Công bố 74.000 bức ảnh não ruồi giấm cho nghiên cứu khoa học thần kinh
Nghiên cứu về khoa học thần kinh đã có thêm một chút cải thiện hơn nhờ việc công bố hàng vạn hình ảnh neuron não ruồi giấm do Nhóm dự án FlyLight của Janelia thực hiện.
Trong vòng tám năm, Nhóm dự án FlyLight và các thành viên hợp tác đã trích xuất, dán nhãn và chụp ảnh các neuron của hơn 74.000 não ruồi giấm được chụp từ hơn 5.000 chủng được biến đổi di truyền khác nhau.
Hiện tại, những bức ảnh ấy được họ mở để có thể sẵn sàng cho mọi người quan tâm truy cập, cho phép các nhà khoa học có thể nhanh chóng và dễ dàng tìm thấy các neuron mà họ cần để kiểm tra các lý thuyết và ý tưởng về cách hệ thần kinh hoạt động như thế nào.
Việc công bố những bức ảnh ấy mới diễn ra vào ngày 23/2/2023 trên tạp chí eLife 1. Đây là kết quả tích lũy nhiều năm qua nhiều nỗ lực và đóng góp từ hàng tá nhà khoa học của Janelia, bắt đầu từ năm 2012. Điều đó cho thấy cam kết của Janelia trong việc tạo ra những nguồn mở, tự do cho toàn bộ cộng đồng khoa học có thể sử dụng. Nó cũng nhấn mạnh vào sứ mệnh của cơ sở nghiên cứu này là đảm nhận các dự án không thể hoàn thành được trong môi trường nghiên cứu truyền thống, nơi những nỗ lực nghiên cứu dài hạn thường không được tài trợ hoặc khuyến khích.
“Đây là một nguồn dữ liệu vô cùng quý giá cho cộng đồng nghiên cứu”, Geoffrey Meissner, một nhà khoa học tham gia dự án FlyLight và là tác giả thứ nhất của bài báo trên eLife. “Đây là trọng tâm sứ mệnh của Janelia, và được nhấn mạnh trong Nhóm dự án – của việc làm những nhiều lớn lao vượt ra ngoài quy mô của điều mà một phòng thí nghiệm có thể làm một cách có lý – và thực sự nhấn mạnh vào khía cạnh khoa học mở mà Janelia đã nêu ra. Chúng tôi muốn đi xa hơn là tạo điều kiện cho tất cả mọi người, tạo điều kiện để sử dụng nó dễ dàng và có thể nghiên cứu toàn diện hơn”.
Sử dụng ruồi giấm cho nghiên cứu khoa học thần kinh
Loài ruồi giấm Drosophila melanogaster thường được sử dụng trong nghiên cứu về khoa học thần kinh. Các nhà khoa học vẫn thường dùng kỹ thuật chỉnh sửa di truyền ruồi giấm để hướng đích đến sự biểu hiện của các neuron nhất định, cho phép các nhà khoa học có thể hiểu được các tế bào não kiểm soát hành xử.
Các nhà khoa học sử dụng ruồi giấm để hiểu hệ thần kinh khi Janelia được mở vào năm 2006 nhưng các nhà khoa học lại không có công cụ đủ chính xác để thao tác trên từng neuron một.
Do đó Janelia đã tạo ra Nhóm dự án FlyLight, dự án để tạo ra những con ruồi giấm được chỉnh sửa về di truyền mà các nhà khoa học có thể sử dụng dễ dàng trên các vùng neuron chuyên biệt với độ chính xác cao hơn. Vào năm 2012, Janelia công bố thế hệ đầu tiên của các chủng ruồi giấm này, dòng điều hướng GAL4 Thế hệ thứ nhất, cùng với những hình ảnh trên kính hiển vi điện tử chứng tỏ các neuron chuyên biệt này ở nơi nào trong bộ não.
Nhưng dòng Thế hệ thứ nhất vẫn còn quá thiếu chính xác cho một số nghiên cứu khoa học thần kinh. Vì FlyLight phát triển các chủng ruồi giấm từ bốn dòng GAL4 bằng cách sử dụng cách tiếp cận Split-GAL4 để cho phép các nhà khoa học nhận diện được các neuron cụ thể hoặc dòng tế bào cụ thể trong não ruồi
.Từ lúc họ phát triển, các dòng Split-GAL4 và hệ Split-GAL4 đã được các nhà khoa học trên toàn thế giới sử dụng. Nhưng thật thách thức để xác định được cách tạo ra một Split-GAL4 cụ thể cần thiết cho một thực nghiệm. Để làm điều đó, đầu tiên các nhà nghiên cứu cần dán nhãn các neuron quan tâm trong các dòng GAL4 – một nhiệm vụ có thể khó khăn cho một nhà nghiên cứu.
Để giúp tháo gỡ khó khăn này, nhóm FlyLight đã sử dụng một kỹ thuật gọi là MultiColor FlpOut (MCFO), do Aljoscha Nern phát triển, một nhà khoa học chính ở Phòng thí nghiệm Rubin, để dán nhãn từng neuron trong các dòng điều hướng Generation 1 GAL4. Việc tạo ra hơn 70.000 bức ảnh chi tiết đã lấy đi của các nhà khoa học hơn khoảng thời gian tương đương 11 năm làm việc trên tám kính hiển vi điện tử đồng tiêu.
Nhóm Tính toán khoa học của Janelia đã tạo ra một công cụ sẵn sàng cho sử dụng một cách tự do gọi là NeuronBridge cho phép các nhà khoa học để tìm kiếm các hình ảnh được MCFO dán nhãn, cùng với dữ liệu từ kính hiển vi điện tử, để có thể nhìn vào các neuron quan tâm 2. Nó cho phép các nhà khoa học dự đoán các kết hợp Split-GAL4 mà họ cần cho các thực nghiệm của mình.
“FlyLight tạo ra nhiều hình ảnh, khiến chúng tôi phải hợp tác chặt chẽ hơn với nhóm Tính toán khoa học, có thể giúp đưa hàng terabyte dữ liệu vào một ổ cứng để bất cứ ai cũng có thể sử dụng được. Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc khiến điều này trở nên hữu dụng với mọi người”, Meissner, người hiện quản lý Dự án Pipeline Support, một dự án tiếp tục được đề xuất kế tiếp FlyLight với các phòng thí nghiệm của Janelia.
Một nguồn mở với toàn thế giới
Dấu hiệu mở đã được đóng dấu trên những hình ảnh được công bố nhưng các nhà khoa học thần kinh trên khắp thế giới đã có thể sử dụng dữ liệu này kể từ khi nó được tải lên vào năm 2020.
Nỗ lực mới này đã góp phần gây dựng danh tiếng của Janelia cho phát triển các công cụ tạo điều kiện nghiên cứu ruồi giấm.
“Cảm giác chung là bất cứ ai làm nghiên cứu khoa học thần kinh muốn hướng đích một neuron và tìm hiểu điều gì đó về nó, cách tốt nhất là sử dụng các dòng GAL4 do FlyLight tạo ra”, Meissner nói.
Vũ Nhàn tổng hợp
Nguồn: https://medicalxpress.com/news/2023-03-team-fruit-fly-brain-images.html
https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230301185228.htm
————————————————
1. https://elifesciences.org/articles/80660
2. https://www.janelia.org/news/janelia-software-tools-power-fly-brain-research
