熊伟：多尺度代谢组学技术及其在脑科学研究中的应用
2024-05-10 16:33:10
2024年4月16日，中国科学技术大学生命科学学院执行院长熊伟教授受上海科技大学生命科学学院童夏静教授和邹燕教授邀请，在生命学院进行了题为“多尺度代谢组学技术及其在脑科学研究中的应用”的学术讲座。
熊伟教授介绍了他们通过多学科交叉，开发自主创新的单细胞代谢组学、单细胞器代谢组学和空间代谢组学等新技术，并利用这些技术在神经细胞、细胞器乃至全脑水平多尺度筛选脑功能及脑疾病中发生变化的重要代谢分子与代谢通路。
在众多的细胞类型中，神经元寿命长且代谢旺盛，其代谢的紊乱会导致多种疾病，因此神经元的代谢过程非常值得研究。传统的研究方法主要依赖于将脑组织匀浆进行质谱分析，然而脑组织中神经元种类多样，不同神经元类型对于同一刺激的响应不同，其代谢产物也不同，导致匀浆后的质谱结果往往看不到神经元类型特异性的变化。针对这一问题，熊伟教授团队和合作者利用膜片钳技术结合诱导纳升电喷雾技术，实现了单个神经元细胞的质谱分析，并利用这一技术发现了大脑中新的神经代谢分子尿刊酸（urocanic acid, UCA），解析了大脑中一条新的谷氨酸合成通路。
此外，熊伟教授团队还实现了单细胞器水平的代谢组分析，通过分析溶酶体的代谢组，将这一异质性细胞器分成了五个类群。
在空间代谢组的研究上，熊伟教授团队也做到了技术突破，他们利用同步辐射光电离成像，挑战了前期难以分析的代谢物胆固醇，分析其在不同脑区的水平。
最后，为了解决高分辨图像拍摄的成本和时间问题，熊伟教授介绍了他们团队和合作者基于迁移学习的理念开发的MOSR模型，从光学图像中学习部分的映射关系，然后将学习到的知识转移到MSI模型中，实现了短时间内低分辨率MSI图像的高分辨预测。
熊伟教授多学科交叉、多尺度的代谢组学技术和研究给大家带来了一场丰富的学术大餐。在提问环节中，在场的老师和学生们反应热烈，积极提问，熊伟教授与听众们进行了深入的探讨和交流。
【熊伟教授简介】
熊伟，中国科学技术大学生命科学学院执行院长、教授、博士生导师。北京大学学士及博士学位（1997-2006），美国国立卫生研究院博士后（2006-2012）。从事“神经代谢与功能”相关科学研究，研究方向包括：脑功能的神经代谢与环路调控、新型代谢组学技术研发、衰老与神经退行性疾病、离子通道调控等。在Cell、Cell Metabolism、Nature Methods、Nature Metabolism、Nature Machine Intelligence、Nature Chemical Biology、Nature Communications、Science Advances、PNAS等知名国际期刊发表多篇通讯作者论文。工作入选2018年度“中国生命科学十大进展”。主持多项国家级科研项目，包括：科技部“十三五”重点研发计划（首席科学家）、基金委重点项目（负责人）、中科院B类先导科技专项（项目组长）、863青年科学家等。
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