Die BGI-Forscher hinter dem weltweit ersten Makaken-Hirnrindenatlas
SHENZHEN, CHINA, August 21, 2023/EINPresswire.com/ -- In Zusammenarbeit mit dem Center for Excellence in Brain Science and Intelligent Technology (Institute of Neuroscience) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, BGI-Research und anderen Instituten sowie internationalen Wissenschaftlern aus China und verschiedenen anderen Ländern haben sie am 12. Juli 2023 den bisher umfassendsten Gehirnzellenatlas von Primaten veröffentlicht. Ihr Forschungsbericht wurde in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht.
Diese bahnbrechende Entdeckung ist nicht nur ein großer Erfolg für die weltweite wissenschaftliche Gemeinschaft, da sie eine neue Grundlage für die Erforschung von Gehirnerkrankungen wie Alzheimer und Parkinson schafft. Ermöglicht wurde dieser Erfolg durch den Einsatz der BGI-eigenen räumlich-zeitlichen Omics-Technologie Stereo-seq und die engagierte Arbeit der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von BGI-Research.
Anlässlich der heutigen Veröffentlichung dieser Forschungsergebnisse haben führende BGI-Forscher, die an der Studie beteiligt waren, die faszinierenden Geschichten hinter dieser bahnbrechenden Forschung erzählt.
F: Könnten Sie bitte näher auf die Herausforderungen eingehen, die während des Forschungsprozesses auftraten, und wie das Team diese gemeistert hat?
Chen Ao:
(Koautor der Studie, leitender Wissenschaftler von Spatio-Temporal Omics, Forscher bei BGl-Research)
Die erste Herausforderung, der wir uns stellen mussten, war der Einsatz der Technologie aus der Ferne. Wir kamen 2020 in Shanghai an, um mit dem Projekt zu beginnen. Zu diesem Zeitpunkt waren wir nicht sicher, ob diese neue Technologie in einer völlig neuen Laborumgebung kontinuierlich stabile und zuverlässige Daten liefern würde. Doch nach einer Woche Training und Tests erzielten wir tadellose Ergebnisse. Dies war der erste erfolgreiche Einsatz der Stereo-Seq-Technologie außerhalb eines BGI-Labors.
Die zweite Herausforderung ist der unglaublich hohe Arbeitsaufwand, den die Kartierung von Makakengehirnzellen mit sich bringt und der einen neuen kollaborativen Ansatz erfordert, den wir als "Big Science"-Paradigma bezeichnen. Dieses Paradigma ermöglichte es dem Team, effizient und schnell zu arbeiten, geleitet von einem detailorientierten Projektmanagement, das auf ingenieurwissenschaftlichen Prinzipien basiert.
Während der experimentellen Phase des Brain Mapping arbeiteten beispielsweise rund 40 Forscher des BGI und des Center for Excellence in Brain Science and Intelligent Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften im Labor zusammen. Der Versuchsplan war bis auf jedes 15-Minuten-Intervall genau ausgearbeitet, und erstaunlicherweise wurde die Versuchsphase in nur 6 Tagen abgeschlossen.
Der Erfolg dieses "Big Science"-Paradigmas ist offensichtlich und wir gehen davon aus, dass wir es in vielen zukünftigen Projekten einsetzen werden.
F: Diese Forschungsarbeit hat 300 TB an Sequenzierungsdaten erzeugt und ist damit die bisher größte Datenproduktion auf dem Gebiet des Primatenhirnzellatlas. Welche Anstrengungen hat das Team unternommen, um die Herausforderungen an die Algorithmen zu meistern?
Li Yuxiang:
(Mitautor der Studie, leitender Bioinformatiker, Forscher bei BGl-Research)
Diese Studie ist in Bezug auf Zellzahl, Genauigkeit und Datenumfang führend in der Biologie. Während unserer ersten Projektbewertung haben wir auf der Grundlage des Projektdesigns vorläufige Berechnungen für die gesamte Versuchs- und Analysedauer durchgeführt. Wir waren schockiert, als wir feststellten, dass die voraussichtliche Projektdauer ein Jahr überschreiten würde.
Um dieses Problem zu lösen, haben wir schnell unser Team von Algorithmus-Experten zusammengestellt. Nach tagelangen Diskussionen und nächtlichen Anstrengungen ist es uns gelungen, die Herausforderungen der parallelen Verarbeitung in großem Maßstab zu meistern, indem wir das gesamte Framework neu strukturiert und Verbesserungen in verschiedenen Bereichen wie Datenformat, Sequenzierungs-Tags und Datenintegration implementiert haben.
Dadurch konnten wir die Analysezeit für die Daten eines einzelnen Sequenzierchips auf einen Tag verkürzen, was vorher mehr als einen Monat gedauert hätte. Für Stresstests und abschließende Experimente konnten wir die Datenanalyse in nur zwei bis drei Wochen abschließen, dank der umfangreichen Optimierungen, die von einem Team durchgeführt wurden, das schnell reagierte und nahtlos zusammenarbeitete.
F: Welche Bedeutung hat der in dieser Studie erstellte Atlas der Großhirnrinde von Primaten für die Weiterentwicklung der Hirnforschung?
Lei Ying:
(Koautor der Studie, Director Scientist und Associate Researcher bei BGI-Research)
Mit Hilfe der BGI-eigenen Stereo-Sequenziertechnologie und der Hochdurchsatztechnologie zur Sequenzierung des nukleären Transkriptoms einzelner Zellen ist es einem internationalen Forscherteam gelungen, den bisher umfassendsten Zellatlas des Primatengehirns zu erstellen.
Dieser Atlas ist von großer Bedeutung für zukünftige funktionelle Analysen des Primatengehirns, für die Erforschung von Krankheitszielen und für Vergleiche mit anderen Spezies im Laufe der Evolution. Wir hoffen, dass in Zukunft mehr internationale Forschungsteams diesen Atlas nutzen können, um weitere Fortschritte in der Hirnforschung und den Neurowissenschaften zu erzielen.
F: Im Mai 2022 wurde eine internationale wissenschaftliche Organisation gegründet, das SpatioTemporal Omics Consortium (STOC). Welche wichtigen Fortschritte hat STOC seit seiner Gründung erzielt? In welchen Bereichen erhoffen Sie sich in Zukunft weitere Durchbrüche?
Liu Longqi:
(Mitautor der Studie, leitender Wissenschaftler von Single-cell Omics, Forscher bei BGl-Research)
Seit seiner Gründung hat das STOC-Konsortium mehr als 270 Wissenschaftler aus über 35 Ländern für seine Arbeit gewonnen. In den letzten Jahren hat das Konsortium bemerkenswerte Fortschritte gemacht und eine Reihe bemerkenswerter Ergebnisse in verschiedenen Bereichen veröffentlicht, darunter Organregeneration, Embryonalentwicklung, Neurowissenschaften und Krankheiten.
Wir haben auch erhebliche Anstrengungen unternommen, um das Konsortium zu organisieren. So haben wir beispielsweise ein Organisationskomitee für das Konsortium gegründet, das sich aus einflussreichen Wissenschaftlern aus China und der ganzen Welt zusammensetzt, die in den relevanten Bereichen tätig sind. Dieses Komitee spielt eine zentrale Rolle bei der Gestaltung der zukünftigen Entwicklung des Konsortiums. Es ist verantwortlich für wichtige Entscheidungen über Forschungsrichtungen und andere wichtige Angelegenheiten.
Zu den wichtigsten Forschungsinteressen des Konsortiums gehören die Erstellung räumlicher Multi-Omics Zellatlanten für wichtige menschliche Organe, die Erforschung grundlegender Fragen der Embryonalentwicklung, Fortschritte in der Diagnose und Behandlung menschlicher Krankheiten und die Erforschung der Evolution komplexer Organfunktionen. Das Konsortium hat sich zum Ziel gesetzt, die Anwendung räumlich-zeitlicher Omics-Technologien in verschiedenen Bereichen zu erweitern und so zu Durchbrüchen in der wissenschaftlichen Forschung beizutragen.
F: BGI hat unabhängig viele fortschrittliche Technologien entwickelt, die in den Biowissenschaften weltweit führend sind. Was steckt hinter diesen bemerkenswerten Fortschritten?
Xu Xun:
(Mitautor der Studie, Leiter der BGI-Forschung)
Im Laufe der Jahre hat das BGI konsequent eine große Vision verfolgt: 'Omics for All'.
Um diese Vision zu verwirklichen, streben wir nach einem tieferen Verständnis menschlicher Krankheiten und der Feinheiten des menschlichen Lebens. Als Antwort auf diese Herausforderungen haben wir erkannt, dass die Einzelzelltechnologie und die raum-zeitlichen Omics-Technologien, insbesondere die hochpräzise Stereo-Sequenz-Technologie, vielversprechend sind, um die Geheimnisse des Lebens und der Krankheiten zu entschlüsseln. Gleichzeitig ermutigen wir junge Talente, ihre Kreativität und ihre Ideen zu nutzen, um technologische Innovationen voranzutreiben.
Geleitet von unserem übergeordneten Ziel und unterstützt durch die innovativen Ideen junger Talente in multidisziplinären Teams streben wir kontinuierlich nach Durchbrüchen in der Spitzentechnologie.
Den Artikel aus Cell Research finden Sie hier: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.06.009
Diese bahnbrechende Entdeckung ist nicht nur ein großer Erfolg für die weltweite wissenschaftliche Gemeinschaft, da sie eine neue Grundlage für die Erforschung von Gehirnerkrankungen wie Alzheimer und Parkinson schafft. Ermöglicht wurde dieser Erfolg durch den Einsatz der BGI-eigenen räumlich-zeitlichen Omics-Technologie Stereo-seq und die engagierte Arbeit der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von BGI-Research.
Anlässlich der heutigen Veröffentlichung dieser Forschungsergebnisse haben führende BGI-Forscher, die an der Studie beteiligt waren, die faszinierenden Geschichten hinter dieser bahnbrechenden Forschung erzählt.
F: Könnten Sie bitte näher auf die Herausforderungen eingehen, die während des Forschungsprozesses auftraten, und wie das Team diese gemeistert hat?
Chen Ao:
(Koautor der Studie, leitender Wissenschaftler von Spatio-Temporal Omics, Forscher bei BGl-Research)
Die erste Herausforderung, der wir uns stellen mussten, war der Einsatz der Technologie aus der Ferne. Wir kamen 2020 in Shanghai an, um mit dem Projekt zu beginnen. Zu diesem Zeitpunkt waren wir nicht sicher, ob diese neue Technologie in einer völlig neuen Laborumgebung kontinuierlich stabile und zuverlässige Daten liefern würde. Doch nach einer Woche Training und Tests erzielten wir tadellose Ergebnisse. Dies war der erste erfolgreiche Einsatz der Stereo-Seq-Technologie außerhalb eines BGI-Labors.
Die zweite Herausforderung ist der unglaublich hohe Arbeitsaufwand, den die Kartierung von Makakengehirnzellen mit sich bringt und der einen neuen kollaborativen Ansatz erfordert, den wir als "Big Science"-Paradigma bezeichnen. Dieses Paradigma ermöglichte es dem Team, effizient und schnell zu arbeiten, geleitet von einem detailorientierten Projektmanagement, das auf ingenieurwissenschaftlichen Prinzipien basiert.
Während der experimentellen Phase des Brain Mapping arbeiteten beispielsweise rund 40 Forscher des BGI und des Center for Excellence in Brain Science and Intelligent Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften im Labor zusammen. Der Versuchsplan war bis auf jedes 15-Minuten-Intervall genau ausgearbeitet, und erstaunlicherweise wurde die Versuchsphase in nur 6 Tagen abgeschlossen.
Der Erfolg dieses "Big Science"-Paradigmas ist offensichtlich und wir gehen davon aus, dass wir es in vielen zukünftigen Projekten einsetzen werden.
F: Diese Forschungsarbeit hat 300 TB an Sequenzierungsdaten erzeugt und ist damit die bisher größte Datenproduktion auf dem Gebiet des Primatenhirnzellatlas. Welche Anstrengungen hat das Team unternommen, um die Herausforderungen an die Algorithmen zu meistern?
Li Yuxiang:
(Mitautor der Studie, leitender Bioinformatiker, Forscher bei BGl-Research)
Diese Studie ist in Bezug auf Zellzahl, Genauigkeit und Datenumfang führend in der Biologie. Während unserer ersten Projektbewertung haben wir auf der Grundlage des Projektdesigns vorläufige Berechnungen für die gesamte Versuchs- und Analysedauer durchgeführt. Wir waren schockiert, als wir feststellten, dass die voraussichtliche Projektdauer ein Jahr überschreiten würde.
Um dieses Problem zu lösen, haben wir schnell unser Team von Algorithmus-Experten zusammengestellt. Nach tagelangen Diskussionen und nächtlichen Anstrengungen ist es uns gelungen, die Herausforderungen der parallelen Verarbeitung in großem Maßstab zu meistern, indem wir das gesamte Framework neu strukturiert und Verbesserungen in verschiedenen Bereichen wie Datenformat, Sequenzierungs-Tags und Datenintegration implementiert haben.
Dadurch konnten wir die Analysezeit für die Daten eines einzelnen Sequenzierchips auf einen Tag verkürzen, was vorher mehr als einen Monat gedauert hätte. Für Stresstests und abschließende Experimente konnten wir die Datenanalyse in nur zwei bis drei Wochen abschließen, dank der umfangreichen Optimierungen, die von einem Team durchgeführt wurden, das schnell reagierte und nahtlos zusammenarbeitete.
F: Welche Bedeutung hat der in dieser Studie erstellte Atlas der Großhirnrinde von Primaten für die Weiterentwicklung der Hirnforschung?
Lei Ying:
(Koautor der Studie, Director Scientist und Associate Researcher bei BGI-Research)
Mit Hilfe der BGI-eigenen Stereo-Sequenziertechnologie und der Hochdurchsatztechnologie zur Sequenzierung des nukleären Transkriptoms einzelner Zellen ist es einem internationalen Forscherteam gelungen, den bisher umfassendsten Zellatlas des Primatengehirns zu erstellen.
Dieser Atlas ist von großer Bedeutung für zukünftige funktionelle Analysen des Primatengehirns, für die Erforschung von Krankheitszielen und für Vergleiche mit anderen Spezies im Laufe der Evolution. Wir hoffen, dass in Zukunft mehr internationale Forschungsteams diesen Atlas nutzen können, um weitere Fortschritte in der Hirnforschung und den Neurowissenschaften zu erzielen.
F: Im Mai 2022 wurde eine internationale wissenschaftliche Organisation gegründet, das SpatioTemporal Omics Consortium (STOC). Welche wichtigen Fortschritte hat STOC seit seiner Gründung erzielt? In welchen Bereichen erhoffen Sie sich in Zukunft weitere Durchbrüche?
Liu Longqi:
(Mitautor der Studie, leitender Wissenschaftler von Single-cell Omics, Forscher bei BGl-Research)
Seit seiner Gründung hat das STOC-Konsortium mehr als 270 Wissenschaftler aus über 35 Ländern für seine Arbeit gewonnen. In den letzten Jahren hat das Konsortium bemerkenswerte Fortschritte gemacht und eine Reihe bemerkenswerter Ergebnisse in verschiedenen Bereichen veröffentlicht, darunter Organregeneration, Embryonalentwicklung, Neurowissenschaften und Krankheiten.
Wir haben auch erhebliche Anstrengungen unternommen, um das Konsortium zu organisieren. So haben wir beispielsweise ein Organisationskomitee für das Konsortium gegründet, das sich aus einflussreichen Wissenschaftlern aus China und der ganzen Welt zusammensetzt, die in den relevanten Bereichen tätig sind. Dieses Komitee spielt eine zentrale Rolle bei der Gestaltung der zukünftigen Entwicklung des Konsortiums. Es ist verantwortlich für wichtige Entscheidungen über Forschungsrichtungen und andere wichtige Angelegenheiten.
Zu den wichtigsten Forschungsinteressen des Konsortiums gehören die Erstellung räumlicher Multi-Omics Zellatlanten für wichtige menschliche Organe, die Erforschung grundlegender Fragen der Embryonalentwicklung, Fortschritte in der Diagnose und Behandlung menschlicher Krankheiten und die Erforschung der Evolution komplexer Organfunktionen. Das Konsortium hat sich zum Ziel gesetzt, die Anwendung räumlich-zeitlicher Omics-Technologien in verschiedenen Bereichen zu erweitern und so zu Durchbrüchen in der wissenschaftlichen Forschung beizutragen.
F: BGI hat unabhängig viele fortschrittliche Technologien entwickelt, die in den Biowissenschaften weltweit führend sind. Was steckt hinter diesen bemerkenswerten Fortschritten?
Xu Xun:
(Mitautor der Studie, Leiter der BGI-Forschung)
Im Laufe der Jahre hat das BGI konsequent eine große Vision verfolgt: 'Omics for All'.
Um diese Vision zu verwirklichen, streben wir nach einem tieferen Verständnis menschlicher Krankheiten und der Feinheiten des menschlichen Lebens. Als Antwort auf diese Herausforderungen haben wir erkannt, dass die Einzelzelltechnologie und die raum-zeitlichen Omics-Technologien, insbesondere die hochpräzise Stereo-Sequenz-Technologie, vielversprechend sind, um die Geheimnisse des Lebens und der Krankheiten zu entschlüsseln. Gleichzeitig ermutigen wir junge Talente, ihre Kreativität und ihre Ideen zu nutzen, um technologische Innovationen voranzutreiben.
Geleitet von unserem übergeordneten Ziel und unterstützt durch die innovativen Ideen junger Talente in multidisziplinären Teams streben wir kontinuierlich nach Durchbrüchen in der Spitzentechnologie.
Den Artikel aus Cell Research finden Sie hier: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.06.009
Richard Li
BGI Group
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