單細(xì)胞測(cè)序你為何如此令人癡迷？

1、.*;單細(xì)胞測(cè)序，你為何如此令人癡迷？最近幾年，關(guān)于單細(xì)胞測(cè)序的報(bào)道日益增多。事實(shí)上，單細(xì)胞測(cè)序是一個(gè)新興的領(lǐng)域。據(jù)理解，單細(xì)胞測(cè)序萌芽于2019年，2019年是單細(xì)胞基因組學(xué)突飛猛進(jìn)的一年。2019年謝曉亮教授哈佛大學(xué)課題組與北京大學(xué)BIOPIC李瑞強(qiáng)研究員小組合作，將創(chuàng)立的MALBAC技術(shù)應(yīng)用于人類單個(gè)精子基因組的測(cè)序研究中。2019年12月10日，解放軍總醫(yī)院誕生了一對(duì)特殊的雙胞胎國(guó)內(nèi)首例應(yīng)用單細(xì)胞擴(kuò)增技術(shù)MALBAC同時(shí)進(jìn)展PGD/PGS阻斷了遺傳性耳聾的安康雙胞胎。單細(xì)胞測(cè)序分為單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和單細(xì)胞基因組測(cè)序。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分為：?jiǎn)渭?xì)胞DGE、單細(xì)胞polyA測(cè)序、單細(xì)胞lnc

2、RNA測(cè)序。單細(xì)胞基因組測(cè)序分為：?jiǎn)渭?xì)胞外顯子組測(cè)序和單細(xì)胞全基因組重測(cè)序。單細(xì)胞開(kāi)展的歷史據(jù)理解，1990年，NormanIscove的課題組首次證實(shí)對(duì)單細(xì)胞進(jìn)展轉(zhuǎn)錄組分析是可行的，他們用PCR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)cDNA分子的指數(shù)級(jí)擴(kuò)增。2019年7月，來(lái)自斯坦福大學(xué)的StephenQuake在Cell上發(fā)表了一篇文章?Genome-wideSingle-CellAnalysisofRecombinationActivityandDeNovoMutationRatesinHumanSperm?，研究采用單細(xì)胞測(cè)序的方法，測(cè)定了來(lái)自一項(xiàng)研究的100個(gè)精子的重組率，發(fā)現(xiàn)了許多新的重組熱點(diǎn)和與間接方法發(fā)

3、現(xiàn)的相一致的比率。同年，紐約冷泉港實(shí)驗(yàn)室的研究生TimourBaslan正利用單細(xì)胞技術(shù)來(lái)研究癌細(xì)胞。2019年1月?自然方法學(xué)?NatureMethods上發(fā)表年度特別報(bào)道，將“單細(xì)胞測(cè)序Singledoutforsequencing的應(yīng)用列為2019年度最重要的方法學(xué)進(jìn)展。2019基因組學(xué)前沿研討會(huì)將單細(xì)胞組學(xué)單獨(dú)列為一個(gè)單元，可見(jiàn)單細(xì)胞測(cè)序在當(dāng)前基因組學(xué)前沿研究中的熱度。單細(xì)胞測(cè)序?yàn)楹乌A得眾生命科學(xué)家們熾熱的心？因?yàn)榧词箒?lái)源一樣的單個(gè)細(xì)胞，由于隨機(jī)生物過(guò)程和環(huán)境擾動(dòng)的原因，彼此在許多方面也存在差異，即細(xì)胞的異質(zhì)性。常見(jiàn)的基因組測(cè)序技術(shù)防止不了這一現(xiàn)象帶來(lái)的影響，基于這一原因，研究人員開(kāi)啟

4、了單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的探究之路。單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)可謂是生物科技開(kāi)展史上的一大創(chuàng)舉。那么，單細(xì)胞測(cè)序有哪些詳細(xì)的應(yīng)用呢？單細(xì)胞檢測(cè)技術(shù)在癌癥研究中發(fā)揮重要的作用2019年3月，華大基因研發(fā)了一種解析單細(xì)胞基因組的新方法，應(yīng)用于原發(fā)性血小板增多癥一種血癌和腎透明細(xì)胞癌一種腎癌的腫瘤內(nèi)部遺傳特征研究，解決了之前在用組織樣本測(cè)序時(shí)無(wú)法解決的腫瘤高異質(zhì)性難題，為從單核苷酸程度深化研究癌癥發(fā)生、開(kāi)展機(jī)制及其診斷、治療開(kāi)拓了新方向。2019年5月，在冷泉港實(shí)驗(yàn)室的基因組生物學(xué)會(huì)議上，MD安德森癌癥中心的遺傳學(xué)家NicholasNavin提交了單細(xì)胞分辨率乳腺癌遺傳學(xué)的新數(shù)據(jù)。6月，Navin改進(jìn)了他的技術(shù)使得它可

5、以敏感地檢測(cè)到單個(gè)核苷酸的差異，并且他已經(jīng)在來(lái)自一個(gè)浸潤(rùn)性乳腺癌腫瘤的一組4個(gè)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞通常包含數(shù)十個(gè)罕見(jiàn)突變，這些突變采用大型腫瘤測(cè)序方法通常無(wú)法檢測(cè)到。2019年7月，一項(xiàng)新研究首次說(shuō)明一種稱為Smart-Seq的新基因組測(cè)序方法可以幫助科學(xué)家們深化分析臨床相關(guān)的單細(xì)胞。Smart-Seq有許多可能的應(yīng)用，包括幫助科學(xué)家們更好地理解腫瘤形成的復(fù)雜性。2019年12月，BIOPIC白凡研究員和謝曉亮教授團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院的王潔教授團(tuán)隊(duì)合作共同在?PNAS?上發(fā)表文章，對(duì)于癌癥病人單個(gè)外周血循環(huán)腫瘤細(xì)胞CTC的全基因組、外顯子組進(jìn)展了高通量測(cè)序，發(fā)如今某一類肺癌患者的所有循環(huán)腫瘤細(xì)

6、胞中存在著一種特定的基因拷貝數(shù)變異CNV形式，而不同癌種CTC細(xì)胞的基因組拷貝數(shù)變異形式不同，為癌癥的早期診斷提供了全新的契機(jī)。這也是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)外周血循環(huán)腫瘤細(xì)胞基因組的高通量測(cè)序，標(biāo)志著利用循環(huán)腫瘤細(xì)胞基因組測(cè)序信息進(jìn)展腫瘤無(wú)創(chuàng)診斷時(shí)代的到來(lái)。單細(xì)胞檢測(cè)技術(shù)在生殖領(lǐng)域的應(yīng)用2019年9月19日，世界首例經(jīng)MALBACmultipleannealingandlooping-basedamplificationcycles，是目前最先進(jìn)的單細(xì)胞全基因組擴(kuò)增技術(shù)基因組擴(kuò)增高通量測(cè)序進(jìn)展單基因遺傳病和染色體異常同時(shí)篩查的試管嬰兒在北京大學(xué)第三醫(yī)院誕生，這標(biāo)志著我國(guó)胚胎植入前遺傳診斷PGD技術(shù)已

7、處于世界領(lǐng)先程度。2019年12月10日，解放軍總醫(yī)院誕生了一對(duì)特殊的雙胞胎國(guó)內(nèi)首例應(yīng)用單細(xì)胞擴(kuò)增技術(shù)MALBAC同時(shí)進(jìn)展PGD/PGS阻斷了遺傳性耳聾的安康雙胞胎。下面，讓我們來(lái)看看目前國(guó)內(nèi)的單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)有哪些？1、Strand-seq：主要研發(fā)人加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)PeterLansdorp。Strand-seq方法能分別對(duì)單細(xì)胞的雙親DNA模板鏈進(jìn)展測(cè)序，獲得高分辨率的姊妹染色體交換圖譜，檢測(cè)到基因重排，從而發(fā)現(xiàn)細(xì)胞復(fù)制過(guò)程中，DNA序列的翻轉(zhuǎn)或交換。利用Strand-seq方法，研究人員完成了單鏈DNA測(cè)序，并發(fā)現(xiàn)了首個(gè)基因組壓力和不穩(wěn)定性的痕跡。2、基于芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的單細(xì)胞測(cè)序

8、：主要研發(fā)人斯坦福大學(xué)StephenQuake。該技術(shù)設(shè)計(jì)了一種道路，用液體載運(yùn)細(xì)胞通過(guò)一連串顯微管道和微閥門，當(dāng)細(xì)胞挨個(gè)進(jìn)入各自的小空位時(shí)，它們的DNA就會(huì)被提取出來(lái)，經(jīng)過(guò)復(fù)制用于進(jìn)一步分析。此外，還能用化學(xué)試劑將細(xì)胞混合起來(lái)，通過(guò)檢測(cè)反響過(guò)程中的熒光發(fā)射獲得它們的基因編碼。所有這些都能在芯片上完成，不僅操作簡(jiǎn)單，而且本錢效益高。StephenQuake已利用此技術(shù)完成了第一例人類單細(xì)胞測(cè)序，如今他正利用這項(xiàng)技術(shù)研究精子細(xì)胞中的重組并分析突變率。3、MALBAC：多重退火和成環(huán)循環(huán)擴(kuò)增技術(shù)MultipleAnnealingandLooping-BasedAmplificationCycles，主要研發(fā)人哈佛大學(xué)終身教授、美國(guó)科學(xué)院院士謝曉亮教授。該技術(shù)可以降低PCR擴(kuò)增偏倚，使得單細(xì)胞中93%的基因組可以被測(cè)序。這種方法使得檢測(cè)單細(xì)胞中較小的DNA序列變異變得更容易，因此可以發(fā)現(xiàn)個(gè)別細(xì)胞之間的遺傳差異。這樣的差異可以幫助解釋癌癥惡化的機(jī)制，生殖細(xì)胞形成機(jī)制，甚至是個(gè)別神經(jīng)元的差異機(jī)制。4、GSeq：?jiǎn)渭?xì)胞基因組與轉(zhuǎn)錄組平行測(cè)序技術(shù)GenomeandTranomeSequencing，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的DNA和RNA平行測(cè)序，可以展現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞的基因變異與基因功能之間的關(guān)系。G&T-Seq這一整合的技術(shù)的重要意義在于