NASA の GeneLab プラットフォームは、生物学的宇宙実験から、貴重なオミックス データに自由なアクセスを提供します。空間での典型的なマウス実験の実施方法とそのような実験からデータのアクセス方法と分析方法について述べる。
宇宙生物学的実験を行うには、特別な宿泊施設と効果的かつ効率的に、これらの調査が実行されることを確実にする手順が必要です。さらに、これらの実験の周波数の影響を最大化することが不可欠です。オミックス技術の急速な進歩は、貴重な宇宙飛行の標本から生成されるデータ量を劇的に増加する機会を提供しています。NASA はこの活用、宇宙飛行オミックス データへの無制限アクセスを提供し、広範な分析を奨励 GeneLab プラットフォームを開発しました。齧歯動物 (ラットとマウスの両方) は、宇宙関連生物への影響を調査する科学者によって使用される一般的なモデル生物です。筐体は宇宙飛行中に家の齧歯動物が齧歯動物生息地 (以前は動物のエンクロージャ モジュール) と呼ばれる、水や食料を寸法、空気の流れ、アクセス標準ビバリウム ケージから大幅に異なる。さらに、環境・大気条件に国際宇宙ステーション (ISS) のため動物がより高い CO2濃度にさらされます。我々 は最近、齧歯動物の生息地でマウスが動物が地面にしたかどうかに関係なく、トランスクリプトームや空間に大きな変化を体験を報告しました。さらに、これらの変更はより高い CO2濃度によって駆動される可能性がある、低酸素応答と一致しました。ここで我々 はスペースで典型的な齧歯動物実験を実行する方法、GeneLab のプラットフォームを介してこれらの実験からオミックス データにアクセスする方法、データの重要な要因を識別する方法について説明します。このプロセスを使用して、個人は、将来の宇宙ミッションと活動のデザインを変えることができる重要な発見を行うことができます。
この原稿の全体的な目標は、NASA の GeneLab プラットフォーム1と宇宙でどのように齧歯動物の実験を使用する方法の明確な方法論は、オミックス データ解析のために変換されますを提供することです。宇宙旅行の人間が変えられた重力フィールド、宇宙放射線、地球から分離、その他敵対的な環境要因2,3,4,5,から多数の健康上のリスクにさらされています。6. 生物学的実験宇宙と地上を定義し、これらリスク7,8,9,10、11,を定量化を助けた12,13,14. 空間でこれらの実験は、他の軌道プラットフォーム、スペースシャトル、国際宇宙ステーション (ISS) で行われています。これらの実験を行う特別なハードウェアと限られた乗組員の時間および微小重力環境を含む領域で実験を実行する固有の不安を与えられた方法論が必要です。様々 なプラットフォームは、現在、植物、動物および微生物モデル15を使用して領域の高度な実験を実行するため存在します。
齧歯動物モデルは人間を含む哺乳類が宇宙飛行に応答する方法の私達の理解を進めることが大切にされています。筋肉構造16,17,18と免疫機能19,20,21の宇宙飛行の影響が含まれます。地球上の住宅のげっ歯類用標準ビバリウム ケージ、宇宙飛行実験22,23のため適していません。したがって、以上年マウスおよびラット飛行され、日本の宇宙航空研究開発機構 (JAXA) の生息地ケージ24、ビオン M1 で使用の宇宙カプセルを運ぶ動物を含む様々 なケージに入って無人ロシア衛星25 ,26,27、イタリア宇宙機関28,29,30、NASA 動物のエンクロージャ モジュール (AEM)、今 NASA によって設計されたマウスの引き出しシステム (MDS)齧歯動物輸送と生息地23。げっ歯類を用いた研究は、動物のエンクロージャ モジュール (AEM) と呼ばれるケージを使用してスペースシャトルの上始めました。このハードウェアは、スペースシャトル2327 齧歯動物実験で使用されました。AEM はもともと開発の比較的短い実験車載シャトル (< 20 日)。ISS の開発以来、AEMs は長い期間実験のため変更されているそして今齧歯動物生息地22,23と呼びます。新しい齧歯動物の生息地は、ISS 宇宙ステーション (エクスプレス) ラック ・ インターフェイスの迅速化実験の処理を使用しての長期間のミッションをサポートするために設計されています。齧歯動物の生息地、食料と水 (図 1)、寸法、空気の流れ、フィルター、排気システム、およびアクセスの標準的なビバリウム ケージから大きく異なる。それにもかかわらず、このハードウェアは、哺乳類の生理学19,31,32,33 宇宙飛行による変化に重要な洞察を可能に効果的な研究プラットフォームをあると証明しました。 ,34,35,36。
これらの齧歯動物と実行を含む生物学的宇宙実験から大量のオミックス データを生成できます。最近では、包括的なデータ リポジトリは、NASA GeneLab プラットフォーム1と宇宙実験から仮説を開発する誰もができる分析プラットフォームを介して公開行われてのこれらオミックス実験からのデータ。GeneLab は、検出、アクセス、共有、データの解析のためのツールを提供します。我々 は標準的なビバリウムのケージと領域で使用される専門の齧歯動物の生息地の違いがマウス36のトランスクリプトームの巨大な違いを引き起こすことを示す GeneLab データセットを利用しました。齧歯動物生息地または標準ビバリウム ケージ収容の齧歯動物からさまざまな組織を比較する 4 つの異なる公開データセットを分析しました。公平なシステム生物学分析を使用して、我々 は、主なドライバーおよび経路変更されたより高い CO2濃度より高い CO につながる ISS による CO2レベルが高いため低酸素応答と一貫性がなかった決定2濃度つまり齧歯動物の生息地で周囲の空気は、受動的なシステムです。これは科学者ことができますオープン ソースのツールとデータを使用 ISS の環境による宇宙飛行士健康への影響上の含意の新しい調査結果を生成するための方法を示します。
ここでどのように齧歯動物実験について述べるスペースとこれらの実験からのデータにアクセスする方法、オープン ソースを本腰を入れてプラットフォーム関連宇宙生物学で実行されます。宇宙ミッション、宇宙飛行組織を処理する方法の使用齧歯動物の生息地の構成について説明します。オミックス データを発見し、GeneLab と宇宙飛行への全体的な応答のどの主要因でアクセスすることができることができます宇宙飛行が36を識別する方法についても述べる。このプロトコルを実装する方法について今回は、具体的な例は齧歯動物の生息地に収容されて Beheshti によって出版されたビバリウム コントロールの齧歯動物の発生生物学的差異を比較するら36。グラウンド コントロールが齧歯動物の宇宙実験のため不可欠であるに注意してくださいすることが重要です。これらのコントロールは両方同一の条件 (すなわち、CO2条件、湿度、温度、ケージ寸法、等) ISS の齧歯動物の生息地と標準標準ビバリウム ケージで行われこのプロトコルに従って、環境 (すなわち, CO2条件・湿度・温度) 地球上の条件。齧歯動物齧歯動物生息地グラウンド コントロールで収容スペースの齧歯動物への直接比較を可能にします。一方、ビバリウム ケージ収容の齧歯動物 (齧歯類ハードウェア対ビバリウム ケージなど) の別の住宅の生物学的比較を可能にします。齧歯動物の生息地がビバリウム ケージ一定の空気の流れが異なる (0.1-0.3 m/s)、長い期間、および二次排気フィルターをキャプチャし、微小重力下における連続的な空気の流れに排気フィルターに導かれる動物の廃棄物を吸収します。また、齧歯動物の生息地がある受動システムと摂取量大気;したがって、彼らも ISS キャビン (〜 5,000 ppm) の高レベルのためより高い CO2濃度があります。
NASA の GeneLab プラットフォームは、宇宙生物学に関連する新規の仮説を生成する科学界は、包括的なオミックス データベースおよび解析プラットフォームです。ここで公開されている宇宙生物学のプラットフォームを活用したデータの分析から仮説の生成に宇宙飛行の初めからげっ歯類を用いた研究の包括的な手順を提案しました。さらも用意されて広範なプロトコル公平なシステム生物学に関する運転システムが検討されている重要な遺伝子を識別するため。宇宙生物学の仮説を生成するこのプロトコルを効果的に利用する方法の一例として当社の最近の研究36を使いました。我々 は、これが宇宙実験の実行方法とそれらからのデータは、GeneLab の利用可能なデータにつながる方法を理解し、最終的に公開されている宇宙生物学オミクス データの明確な解釈を可能にする研究者を助けることを願っています。
齧歯動物の宇宙実験や生産データの解析に関する私たちのプロトコル内でいくつかの重要な手順があります。齧歯動物の生息地の理解を開発し、宇宙飛行のための最適な実験をデザイン セットアップは欠かせません。これは具体的にはプロトコルとプロトコルの手順 1 でを実施して説明を伴うでしょう。かつて捜査官は完全に既存のビバリウム ケージに比べると齧歯動物の生息地で、さまざまな条件を理解し、解釈されている生物学的結果は空間の環境条件に正しく関連付けることが。追加では、齧歯動物の生息地への変更は実行できません、齧歯動物の生息地が最適に設計され NASA による宇宙飛行の使用が承認されているので。
生物学的結果の解釈、小説の宇宙生物学の仮説を生成するデータの分析にあなたのデータを GeneLab にアップロードするから関与するすべてのステップで徹底したプロトコルを提供しております。すべての手順は、データを生成する方法を理解する上で重要なデータ解析のための最も重要な手順は手順 9 と 10 です。ステップ 9 では、遺伝子/経路を分析して実験条件を本当に運転しているを決定する公平なシステム生物学によるトランスクリプトーム データを分析するためのプロトコルを提供します。ステップ 10 は、オミックス GeneLab プラットフォームを使用して GeneLab のデータセットを分析する簡単な方法でユーザーを提供するので重要です。提供されるプロトコルへの変更は、いくつかの手順を行うことができますデータの分析について。具体的には、9.4-9.6 の手順を行うことができます R プログラミングまたはユーザーが選択した他のお気に入りのツールを使用して。データセットによってさまざまな統計情報と倍変更ヒューズが大幅に調整された遺伝子を決定する使用できます。さらに、9.5 と 9.6 の手順で重要な遺伝子を求めるは、ユーザーこのプロトコルを変更し、機能を予測する大幅に調整された遺伝子を活用したツールを使用できます。重要な概念ということです複数の予測機能オミックス ツールを使用して遺伝子の定量調査されるシステムに規制されている機能の大部分に関与。
GeneLab プラットフォームは、開発しながら引き続きここで説明した分析を行ったデータをダウンロード後、データを生成する簡単なワークフローを提供する GeneLab のプラットフォーム上で直接のオミックス解析の GeneLab の次の段階になります高次分析用のデータを処理します。また、トランスクリプトーム データを解釈するためのプロトコルに着目、一方 GeneLab エピゲノム データ、メタボローム、プロテオーム、ゲノムを含むオミクス データのさまざまな含まれています。最終的なプラットフォームは、パイプラインとこれら各種オミックス解析のためのガイドラインに含まれます。GeneLab の最後のフェーズは、簡単に宇宙生物学の仮説を生成する基本的なユーザーを許可するようにシステム レベルの可視化インターフェイスも実装します。
最後に、我々 システム生物学の分析は遺伝子/経路を任意のシステムで運転キーを決定するユニークで公平なメソッドを提供しますオミックス データセットを使用して検討しています。この方法論は、キーのドライバー関係36,45,46,47,48,49 を決定する大きな成功をいくつかの異なる独立した研究で使いました ,50。がんに関連するオミックス研究、我々 は実験的検証まで私たちの主要予測遺伝子/経路は、薬剤治療応答を運転体外45で重要な遺伝子をノックアウトしていた実際にこの手法を使用しています。見たように、我々 はこのプロトコルを使って予想していたので、治療はもうキー遺伝子の不在のために効果的でした。この公平なシステム生物学プロトコルは任意のオミックス研究の重要な経路を決定するための便利なツールをすることができます考えています。
このプロトコルでは、小説の宇宙生物学の仮説の生成の迅速かつ効率的なメソッドを提供します。GeneLab から生成されたデータは、将来の資金調達の機会、実験的検証、および微小重力や宇宙放射線対策の開発のための潜在的なターゲットのための調査で活用できます。ここで提供されるプロトコルが安全な長期的な宇宙ミッションのためできるように最適な効率で発生する将来の宇宙生物学の調査のため許可されます。
The authors have nothing to disclose.
齧歯動物の生息地に関連したビデオを取得すると、彼女の援助のため NASA エイムズ生命科学データ アーカイブでアリソン フランスに感謝したいと思います、全体的なヘルプを取得するのには、関連情報をケージします。我々 はまた適切な情報を取得するのに彼女の助けのため NASA エイムズ研究センターでマーラ Smithwick を感謝申し上げたいです。研究資金は、宇宙生命の部門および物理科学研究とアプリケーション (SLPSRA) NASA の宇宙生物学プログラムを通じて、NASA のエイムズ研究センターで GeneLab プロジェクトによって提供されました。商号の使用は説明目的のものは、米国政府の裏書を意味しません。
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 |