最近幾年，關(guān)于單細胞測序的報道日益增多。事實上，單細胞測序是一個新興的領(lǐng)域。據(jù)了解，單細胞測序萌芽于2010年，是單細胞基因組學突飛猛進的一年。謝曉亮教授哈佛大學課題組與北京大學BIOPIC李瑞強研究員小組合作，將創(chuàng)建的MALBAC技術(shù)應用于人類單個精子基因組的測序研究中。12月10日，解放軍總醫(yī)院誕生了一對特殊的雙胞胎?國內(nèi)首例應用單細胞擴增技術(shù)（MALBAC）同時進行PGD/PGS阻斷了遺傳性耳聾的健康雙胞胎。
單細胞測序分為單細胞轉(zhuǎn)錄組測序和單細胞基因組測序。單細胞轉(zhuǎn)錄組測序分為：單細胞DGE、單細胞polyA測序、單細胞lncRNA測序。單細胞基因組測序分為：單細胞外顯子組測序和單細胞全基因組重測序。
單細胞發(fā)展的歷史
據(jù)了解，1990年，NormanIscove的課題組首次證實對單細胞進行轉(zhuǎn)錄組分析是可行的，他們用PCR技術(shù)實現(xiàn)了對cDNA分子的指數(shù)級擴增。7月，來自斯坦福大學的StephenQuake在Cell上發(fā)表了一篇文章《Genome-wideSingle-CellAnalysisofRecombinationActivityandDeNovoMutationRatesinHumanSperm》，研究采用單細胞測序的方法，測定了來自一項研究的100個精子的重組率，發(fā)現(xiàn)了許多新的重組熱點和與間接方法發(fā)現(xiàn)的相一致的比率。同年，紐約冷泉港實驗室的研究生TimourBaslan正利用單細胞技術(shù)來研究癌細胞。1月《自然?方法學》（NatureMethods）上發(fā)表年度特別報道，將“單細胞測序”（Singledoutforsequencing）的應用列為度最重要的方法學進展�；蚪M學前沿研討會將單細胞組學單獨列為一個單元，可見單細胞測序在當前基因組學前沿研究中的熱度。
單細胞測序為何贏得眾生命科學家們火熱的心？
因為即使來源相同的單個細胞，由于隨機生物過程和環(huán)境擾動的原因，彼此在許多方面也存在差異，即細胞的異質(zhì)性。常見的基因組測序技術(shù)避免不了這一現(xiàn)象帶來的影響，基于這一原因，研究人員開啟了單細胞測序技術(shù)的探索之路。單細胞測序技術(shù)可謂是生物科技發(fā)展史上的一大創(chuàng)舉。
那么，單細胞測序有哪些具體的應用呢？
單細胞檢測技術(shù)在癌癥研究中發(fā)揮重要的作用
3月，華大基因研發(fā)了一種解析單細胞基因組的新方法，應用于原發(fā)性血小板增多癥（一種血癌）和腎透明細胞癌（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序時無法解決的腫瘤高異質(zhì)性難題，為從單核苷酸水平深入研究癌癥發(fā)生、發(fā)展機制及其診斷、治療開辟了新方向。
5月，在冷泉港實驗室的基因組生物學會議上，MD安德森癌癥中心的遺傳學家NicholasNavin提交了單細胞分辨率乳腺癌遺傳學的新數(shù)據(jù)。6月，Navin改良了他的技術(shù)使得它能夠敏感地檢測到單個核苷酸的差異，并且他已經(jīng)在來自一個浸潤性乳腺癌腫瘤的一組4個細胞中發(fā)現(xiàn)單個細胞通常包含數(shù)十個罕見突變，這些突變采用大型腫瘤測序方法通常無法檢測到。
7月，一項新研究首次表明一種稱為Smart-Seq的新基因組測序方法可以幫助科學家們深入分析臨床相關(guān)的單細胞。Smart-Seq有許多可能的應用，包括幫助科學家們更好地了解腫瘤形成的復雜性。
12月，BIOPIC白凡研究員和謝曉亮教授團隊與北京大學腫瘤醫(yī)院的王潔教授團隊合作共同在《PNAS》上發(fā)表文章，對于癌癥病人單個外周血循環(huán)腫瘤細胞（CTC）的全基因組、外顯子組進行了高通量測序，發(fā)現(xiàn)在某一類肺癌患者的所有循環(huán)腫瘤細胞中存在著一種特定的基因拷貝數(shù)變異（CNV）模式，而不同癌種CTC細胞的基因組拷貝數(shù)變異模式不同，為癌癥的早期診斷提供了全新的契機。這也是國際上首次實現(xiàn)對外周血循環(huán)腫瘤細胞基因組的高通量測序，標志著利用循環(huán)腫瘤細胞基因組測序信息進行腫瘤無創(chuàng)診斷時代的到來。
單細胞檢測技術(shù)在生殖領(lǐng)域的應用
9月19日，世界首例經(jīng)MALBAC（multipleannealingandlooping-basedamplificationcycles，是目前最先進的單細胞全基因組擴增技術(shù)）基因組擴增高通量測序進行單基因遺傳病和染色體異常同時篩查的試管嬰兒在北京大學第三醫(yī)院誕生，這標志著我國胚胎植入前遺傳診斷（PGD）技術(shù)已處于世界領(lǐng)先水平。
12月10日，解放軍總醫(yī)院誕生了一對特殊的雙胞胎?國內(nèi)首例應用單細胞擴增技術(shù)（MALBAC）同時進行PGD/PGS阻斷了遺傳性耳聾的健康雙胞胎。
下面，讓我們來看看目前國內(nèi)的單細胞測序技術(shù)有哪些？
1、Strand-seq：主要研發(fā)人?加拿大英屬哥倫比亞大學PeterLansdorp。Strand-seq方法能分別對單細胞的雙親DNA模板鏈進行測序，獲得高分辨率的姊妹染色體交換圖譜，檢測到基因重排，從而發(fā)現(xiàn)細胞復制過程中，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測序，并發(fā)現(xiàn)了首個基因組壓力和不穩(wěn)定性的痕跡。
2、基于芯片實驗室技術(shù)的單細胞測序：主要研發(fā)人?斯坦福大學StephenQuake。該技術(shù)設(shè)計了一種路線，用液體載運細胞通過一連串顯微管道和微閥門，當細胞挨個進入各自的小空位時，它們的DNA就會被提取出來，經(jīng)過復制用于進一步分析。此外，還能用化學試劑將細胞混合起來，通過檢測反應過程中的熒光發(fā)射獲得它們的基因編碼。所有這些都能在芯片上完成，不僅操作簡單，而且成本效益高。StephenQuake已利用此技術(shù)完成了第一例人類單細胞測序，現(xiàn)在他正利用這項技術(shù)研究精子細胞中的重組并分析突變率。
3、MALBAC：多重退火和成環(huán)循環(huán)擴增技術(shù)（MultipleAnnealingandLooping-BasedAmplificationCycles），主要研發(fā)人?哈佛大學終身教授、美國科學院院士謝曉亮教授。該技術(shù)能夠降低PCR擴增偏倚，使得單細胞中93%的基因組能夠被測序。這種方法使得檢測單細胞中較小的DNA序列變異變得更容易，因此能夠發(fā)現(xiàn)個別細胞之間的遺傳差異。這樣的差異可以幫助解釋癌癥惡化的機制，生殖細胞形成機制，甚至是個別神經(jīng)元的差異機制。
4、GSeq：單細胞基因組與轉(zhuǎn)錄組平行測序技術(shù)（GenomeandTranomeSequencing），該技術(shù)實現(xiàn)了對單個細胞內(nèi)的DNA和RNA平行測序，能夠展現(xiàn)單個細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)的重要意義在于可以分析單細胞基因型和表現(xiàn)型之間的關(guān)系，深刻揭示一個細胞內(nèi)的DNA信息指導細胞狀態(tài)的調(diào)控機制。
總而言之，單細胞測序技術(shù)登上轉(zhuǎn)化醫(yī)學大舞臺，靠的不是“顏值”。它以自己獨特的魅力影響人們的健康，幫助我們攻克一個個那關(guān)，助力人類大健康事業(yè)！
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