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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。

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孕吐对怀孕有影响吗
孕吐对怀孕有影响吗
怀孕是每个女性生命中的重要阶段,伴随着这一过程常常会出现一些不适症状,其中包括早孕反应,即常见的孕吐。许多准妈妈都会担心孕吐会对怀孕造成不良影响。那么,孕吐到底对怀孕有多大的影响呢? 首先,孕吐是一种生理现象,通常发生在怀孕早期,尤其是前三个月,因为激素水平的变化和胎儿发育所致。虽然孕吐会给准妈妈带来不适,但一般情况下,它并不会对怀孕造成严重影响。实际上,对大多数孕妇来说,孕吐是怀孕的正常表现,预示着激素水平的变化,这也被认为是一种自然的反应,可能有助于保护胎儿不受有害物质的侵害。 此外,孕吐通常不会导致孩子出生时的健康问题。准妈妈们可以通过一些简单的方法来缓解孕吐,例如多吃清淡易消化的食物、保持充足的休息、避免空腹和吃过饱等。如果孕吐严重影响到了准妈妈的生活质量,那么建议及时就医,寻求医生的帮助和指导。 虽然孕吐通常是正常现象,但在某些情况下,孕吐可能会变得严重,并导致产生并发症,例如妊娠呕吐症(hyperemesis gravidarum),表现为持续的剧烈呕吐、严重脱水和营养不良。这种情况需要及时就医处理,以避免对母体和胎儿造成不利影响。 综上所述,一般情况下,孕吐对怀孕的影响并不大,大多数情况下可以通过调节饮食和生活方式来缓解。不过,如果孕吐严重影响到准妈妈的健康和生活,应及时寻求医疗帮助,以确保母体和胎儿的健康。怀孕是一段美好的旅程,准妈妈们可以放心享受这一特殊时期,保持积极乐观的心态,与医生密切合作,共同呵护好自己和即将到来的宝宝。

#孕产

2026-08-28

慢性阻塞性肺疾病的原因
慢性阻塞性肺疾病的原因
慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD)是一种严重影响呼吸系统健康的疾病,其主要特征包括气道阻塞、气流受限和呼吸困难。COPD是一种进行性疾病,常常导致患者的生活质量下降,甚至危及生命。探究COPD的原因对于预防和治疗这一疾病至关重要。 COPD的主要原因之一是长期暴露于吸入性刺激物,最常见的包括烟草烟雾。吸烟是导致COPD的最主要危险因素之一,吸烟会引起气道炎症,破坏肺部组织,导致气道狭窄和阻塞。长期吸烟不仅会增加患COPD的风险,还会加速疾病的进展。除了吸烟外,长期暴露于空气中的化学物质、粉尘、化学气体或重金属等也会增加患COPD的风险。 遗传因素也在一定程度上影响着COPD的发病。有研究表明,一些人患有某些基因突变,使他们更容易患上COPD。这种基因突变可能影响肺部的发育或免疫系统的功能,使得机体更容易对环境刺激做出异常反应,最终导致COPD的发展。 气体污染也被认为是导致COPD的原因之一。工业污染、室内空气质量差、柴油引擎排放以及生物质燃烧等都会释放出有害的颗粒物和化学物质,对肺部健康造成损害,增加患COPD的风险。 除此之外,长期患过往某些呼吸系统感染或疾病,如支气管炎和哮喘,也可能对COPD的发展产生影响。过度的空气污染、不良的饮食习惯、缺乏锻炼等生活方式因素也可能进一步加剧COPD的发展。 总的来说,COPD是由多种因素共同作用引起的疾病,其中最主要的原因包括长期吸烟、环境暴露和遗传因素。了解这些原因有助于人们更好地预防COPD的发生,提倡健康的生活方式,保护好自己的肺部健康,减少COPD对生活质量和健康的危害。对于已经患有COPD的患者来说,积极管理疾病、戒烟、避免有害环境暴露,并遵循医生的治疗建议也是至关重要的。

#病因

2026-08-28

女性重度雄性化体征的心理影响
女性重度雄性化体征的心理影响
随着科技的进步和社会观念的演进,人们对于性别认知和性别表达的理解也在不断拓展。女性重度雄性化体征的存在却可能带来一系列心理影响,让个体陷入困惑与挣扎。 首先,女性重度雄性化体征所带来的身体外表与社会对女性的传统期待之间产生了明显的冲突,可能导致个体在自我认同上的困惑。面对明显的雄性化特征,女性可能感到自己与其他女性不同,进而产生自我怀疑和自我否定。这种心理上的不适甚至会进一步加剧社会对性别角色的刻板印象,令个体感到孤立和排斥。 其次,女性重度雄性化体征也常常受到社会歧视和偏见的困扰,进而影响个体的心理健康。在面对外界的异样目光和质疑时,个体可能感到焦虑、沮丧甚至自卑,进而导致心理压力的积累。持续的社会压力和歧视可能让患者感到无助和绝望,甚至导致焦虑症、抑郁症等心理问题的发生。 此外,女性重度雄性化体征也可能影响到个体的人际关系和社会适应能力。在社交场合中,外表的不协调可能引发他人的误解和偏见,让个体难以融入集体。长期以往,这种孤立感和无助感可能导致个体自我封闭,难以建立稳固的人际关系,进而影响到个体在工作和生活中的表现。 综上所述,女性重度雄性化体征的存在不仅仅影响到个体的外在形象,更可能带来深刻的心理影响。在面对这一困境时,我们需要以包容和理解的态度来接纳不同的性别表达,同时也需要提倡多样性和尊重个体差异,让每个人都能够自由地表达自己,获得内心的平衡和满足。希望社会能够更加包容多元的性别认知,让每个个体都能找到属于自己的一片天地。

#病因

2026-08-27

大肠癌的有关因素可能有以下几种
大肠癌的有关因素可能有以下几种
大肠癌是一种常见的恶性肿瘤,其发病率逐年上升。虽然大肠癌的确切原因尚不完全清楚,但研究表明,有许多因素可能与其发生有关。以下是可能导致大肠癌的几种因素: 1. 饮食习惯:饮食习惯是大肠癌发生的重要因素之一。高脂肪、低纤维的饮食习惯被认为增加了大肠癌的风险。摄入过多的红肉、加工肉制品以及缺乏新鲜水果和蔬菜的饮食习惯可能会对肠道健康产生不利影响。 2. 生活方式:缺乏运动和肥胖是大肠癌的风险因素之一。长期久坐和缺乏运动会降低肠道的蠕动,增加癌症发生的可能性。肥胖还会导致慢性低级别的炎症,从而促进肿瘤的发展。 3. 家族史和遗传因素:有家族史的人群更容易患上大肠癌。如果家族中有人患有结肠息肉症、家族性腺瘤性息肉病(FAP)或遗传性非息肉病性结直肠癌(HNPCC),那么个人患上大肠癌的风险将会增加。 4. 年龄:年龄是大肠癌的主要风险因素之一。随着年龄的增长,患大肠癌的风险也会增加。因此,建议年龄较大的人群进行定期的结肠镜检查,以早期发现潜在的问题。 5. 炎症性肠病:患有溃疡性结肠炎或克罗恩病等炎症性肠病的人群患大肠癌的风险较高。长期的肠道炎症会增加肠道内癌变的可能性。 6. 吸烟和酗酒:吸烟和酗酒不仅增加了多种癌症的风险,还与大肠癌的发生有关。烟草中的有害物质以及酒精对肠道组织的损害可能会促进肿瘤的形成。 7. 糖尿病和肥胖:糖尿病和肥胖不仅与心血管疾病相关,还被发现与大肠癌的风险增加相关。研究表明,高血糖和胰岛素抵抗可能会影响细胞的生长和修复,从而促进癌症的发展。 综上所述,大肠癌的发生受到多种因素的影响,包括饮食习惯、生活方式、遗传因素、年龄、炎症性肠病、吸烟和酗酒、以及糖尿病和肥胖等。因此,通过改变不良的生活习惯,保持健康的饮食和运动习惯,以及定期接受体检和筛查,可以有效降低患大肠癌的风险。

#病因

2026-08-27

新冠感染者如何处理隔离物品
新冠感染者如何处理隔离物品
随着新冠病毒在全球范围内的蔓延,很多人不得不与感染病毒的现实作出直接的接触。在被诊断为新冠感染者后,除了遵守医疗专家的指导和隔离要求外,正确处理隔离物品也是至关重要的。处理隔离物品不当可能导致病毒传播给他人或再次感染自己,因此需要特别谨慎和负责。 首先,一旦您被确诊为新冠感染者,您的个人物品和日常用品都需要进行杀菌处理。个人物品如手机、钥匙、眼镜等,可以使用含酒精的湿巾进行擦拭。日常用品如衣物、床上用品等需要进行清洗和消毒,最好使用热水和含氯漂白剂进行清洗。记住,使用过的口罩也是潜在的感染源,一定要正确处理或丢弃。 其次,隔离期间产生的垃圾和废弃物也需要得到妥善处理。将用过的纸巾、口罩和其他可能被病毒污染的物品放入密封袋内,确保其不被其他人接触。在处理垃圾时,戴上手套并尽量避免直接接触垃圾。 此外,在隔离期间尽量减少与他人的接触,避免共用物品。如果必须与他人接触,请务必佩戴口罩,并保持社交距离。同时,定期通风并对居住空间进行清洁和消毒也是非常重要的。 最后,隔离结束后,应当对所用过的物品和居住环境进行全面的消毒和清洁。确保自己和他人不受到感染的威胁是我们每个人的责任。 在这个特殊的时期,每个人都有责任保护自己和他人的健康。正确处理隔离物品是阻止病毒传播的重要一环。只有每个人共同努力,我们才能战胜这场疫情,重返正常生活。让我们以负责的态度面对疫情,共同努力,共同守护健康。

#症状

2026-08-27

健康问答

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