发明观察生物学的新方法

当你在日落后步行回家时，钥匙掉了。天很黑，所以你只能在路灯照亮地面的区域搜索它们。同样的原则也适用于生物学，科学家们只能发现使用现有技术可见的机制。

为了扩大科学的范围和可能的影响，Vijay Ramani (他/他)博士正在为生物学设计新的路灯。

“作为研究人员，我们的发现最终取决于我们用来做出这些发现的工具，”他说。“我的实验室正在尝试提出新的观察生物学的方法，以便我们能够发现以前无法获得的东西。”

拉玛尼现在加入格莱斯顿研究所，担任助理研究员。他和他的团队将开发新的分子工具来研究基因调控。

“Vijay 是一位极具天赋和创造力的科学家，”格莱斯顿数据科学与生物技术研究所所长Katie Pollard博士说。“他实验室开发的技术已经被用于在Gladstone研究各种疾病。我们很高兴有这样一位高度创新和协作的同事加入。”

Ramani 还是加州大学旧金山分校 (UCSF) 生物化学和生物物理学系的助理教授。作为一名冉冉升起的科学明星，他最近获得了一项令人垂涎的 NIH 主任新创新者奖，该奖支持高风险、高回报的研究。2020年，他还入选福布斯医疗保健“30 under 30”之一。

测量不可测量

Ramani在加州大学旧金山分校担任 Sandler 研究员 3 年后加入Gladstone 。该计划为最近完成研究生学习的特别有前途的年轻研究人员提供了一个经营自己实验室的机会，他们跳过了首先进行长达数年的博士后研究的传统步骤。

今天，他的实验室专注于开发新技术来了解基因调控，或者细胞如何解释它们的 DNA。

在你身体的每个细胞中，只有一小部分基因(或 DNA 片段)同时处于活跃状态。活性基因产生蛋白质，进而决定细胞的功能。基因调控是细胞决定哪些基因是活跃的，哪些是不活跃的的过程。

为了在数百万个单个细胞中研究这一复杂过程，许多实验室使用了一种称为单细胞分析的技术。Ramani 在华盛顿大学攻读博士学位期间开始在单细胞生物学先驱Jay Shendure医学博士的实验室中使用该工具。但他很快就开始希望有更好的技术。

“当我开始我的实验室时，我想找到新的方法来有效地测量以前无法测量的东西，”他说。“因此，我和我的团队开始开发能够捕捉单细胞分辨率之外的另一个方面的工具：我们在单分子水平上分析细胞。”

拉马尼利用一种称为单分子长读长测序的新兴技术进行大规模实验。

在任何一条 DNA 链上，都会发生许多分子事件，这些事件决定了基因是否在骨细胞中活跃或在皮肤细胞中不活跃。为了识别这些事件，科学家们基本上将链切割成碎片，然后通过称为测序仪的机器运行它。

这种方法允许科学家观察单个分子事件，但不能确定沿 DNA 链相距很远的两个事件是否同时发生。为此，他们需要对许多细胞的结果进行平均，而这些平均值不一定能准确表示单个细胞中发生的情况，Ramani 解释说。

相反，在他的实验室中使用的单分子分析使他能够查看携带多个分子事件的长而完整的 DNA 链，并同时对大量单个细胞进行分析。

“我们正在增加我们可以从一次实验中获得的信息量，”拉马尼说。“我们还可以捕捉分子事件发生的背景，这对于了解基因如何在疾病中失调非常重要。”

使用这项技术，Ramani 正在开发新的工具来研究基因是如何被调节的，DNA 如何被包装在细胞核中，以及最终所有这些过程如何决定一个细胞是健康的还是患病的。

“你会认为我们会更好地理解这些基本过程是如何运作的，但在许多情况下，它仍然是生物学的黑匣子，”他说。“这就是为什么我们热衷于发现这门基础科学——这是一个非常有趣的问题。”

他补充说，在真正有可能对我们的健康产生影响的模型中工作也很重要。到目前为止，他一直专注于癌症，但将通过与Gladstone科学家的合作扩展到其他疾病，包括心血管和神经系统疾病。

Ramani 还致力于开发可供整个科学界使用的方法。

“我们希望开发新的分子工具，其他研究人员可以使用这些工具在他们自己的系统中发现他们自己的新生物学，”他说。

突破技术极限

鉴于 Ramani 实验室使用的单分子工具生成的所有数据，他的团队需要接受湿实验室生物学家和干实验室生物学家的培训。

“我们认为自己是一个潮湿的实验室，”他说。“每个人都需要具备计算专业知识，并知道如何在工作台上进行实验。它创造了一个非常协作的环境，因为我们都在互相学习。”

这种结合学科的兴趣始于拉马尼的大学。在普林斯顿大学，他参加了当时将化学、计算机科学、生物学和物理学结合在一起的革命性课程。

但他对科学的热爱要早得多，那时他在新泽西长大。他的父亲是一名计算机科学家和计算机工程师，拥有冶金和计算机工程学位。他的母亲拥有化学学士学位。

“我在一个非常注重 STEM 的家庭中长大，”拉马尼回忆道。“然后在高中时，我跟随罗格斯大学的一名研究生，甚至提交了一篇论文，成为英特尔科学人才搜索比赛的半决赛选手。这让我对研究有了一些了解。”

在获得博士学位之前，为了确认他真正想要从事科学事业，他在一家名为 Sangamo Biosciences 的生物技术公司担任研究实习生，该公司是基因组编辑的先驱之一。在他们的技术小组工作让他对基因组学的潜力感到兴奋，并激励他去读研究生。

“我想尝试一些完全不同的东西并考虑新的测量技术，”拉马尼说。“作为一名研究生，我有很好的导师，他们是基因调控研究的真正先驱，他们鼓励我保持远大的想法并继续开发方法，这让我走上了现在的道路。”

这条路现在将他带到格拉德斯通，与他以前在加州大学旧金山分校使命湾校区的实验室隔街相望。

“ Gladstone同样专注于基础科学和翻译该科学，并找到支持两者的方法，”Ramani 说。“我很高兴能加入一群杰出的科学家，他们处于各自领域的前沿，拥有世界领先的计算专业知识。对于我们作为技术人员来说，这似乎是一个完美的地方，可以进入并真正产生重大影响。”

归根结底，继续激励 Ramani 的是寻找更好的方法来解决突出的科学难题的挑战。

“我早上醒来时想到了我们对科学测量的局限性，我试图弄清楚，'我们如何测量 X?'，”他说。“当然，这与我们为什么要首先测量‘X’密切相关，所以我们在实验室里花了很多时间讨论为什么某件事仍然是一个悬而未决的问题。我认为这真的让我很兴奋，我希望让受训者也对此感到非常兴奋。”