發明觀察生物學的新方法

當你在日落后步行回家時，鑰匙掉了。天很黑，所以你只能在路燈照亮地面的區域搜索它們。同樣的原則也適用于生物學，科學家們只能發現使用現有技術可見的機制。

為了擴大科學的范圍和可能的影響，Vijay Ramani (他/他)博士正在為生物學設計新的路燈。

“作為研究人員，我們的發現最終取決于我們用來做出這些發現的工具，”他說。“我的實驗室正在嘗試提出新的觀察生物學的方法，以便我們能夠發現以前無法獲得的東西。”

拉瑪尼現在加入格萊斯頓研究所，擔任助理研究員。他和他的團隊將開發新的分子工具來研究基因調控。

“Vijay 是一位極具天賦和創造力的科學家，”格萊斯頓數據科學與生物技術研究所所長Katie Pollard博士說。“他實驗室開發的技術已經被用于在Gladstone研究各種疾病。我們很高興有這樣一位高度創新和協作的同事加入。”

Ramani 還是加州大學舊金山分校 (UCSF) 生物化學和生物物理學系的助理教授。作為一名冉冉升起的科學明星，他最近獲得了一項令人垂涎的 NIH 主任新創新者獎，該獎支持高風險、高回報的研究。2020年，他還入選福布斯醫療保健“30 under 30”之一。

測量不可測量

Ramani在加州大學舊金山分校擔任 Sandler 研究員 3 年后加入Gladstone 。該計劃為最近完成研究生學習的特別有前途的年輕研究人員提供了一個經營自己實驗室的機會，他們跳過了首先進行長達數年的博士后研究的傳統步驟。

今天，他的實驗室專注于開發新技術來了解基因調控，或者細胞如何解釋它們的 DNA。

在你身體的每個細胞中，只有一小部分基因(或 DNA 片段)同時處于活躍狀態?；钚曰虍a生蛋白質，進而決定細胞的功能?；蛘{控是細胞決定哪些基因是活躍的，哪些是不活躍的的過程。

為了在數百萬個單個細胞中研究這一復雜過程，許多實驗室使用了一種稱為單細胞分析的技術。Ramani 在華盛頓大學攻讀博士學位期間開始在單細胞生物學先驅Jay Shendure醫學博士的實驗室中使用該工具。但他很快就開始希望有更好的技術。

“當我開始我的實驗室時，我想找到新的方法來有效地測量以前無法測量的東西，”他說。“因此，我和我的團隊開始開發能夠捕捉單細胞分辨率之外的另一個方面的工具：我們在單分子水平上分析細胞。”

拉馬尼利用一種稱為單分子長讀長測序的新興技術進行大規模實驗。

在任何一條 DNA 鏈上，都會發生許多分子事件，這些事件決定了基因是否在骨細胞中活躍或在皮膚細胞中不活躍。為了識別這些事件，科學家們基本上將鏈切割成碎片，然后通過稱為測序儀的機器運行它。

這種方法允許科學家觀察單個分子事件，但不能確定沿 DNA 鏈相距很遠的兩個事件是否同時發生。為此，他們需要對許多細胞的結果進行平均，而這些平均值不一定能準確表示單個細胞中發生的情況，Ramani 解釋說。

相反，在他的實驗室中使用的單分子分析使他能夠查看攜帶多個分子事件的長而完整的 DNA 鏈，并同時對大量單個細胞進行分析。

“我們正在增加我們可以從一次實驗中獲得的信息量，”拉馬尼說。“我們還可以捕捉分子事件發生的背景，這對于了解基因如何在疾病中失調非常重要。”

使用這項技術，Ramani 正在開發新的工具來研究基因是如何被調節的，DNA 如何被包裝在細胞核中，以及最終所有這些過程如何決定一個細胞是健康的還是患病的。

“你會認為我們會更好地理解這些基本過程是如何運作的，但在許多情況下，它仍然是生物學的黑匣子，”他說。“這就是為什么我們熱衷于發現這門基礎科學——這是一個非常有趣的問題。”

他補充說，在真正有可能對我們的健康產生影響的模型中工作也很重要。到目前為止，他一直專注于癌癥，但將通過與Gladstone科學家的合作擴展到其他疾病，包括心血管和神經系統疾病。

Ramani 還致力于開發可供整個科學界使用的方法。

“我們希望開發新的分子工具，其他研究人員可以使用這些工具在他們自己的系統中發現他們自己的新生物學，”他說。

突破技術極限

鑒于 Ramani 實驗室使用的單分子工具生成的所有數據，他的團隊需要接受濕實驗室生物學家和干實驗室生物學家的培訓。

“我們認為自己是一個潮濕的實驗室，”他說。“每個人都需要具備計算專業知識，并知道如何在工作臺上進行實驗。它創造了一個非常協作的環境，因為我們都在互相學習。”

這種結合學科的興趣始于拉馬尼的大學。在普林斯頓大學，他參加了當時將化學、計算機科學、生物學和物理學結合在一起的革命性課程。

但他對科學的熱愛要早得多，那時他在新澤西長大。他的父親是一名計算機科學家和計算機工程師，擁有冶金和計算機工程學位。他的母親擁有化學學士學位。

“我在一個非常注重 STEM 的家庭中長大，”拉馬尼回憶道。“然后在高中時，我跟隨羅格斯大學的一名研究生，甚至提交了一篇論文，成為英特爾科學人才搜索比賽的半決賽選手。這讓我對研究有了一些了解。”

在獲得博士學位之前，為了確認他真正想要從事科學事業，他在一家名為 Sangamo Biosciences 的生物技術公司擔任研究實習生，該公司是基因組編輯的先驅之一。在他們的技術小組工作讓他對基因組學的潛力感到興奮，并激勵他去讀研究生。

“我想嘗試一些完全不同的東西并考慮新的測量技術，”拉馬尼說。“作為一名研究生，我有很好的導師，他們是基因調控研究的真正先驅，他們鼓勵我保持遠大的想法并繼續開發方法，這讓我走上了現在的道路。”

這條路現在將他帶到格拉德斯通，與他以前在加州大學舊金山分校使命灣校區的實驗室隔街相望。

“ Gladstone同樣專注于基礎科學和翻譯該科學，并找到支持兩者的方法，”Ramani 說。“我很高興能加入一群杰出的科學家，他們處于各自領域的前沿，擁有世界領先的計算專業知識。對于我們作為技術人員來說，這似乎是一個完美的地方，可以進入并真正產生重大影響。”

歸根結底，繼續激勵 Ramani 的是尋找更好的方法來解決突出的科學難題的挑戰。

“我早上醒來時想到了我們對科學測量的局限性，我試圖弄清楚，'我們如何測量 X?'，”他說。“當然，這與我們為什么要首先測量‘X’密切相關，所以我們在實驗室里花了很多時間討論為什么某件事仍然是一個懸而未決的問題。我認為這真的讓我很興奮，我希望讓受訓者也對此感到非常興奮。”