري تفسيرها بشكل صحيح للظروف البيئية في الفضاء. في الإضافات، لا يمكن أن يتم إدخال تعديلات على "الموئل القوارض"، حيث صمم الموئل القوارض على النحو الأمثل ووافقت عليها وكالة ناسا للاستخدام لرحلات الفضاء.

لتفسير النتائج البيولوجية، وقد قدمنا بروتوكول شامل في كل خطوة المعنيين من تحميل البيانات الخاصة بك إلى جينيلاب لتحليل البيانات لتوليد الفرضية رواية بيولوجيا الفضاء. على الرغم من أن جميع الخطوات الهامة في فهم كيفية توليد البيانات، هي أهم الخطوات اللازمة لتحليل البيانات الخطوات 9 و 10. الخطوة 9 يوفر بروتوكول لتحليل البيانات ترانسكريبتوميك باستخدام أسلوب بيولوجيا أنظمة غير متحيزة لتحديد الجينات/المسارات التي تدفع حقاً حالة تجريبية يجري تحليلها. الخطوة 10 أمر بالغ الأهمية، كما أنه يوفر للمستخدمين مع طريقة سهلة لتحليل اوميكس جينيلاب مجموعات البيانات باستخدام منصة جينيلاب. يمكن أن يتم إدخال تعديلات على البروتوكول بتقديم بعض الخطوات فيما يتعلق بتحليل البيانات. على وجه التحديد، يمكن أن يتم الخطوات 9.4 – 9.6 استخدام البرمجة R أو غيرها من الأدوات المفضلة التي يفضل المستخدم. اعتماداً على مجموعة البيانات، يمكن استخدام إحصاءات مختلفة وتجليد-تغيير سقف لتحديد الجينات التنظيم إلى حد كبير. وبالإضافة إلى ذلك، لتحديد الجينات الرئيسية في خطوات 9.5 و 9.6، يمكن للمستخدم تعديل هذا البروتوكول واستخدام أي أداة تستخدم الجينات التنظيم إلى حد كبير على التنبؤ بالوظائف. مفهوم هام أن استخدام أدوات تنبؤية اوميكس وظيفية متعددة تسمح بتحديد الجينات المعنية بمعظم المهام التي يجري تنظيمها في النظام قيد الدراسة.

النظام الأساسي جينيلاب وتواصل تطوير، وفي حين أجريت التحاليل الموصوفة هنا بعد تحميل البيانات، سيسمح المرحلة التالية من جينيلاب لتحليل اوميكس البيانات مباشرة على منصة جينيلاب، والتي سوف تقدم سير عمل سهلة لتوليد تجهيز البيانات لتحليل مرتبة أعلى. وعلاوة على ذلك، في حين أننا ركزنا على بروتوكول لتفسير البيانات ترانسكريبتوميك، يحتوي جينيلاب على طائفة واسعة من البيانات اوميكس بما في ذلك البروتين، الجينوم، metabolomic، وبيانات ابيجينوميك. المنصة في نهاية المطاف سوف تحتوي على خطوط الأنابيب، والمبادئ التوجيهية لتحليل هذه الأنواع المختلفة من اوميكس. وستنفذ المرحلة الأخيرة من جينيلاب أيضا واجهة تصور مستوى نظام للسماح للمستخدم الأساسية لتوليد فرضيات بيولوجيا الفضاء بسهولة.

وأخيراً، يقدم تحليلنا بيولوجيا الأنظمة طريقة فريدة من نوعها وغير متحيزة لتحديد مفتاح القيادة الجينات/مسارات في أي نظام تجري دراستها باستخدام مجموعات البيانات اوميكس. وقد استخدمنا هذه المنهجية في عدة دراسات مستقلة مختلفة بنجاح كبير لتحديد برامج التشغيل الرئيسية المعنية36،45،46،47،48،49 ،50. في سرطان ذات الصلة بدراسة اوميكس، باستخدام هذه المنهجية تجريبيا علينا التحقق من أن الجينات لدينا الرئيسية المتوقعة/المسارات كانت القيادة فعلا استجابة معاملة المخدرات قبل انقطاع الجينات الرئيسية في المختبر45. لاحظنا، كما قد توقعنا من خلال هذا البروتوكول، وأن العلاج لم يكن فعالاً بعد الآن نظراً لعدم وجود الجينات الرئيسية. ونحن نعتقد أن هذا البروتوكول بيولوجيا الأنظمة غير متحيزة يمكن أن تكون أداة مفيدة لتحديد المسارات الرئيسية لأية دراسة اوميكس.

هذا البروتوكول يوفر طريقة سريعة وفعالة لتوليد فرضيات الرواية بيولوجيا الفضاء. يمكن أن تكون الاستدانة البيانات الناتجة من جينيلاب من المحققين لفرص التمويل في المستقبل والتحقق التجريبي، وأهدافاً محتملة لتطوير تدابير مضادة ضد الإشعاع الفضاء والجاذبية الصغرية. وسوف تسمح البروتوكول المقدمة هنا للتحقيقات بيولوجيا الفضاء المستقبلية تحدث مع الكفاءة المثلى للسماح للبعثات الفضائية الطويلة الأجل آمنة.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

أننا نود أن أشكر الفرنسية أليسون في "ناسا أميس علوم الحياة بيانات الأرشيف" لمساعدتها مع الحصول على شريط الفيديو ذات الصلة "الموائل القوارض" وقفص المساعدة الشاملة في الحصول على المعلومات ذات الصلة. كما نود أن نشكر سميثويك مارلا في مركز أبحاث ايمز التابع لناسا ليساعدها في الحصول على المعلومات الصحيحة. تم توفير التمويل للبحث بالمشروع جينيلاب في مركز أبحاث ايمز ناسا، من خلال "برنامج بيولوجيا الفضاء" التابع لناسا في شعبة الحياة الفضاء وأبحاث العلوم الفيزيائية والتطبيقات (سلبسرا). أي استخدام للأسماء التجارية لأغراض وصفية فقط ولا يعني تأييد "حكومة الولايات المتحدة".

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. GeneLab. , genelab.nasa.gov (2018).
  2. Cortese, F. Vive la radioresistance!: converging research in radiobiology and biogerontology to enhance human radioresistance for deep space exploration and colonization. Oncotarget. 9 (18), 14692-14722 (2018).
  3. Beheshti, A. NASA GeneLab Project: Bridging Space Radiation Omics with Ground Studies. Radiation Research. , (2018).
  4. Fernandez-Gonzalo, R., Baatout, S., Moreels, M. Impact of Particle Irradiation on the Immune System: From the Clinic to Mars. Frontiers in Immunology. 8, 177 (2017).
  5. Bloomfield, S. A., Martinez, D. A., Boudreaux, R. D., Mantri, A. V. Microgravity Stress: Bone and Connective Tissue. Comprehensive Physiology. 6, 645-686 (2016).
  6. Giuliani, A. High-Resolution X-Ray Tomography: A 3D Exploration Into the Skeletal Architecture in Mouse Models Submitted to Microgravity Constraints. Frontiers in Physiology. 9, 181 (2018).
  7. Boice, J. D. Jr The Final Frontier-Research Relevant to Mars. Health Physics. 112 (4), 392-397 (2017).
  8. Chancellor, J. C. Limitations in predicting the space radiation health risk for exploration astronauts. NPJ Microgravity. 4, 8 (2018).
  9. Cucinotta, F. A. Space radiation risks for astronauts on multiple International Space Station missions. PLoS One. 9 (4), e96099 (2014).
  10. Cucinotta, F. A. Review of NASA approach to space radiation risk assessments for Mars exploration. Health Physics. 108 (2), 131-142 (2015).
  11. Frippiat, J. P. Towards human exploration of space: The THESEUS review series on immunology research priorities. NPJ Microgravity. 2, 16040 (2016).
  12. Goel, N. Effects of sex and gender on adaptation to space: behavioral health. Journal of Women's Health (Larchmt). 23 (11), 975-986 (2014).
  13. Mortazavi, S. M. J., Bevelacqua, J. J., Fornalski, K. W., Welsh, J., Doss, M. Comments on "Space: The Final Frontier-Research Relevant to Mars". Health Physics. 114 (3), 344-345 (2018).
  14. Blottner, D. Morphological, physiological and behavioural evaluation of a 'Mice in Space' housing system. Journal of Comparative Physiology B. 179 (4), 519-533 (2009).
  15. Karouia, F., Peyvan, K., Pohorille, A. Toward biotechnology in space: High-throughput instruments for in situ biological research beyond Earth. Biotechnology Advances. 35 (7), 905-932 (2017).
  16. Shen, H. Effects of spaceflight on the muscles of the murine shoulder. The FASEB Journal. 31 (12), 5466-5477 (2017).
  17. Spatz, J. M. Sclerostin antibody inhibits skeletal deterioration in mice exposed to partial weight-bearing. Life Sciences in Space Research (Amst). 12, 32-38 (2017).
  18. Tascher, G. Proteome-wide Adaptations of Mouse Skeletal Muscles during a Full Month in Space. Journal of Proteome Research. 16 (7), 2623-2638 (2017).
  19. Pecaut, M. J. Is spaceflight-induced immune dysfunction linked to systemic changes in metabolism? PLoS One. 12 (5), e0174174 (2017).
  20. Ward, C. Effects of spaceflight on the immunoglobulin repertoire of unimmunized C57BL/6 mice. Life Sciences in Space Research (Amst). 16, 63-75 (2018).
  21. Rettig, T. A., Ward, C., Pecaut, M. J., Chapes, S. K. Validation of Methods to Assess the Immunoglobulin Gene Repertoire in Tissues Obtained from Mice on the International Space Station. Gravitational and Space Research. 5 (1), 2-23 (2017).
  22. Allen, D. L. Effects of spaceflight on murine skeletal muscle gene expression. Journal of Applied Physiology (1985). 106 (2), 582-595 (2009).
  23. Moyer, E. L. Evaluation of rodent spaceflight in the NASA animal enclosure module for an extended operational period (up to 35 days). NPJ Microgravity. 2, 16002 (2016).
  24. Shimbo, M. Ground-based assessment of JAXA mouse habitat cage unit by mouse phenotypic studies. Experimental Animals. 65 (2), 175-187 (2016).
  25. Aseyev, N. Adaptive Changes in the Vestibular System of Land Snail to a 30-Day Spaceflight and Readaptation on Return to Earth. Frontiers in Cellular Neuroscience. 11, 348 (2017).
  26. Markina, E., Andreeva, E., Andrianova, I., Sotnezova, E., Buravkova, L. Stromal and Hematopoietic Progenitors from C57/BI/6N Murine Bone Marrow After 30-Day "BION-M1" Spaceflight. Stem Cells and Development. , (2018).
  27. Radugina, E. A. Exposure to microgravity for 30 days onboard Bion M1 caused muscle atrophy and impaired regeneration in murine femoral Quadriceps. Life Sciences in Space Research (Amst). 16, 18-25 (2018).
  28. Albi, E. Reinterpretation of mouse thyroid changes under space conditions: the contribution of confinement to damage. Astrobiology. 14 (7), 563-567 (2014).
  29. Cancedda, R. The Mice Drawer System (MDS) experiment and the space endurance record-breaking mice. PLoS One. 7 (5), e32243 (2012).
  30. Neutelings, T. Skin physiology in microgravity: a 3-month stay aboard ISS induces dermal atrophy and affects cutaneous muscle and hair follicles cycling in mice. NPJ Microgravity. 1, 15002 (2015).
  31. Anselm, V., Novikova, S., Zgoda, V. Re-adaption on Earth after Spaceflights Affects the Mouse Liver Proteome. International Journal of Molecular Sciences. 18 (8), (2017).
  32. Baqai, F. P. Effects of spaceflight on innate immune function and antioxidant gene expression. Journal of Applied Physiology (1985). 106 (6), 1935-1942 (2009).
  33. Blaber, E. A., Pecaut, M. J., Jonscher, K. R. Spaceflight Activates Autophagy Programs and the Proteasome in Mouse Liver. International Journal of Molecular Sciences. 18 (10), (2017).
  34. Jonscher, K. R. Spaceflight Activates Lipotoxic Pathways in Mouse Liver. PLoS One. 11 (4), e0152877 (2016).
  35. Moskaleva, N. Spaceflight Effects on Cytochrome P450 Content in Mouse Liver. PLoS One. 10 (11), e0142374 (2015).
  36. Beheshti, A., Cekanaviciute, E., Smith, D. J., Costes, S. V. Global transcriptomic analysis suggests carbon dioxide as an environmental stressor in spaceflight: A systems biology GeneLab case study. Scientific Reports. 8 (1), 4191 (2018).
  37. National Resource Council. Nutrient Requirements of Laboratory Animals, Fourth Revised Edition, 1995. , The National Academies Press. (1995).
  38. NASA GeneLab Data System. , https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/ (2018).
  39. GeneLab FAQ. , https://genelab.nasa.gov/faq/#6 (2018).
  40. GeneLab Workspace. , https://genelab.nasa.gov/faq/#6 (2017).
  41. GeneLab Data Submission Guide. , https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/help/GeneLab_Submission_Guide_2.0.pdf (2017).
  42. GeneLab repository. , https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/projects (2017).
  43. Qu, K. Integrative genomic analysis by interoperation of bioinformatics tools in GenomeSpace. Nature Methods. 13 (3), 245-247 (2016).
  44. ISACreator. , https://isa-tools.org/category/isacreator/index.html (2014).
  45. Ravi, D. Proteasomal Inhibition by Ixazomib Induces CHK1 and MYC-Dependent Cell Death in T-cell and Hodgkin Lymphoma. Cancer Research. 76 (11), 3319-3331 (2016).
  46. Wage, J. Proton irradiation impacts age-driven modulations of cancer progression influenced by immune system transcriptome modifications from splenic tissue. Journal of Radiation Research. 56 (5), 792-803 (2015).
  47. Beheshti, A. Tumor-host signaling interaction reveals a systemic, age-dependent splenic immune influence on tumor development. Oncotarget. 6 (34), 35419-35432 (2015).
  48. Beheshti, A., Neuberg, D., McDonald, J. T., Vanderburg, C. R., Evens, A. M. The Impact of Age and Sex in DLBCL: Systems Biology Analyses Identify Distinct Molecular Changes and Signaling Networks. Cancer Informatics. 14, 141-148 (2015).
  49. Beheshti, A. Host age is a systemic regulator of gene expression impacting cancer progression. Cancer Research. 75 (6), 1134-1143 (2015).
  50. Beheshti, A., Peluso, M., Lamont, C., Hahnfeldt, P., Hlatky, L. Proton irradiation augments the suppression of tumor progression observed with advanced age. Radiation Research. 181 (3), 272-283 (2014).
  51. Bolstad, B. M., Irizarry, R. A., Astrand, M., Speed, T. P. A comparison of normalization methods for high density oligonucleotide array data based on variance and bias. Bioinformatics. 19 (2), 185-193 (2003).
  52. Saeed, A. I. TM4 microarray software suite. Methods in Enzymology. 411, 134-193 (2006).
  53. Subramanian, A. Gene set enrichment analysis: a knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (43), 15545-15550 (2005).
  54. Kuehn, H., Liberzon, A., Reich, M., Mesirov, J. P. Using GenePattern for gene expression analysis. Current Protocols in Bioinformatics. , Chapter 7 Unit 7 12 (2008).
  55. Reich, M. GenePattern 2.0. Nature Genetics. 38 (5), 500-501 (2006).
  56. Afgan, E. The Galaxy platform for accessible, reproducible and collaborative biomedical analyses: 2016 update. Nucleic Acids Research. 44 (W1), W3-W10 (2016).
  57. Introduction to Genomics and Galaxy. , http://galaxyproject.github.io/training-material/topics/introduction/tutorials/galaxy-intro-strands/tutorial.html (2018).
  58. Galaxy 101. , http://galaxyproject.github.io/training-material/topics/introduction/tutorials/galaxy-intro-101/tutorial.html (2018).
  59. Xu, Y. J., Elimban, V., Dhalla, N. S. Suppression of phosphorylated MAPK and caspase 3 by carbon dioxide. Molecular and Cellular Biochemistry. 436 (1-2), 23-28 (2017).
  60. Sang, N. MAPK signaling up-regulates the activity of hypoxia-inducible factors by its effects on p300. Journal of Biological Chemistry. 278 (16), 14013-14019 (2003).
  61. Seta, K. A., Kim, R., Kim, H. W., Millhorn, D. E., Beitner-Johnson, D. Hypoxia-induced regulation of MAPK phosphatase-1 as identified by subtractive suppression hybridization and cDNA microarray analysis. Journal of Biological Chemistry. 276 (48), 44405-44412 (2001).

Tags

علم الوراثة، 143 قضية، جينيلاب، وناسا، ووحدات الحاوية الحيوان، وزراء اقتصاد الآسيان، القوارض، CO2، تسلسل الحمض النووي الريبي، والمعلوماتية الحيوية، ترانسكريبتوميكس، "الموائل القوارض"، ورحلات الفضاء، والجاذبية الصغرية
استكشاف "آثار تحليق" في "الفسيولوجيا الماوس" باستخدام منصة جينيلاب ناسا الوصول المفتوح
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Beheshti, A., Shirazi-Fard, Y.,… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter