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基于子任务分解的单细胞基因扰动预测模型STAMP

找药助理
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关键词: #健康资讯

  基因功能的解析在理解生物学过程、疾病机制和新药研发中至关重要。单细胞遗传扰动测序技术,如Perturb-seq和CROP-seq,正逐渐成为研究基因功能的新工具。这些技术能够在单细胞层面上检测特定基因扰动后细胞的转录谱变化,帮助我们关联基因扰动与表型,进而开发新的干预和治疗方法。然而,基因扰动组合的潜在空间极为庞大,依靠传统的暴力搜索方法进行实验探索显得不切实际。此外,单细胞扰动测序技术的发展仍处于早期阶段,测序成本高昂,限制了对多细胞系的扰动数据获取。因此,亟需开发普适性强、适用于多种场景的单细胞扰动预测模型,以推动基因功能及其复杂调控关系的深入研究。

  目前,单细胞扰动预测的主流方法可分为三类。第一类是基于基因调控网络的预测模型,如CellOracle和SCENIC+,但其准确性受到调控网络构建的限制;第二类是扰动表征方法,如CPA和GEARS,虽然在单基因和多基因扰动上有效,但在多细胞系的泛化能力上仍存在不足;第三类则是基于单细胞大模型的方法,如scGPT、Geneformer和scBERT,这类方法具有广泛的基因表征能力,然而,缺乏对扰动预测性能的系统评估,且与简单线性模型相比,效果并不显著。因此,系统评估现有的单细胞扰动预测方法并发展新的普适策略显得尤为重要。

  近期,同济大学生命科学与技术学院的研究团队在《Nature Computational Science》上发表了题为《Toward subtask-decomposition-based learning and benchmarking for predicting genetic perturbation outcomes and beyond》的论文,提出了一种新的单细胞扰动预测AI框架STAMP(SubTAsk decomposition Modeling for genetic Perturbation prediction)。该框架通过子任务分解的方式提升和评估模型在单基因、多个基因和跨细胞系扰动中的泛化能力,进一步推动单细胞扰动组学的智能解析和应用。

  单细胞扰动数据通常存在高维度、高噪声和强稀疏性等特点,直接建模面临挑战。STAMP将扰动预测问题分解为三个层级的子问题:识别受扰动后的差异基因、鉴定差异基因表达变化方向及量化基因表达变化的数值。通过这样的分而治之策略,STAMP建立了一种有效的计算模型,具有较高的灵活性和普适性。

  在第一个子任务中,STAMP通过学习基因表征空间到扰动后差异基因空间的映射,预测扰动后的差异基因。这一过程提升了后续子任务中的信噪比。在第二个子任务中,STAMP学习基因表征空间与扰动后基因表达变化方向空间的映射,进一步刻画基因的调控轨迹。第三个子任务在前两个子任务的基础上定量预测受扰动后差异基因的具体表达变化值。STAMP采用多任务学习的形式优化模型,同时具备插件特性,能够与各种单细胞大模型兼容,以便进行基因扰动预测。

  研究团队在多个测试场景下评估了STAMP与其他主流模型的表现。结果显示,结合scGPT的基因表征与STAMP的框架,展现出了卓越的性能。该团队还将scGPT+STAMP应用于关键调控基因的识别和基因互作的探究,证明了子任务分解策略在小样本学习和基因互作识别中的有效性。

  总的来说,STAMP作为一种创新的单细胞扰动预测模型,以子任务分解的方式提升了模型的泛化能力和适用性。这一框架不仅为现有研究提供了新的思路,也为单细胞扰动组学的智能解析及精准医学的研究开辟了新路径。刘琦教授团队近期还开发了PerturBase,这是领域内首个全面的单细胞扰动组学数据平台,预计将进一步推动数据驱动的精准医学研究。

温馨提示:医疗科普知识仅供参考,不作诊断依据;无行医资格切勿自行操作,若有不适请到医院就诊。

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#运动

2025-01-19

大肠癌筛查需要做哪些检查
大肠癌筛查需要做哪些检查
大肠癌是一种常见的恶性肿瘤,早期发现并进行有效筛查可以大大提高治愈率和生存率。针对大肠癌筛查,医学界普遍推荐一系列的检查项目,以确保尽可能准确地检测到肿瘤或异常肠道病变。以下是大肠癌筛查需要进行的一些主要检查项目: 1. 粪便潜血检查:这是最常见的筛查方法之一。它通过检测粪便中是否存在隐血来间接发现肠道内的异常情况。这项检查简单易行,但其结果可能会受到饮食、药物和其他因素的影响。 2. 结肠镜检查:结肠镜检查是一种直接观察结肠内部情况的方法,可以发现肠道内的息肉、炎症和肿瘤等异常。这种检查需要在医疗专业人员的指导下进行,并常常需要一定的准备工作,如清肠。 3. 乙状结肠镜检查:乙状结肠镜检查是一种类似于结肠镜检查的筛查方法,但其范围仅限于直肠和乙状结肠。它适用于对结肠镜检查不适合的人群或对结肠癌风险较低的人群。 4. 虚拟结肠镜检查:虚拟结肠镜检查是一种无创伤的筛查方法,通过计算机断层扫描(CT扫描)或核磁共振成像(MRI)技术对结肠进行三维重建,从而发现结肠内的异常情况。 5. 染色结肠镜检查:染色结肠镜检查是结肠镜检查的一种变体,通过在检查过程中应用染色剂来增强异常区域的可见度,从而提高检测率。 6. 遗传学检测:对于家族史中存在大肠癌或遗传性肠道疾病的个体,遗传学检测可以帮助评估其患大肠癌的风险,并指导进一步的筛查和预防措施。 7. 血液标志物检测:一些特定的血液标志物,如癌胚抗原(CEA),在大肠癌的筛查和监测中可能起到一定作用。但是,血液标志物检测通常不能单独用于大肠癌的诊断,常与其他检查方法结合使用。 总的来说,大肠癌筛查需要结合多种不同的检查方法,以尽可能提高早期发现大肠癌和肠道异常病变的准确性和敏感性。对于每个个体来说,最适合的筛查方案可能会因其个人风险因素、家族史、年龄和健康状况等而有所不同,因此建议在医生的指导下选择合适的筛查方法。及早发现和治疗大肠癌,可以有效地提高治愈率和生存率,减少疾病对个体健康的危害。

#检查

2025-01-19

胸壁结核患者的日常护理
胸壁结核患者的日常护理
胸壁结核是一种由结核分枝杆菌引起的感染,主要影响胸腔的肌肉和骨骼结构。这种疾病在发展中国家较为常见,患者常常伴有严重的病理变化和疼痛症状,因此日常护理显得尤为重要。良好的护理不仅可以减轻患者的疼痛,促进康复,还能提高患者的生活质量。以下是对胸壁结核患者进行日常护理的一些建议。 1. 病情观察 护理人员及家属应时刻关注患者的病情变化,包括呼吸情况、胸痛程度、体温变化等。定期记录患者的症状和体征变化,以便及时发现病情进展或并发症。如发现明显的病情变化,应及时联系医生。 2. 疼痛管理 胸壁结核患者常常伴有明显的疼痛,因此有效的疼痛管理非常重要。可以根据医嘱给予适当的止痛药物,同时注意观察其效果和副作用。此外,在疼痛部位进行局部热敷或按摩也能缓解患者的不适感,促进血液循环。 3. 呼吸训练 由于胸壁结核可能影响患者的呼吸功能,护理人员应指导患者进行呼吸训练。深呼吸、咳嗽训练和肺部排痰练习都可以帮助改善呼吸功能,促进肺部健康。患者可在安静的环境中进行这些训练,避免过度疲劳。 4. 营养支持 良好的营养状况对恢复至关重要。应根据患者的情况,提供丰富的营养饮食,包括高蛋白、高热量的食物。同时,保证患者的水分摄入,避免脱水。此外,鼓励患者多吃新鲜水果和蔬菜,以增强免疫力。 5. 心理支持 胸壁结核的治疗过程较长,患者可能会感到沮丧和焦虑。护理人员和家属应给予患者充分的心理支持,倾听他们的感受,鼓励他们积极面对疾病。必要时,可以寻求心理咨询师的帮助,提供专业的心理支持。 6. 配合治疗 患者应严格按照医生的指导进行治疗,包括定期服用抗结核药物、按时复诊等。护理人员应提醒患者勿擅自停药或调整药物剂量,同时定期检查患者的用药情况,确保治疗的顺利进行。 7. 预防措施 胸壁结核具有传染性,患者在日常生活中需要采取一定的预防措施,避免将病菌传播给他人。建议患者在咳嗽或打喷嚏时用纸巾遮住口鼻,勤洗手,避免与家人和他人过于亲密的接触。同时,家庭环境应保持良好通风,定期消毒。 结语 胸壁结核的日常护理关注患者的生理和心理需求,通过综合性的护理措施,可以有效促进患者的康复,提高生活质量。护理人员和家属应齐心协力,共同为患者创造一个良好的恢复环境,帮助他们早日摆脱疾病的困扰。

#护理

2025-01-19

心绞痛患者如何避免过度劳累
心绞痛患者如何避免过度劳累
心绞痛,因为它攻击时带来的剧痛让人倍感惊恐。它像一支无声的箭,随时随地袭击身体,提醒我们要更加关爱自身,远离过度劳累,适时休息,以维持健康生活。对于心绞痛患者而言,生活中的一切细节都需要更多的关注和呵护,避免过度劳累成为日常生活中不可或缺的一环。 首先,心绞痛患者应当谨慎规划和安排工作和生活。避免长时间过度劳累,注意适当分配工作与休息时间。工作之余,要保持适度的运动,如散步、慢跑等,有助于提高心肺功能,缓解疲劳。 其次,饮食也是非常重要的。避免暴饮暴食和摄入过多高脂肪、高糖食物,保持饮食清淡、多样化,多摄入蔬菜水果等富含膳食纤维的食物,有利于降低胆固醇,减轻心脏负担。 此外,保持心情愉快也是预防心绞痛复发的重要因素之一。学会放松心情,积极面对生活中的压力与挑战,可以有效降低身体紧张程度,对改善心血管健康有着积极的影响。 最后,定期复诊和遵医嘱用药同样至关重要。心绞痛是一种慢性疾病,需要伴随长期的治疗和管理。及时就医,遵医嘱用药,可以有效减少心绞痛的发作,提高生活质量。 在现代社会,过度劳累已经成为许多人常见的健康问题,而对于心绞痛患者来说,过度劳累往往会引发严重的后果。因此,我们应该重视身体健康,保持良好的作息习惯,避免过度劳累,守护自己的健康。希望每位心绞痛患者都能在健康的道路上平安前行,享受生活的美好。

#预防

2025-01-19

心律失常的早期诊断
心律失常的早期诊断
随着现代生活节奏的加快和压力的增加,心律失常成为影响人们健康的一个重要问题。心律失常是指心脏的节律异常,包括心动过缓、心动过速、心房颤动等。尽管心律失常可能是一种常见的心脏问题,但它也可能是一种具有潜在风险的疾病,因此早期诊断变得至关重要。 在日常生活中,有些人可能会出现心悸、胸闷、头晕、乏力等症状,这些都有可能是心律失常的早期表现。有些心律失常可能是无任何症状的,这增加了诊断的难度。因此,及早发现心律失常的迹象,进行早期诊断显得尤为重要。 首先,定期体检是预防心律失常的重要手段之一。通过测量血压、心率、心电图等指标,可以及早发现心律失常的征兆。特别是对于有心血管疾病家族史或其他潜在风险因素的人群,定期体检尤为必要。 其次,健康生活方式也对预防心律失常起到关键作用。保持适当的体重、均衡饮食、适量运动、避免过度摄入咖啡因和酒精等都有助于维护心脏健康。此外,避免烟草和其他有毒物质的摄入同样对心脏健康至关重要。 最后,一旦出现可能的心律失常症状,及时就医也是至关重要的。医生可以通过详细的病史询问、体格检查和心电图等检查手段,帮助确立诊断并制定合理的治疗方案。在一些情况下,可能还需要进一步的心脏监测或其他检查来确认诊断。 总而言之,早期诊断对于心律失常的治疗和管理至关重要。通过定期体检、健康生活方式和及时就医,我们可以更好地发现心律失常的早期迹象,从而及时干预,降低患病风险,维护心脏健康。让我们重视心脏健康,珍爱生命,及早发现并正确处理心律失常。

#诊断

2025-01-19

健康问答

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