著名學(xué)者Nature綜述：單細(xì)胞測序之現(xiàn)狀

angelzhang69 2016-01-27

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來源：生物通

每個細(xì)胞都是獨一無二的，但我們的研究對象往往是細(xì)胞群體，忽略了這些細(xì)胞之間的異質(zhì)性。正因如此，單細(xì)胞基因組學(xué)研究受到了越來越多的關(guān)注。

單細(xì)胞基因組學(xué)領(lǐng)域近年來發(fā)展得非常迅速，為人們揭示了復(fù)雜生物學(xué)體系的許多重要線索，包括微生物群落的生態(tài)多樣性和人類癌癥的基因組。一月二十五日Nature Reviews Genetics雜志發(fā)表的一篇重要綜述，全面介紹了單細(xì)胞基因組測序的發(fā)展現(xiàn)狀。文章的通訊作者是著名科學(xué)家、斯坦福大學(xué)生物工程系主任Stephen R. Quake。

Quake也是HHMI 研究員、美國科學(xué)院、美國工程院、美國醫(yī)學(xué)院院士。他的主要貢獻在于將集成芯片的原理和技術(shù)成功地應(yīng)用于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究，目前名下?lián)碛?0項專利，并創(chuàng)辦了4家公司。

這篇文章首先探討了單細(xì)胞基因組測序面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，隨后介紹了一些技術(shù)進步帶來的生物學(xué)新發(fā)現(xiàn)。重點關(guān)注用單細(xì)胞基因組測序研究微生物暗物質(zhì)，評估多細(xì)胞生物中遺傳嵌合現(xiàn)象的致病作用，尤其是癌癥。文章末尾還預(yù)測了未來幾年單細(xì)胞基因組測序可能出現(xiàn)的一些進展。

前不久，北京大學(xué)湯富酬和文路發(fā)表的點評被Nature雜志評為了2015年最佳評論文章。這篇文章重點介紹了Hubrecht研究所的單細(xì)胞mRNA測序研究，特別是他們開發(fā)的RaceID算法。這種聰明的算法能夠在復(fù)雜的細(xì)胞混合物中有效鑒定稀有細(xì)胞類型。RaceID假定不同細(xì)胞類型強力表達一些特異性的“異常值”基因。只要仔細(xì)排除技術(shù)和生物學(xué)噪音，就可以從測序數(shù)據(jù)中鑒定到這樣的基因。單細(xì)胞mRNA測序與RaceID算法結(jié)合在一起形成了一個強大的工具，可以幫助人們深入了解健康和病變器官中的各種細(xì)胞類型??高度表達基因以隨機爆發(fā)的形式轉(zhuǎn)錄，這一現(xiàn)象也被稱為轉(zhuǎn)錄爆發(fā)（Transcriptional bursting）。為了在細(xì)菌中研究轉(zhuǎn)錄爆發(fā)的具體機制，哈佛大學(xué)和北京大學(xué)生物動態(tài)光學(xué)成像中心的研究人員開發(fā)了一個高通量的單分子分析技術(shù)，對各DNA模板的體外轉(zhuǎn)錄進行了跟蹤研究。這一成果發(fā)表在2014年07月的Cell雜志上，文章的通訊作者是著名學(xué)者謝曉亮教授（X. Sunney Xie）。謝曉亮教授是單分子生物物理化學(xué)和相干拉曼散射顯微成像的開拓者之一。近年來他在單細(xì)胞測序技術(shù)上取得突破，發(fā)表了不少重要成果。

我們知道，單細(xì)胞的DNA（大約只有6 pg）無法滿足測序的mg級樣品量需求。為了從少量樣品中獲得更多信息，全基因組擴增技術(shù)（WGA）應(yīng)運而生。目前市場上出現(xiàn)了多種擴增試劑盒，但它們的表現(xiàn)還沒有一個綜合的評估。為此，華大基因的研究人員利用7種試劑盒開展單細(xì)胞全基因組擴增，系統(tǒng)地比較了不同WGA方法的優(yōu)點和缺點，尤其關(guān)注變異檢測。這項成果于2015年8月發(fā)表在《GigaScience》期刊上。