最近幾年，關(guān)于單細(xì)胞測序的報道日益增多。事實上，單細(xì)胞測序是一個新興的領(lǐng)域。據(jù)了解，單細(xì)胞測序萌芽于2010年，是單細(xì)胞基因組學(xué)突飛猛進(jìn)的一年。謝曉亮教授哈佛大學(xué)課題組與北京大學(xué)BIOPIC李瑞強研究員小組合作，將創(chuàng)建的MALBAC技術(shù)應(yīng)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(yīng)用單細(xì)胞擴增技術(shù)（MALBAC）同時進(jìn)行PGD/PGS阻斷了遺傳性耳聾的健康雙胞胎。
單細(xì)胞測序分為單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序和單細(xì)胞基因組測序。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序分為：單細(xì)胞DGE、單細(xì)胞polyA測序、單細(xì)胞lncRNA測序。單細(xì)胞基因組測序分為：單細(xì)胞外顯子組測序和單細(xì)胞全基因組重測序。
單細(xì)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(xì)胞進(jìn)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(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(xì)胞技術(shù)來研究癌細(xì)胞。1月《自然?方法學(xué)》（NatureMethods）上發(fā)表年度特別報道，將“單細(xì)胞測序”（Singledoutforsequencing）的應(yīng)用列為度最重要的方法學(xué)進(jìn)展�；蚪M學(xué)前沿研討會將單細(xì)胞組學(xué)單獨列為一個單元，可見單細(xì)胞測序在當(dāng)前基因組學(xué)前沿研究中的熱度。
單細(xì)胞測序為何贏得眾生命科學(xué)家們火熱的心？
因為即使來源相同的單個細(xì)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(xì)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(xì)胞測序技術(shù)的探索之路。單細(xì)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(xì)胞測序有哪些具體的應(yīng)用呢？
單細(xì)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(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(xué)會議上，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(xì)胞中發(fā)現(xiàn)單個細(xì)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(xué)家們深入分析臨床相關(guān)的單細(xì)胞。Smart-Seq有許多可能的應(yīng)用，包括幫助科學(xué)家們更好地了解腫瘤形成的復(fù)雜性。
12月，BIOPIC白凡研究員和謝曉亮教授團(tuán)隊與北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院的王潔教授團(tuán)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(xì)胞（CTC）的全基因組、外顯子組進(jìn)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(xì)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(xì)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(xì)胞基因組的高通量測序，標(biāo)志著利用循環(huán)腫瘤細(xì)胞基因組測序信息進(jìn)行腫瘤無創(chuàng)診斷時代的到來。
單細(xì)胞檢測技術(shù)在生殖領(lǐng)域的應(yīng)用
9月19日，世界首例經(jīng)MALBAC（multipleannealingandlooping-basedamplificationcycles，是目前最先進(jìn)的單細(xì)胞全基因組擴增技術(shù)）基因組擴增高通量測序進(jìn)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(xué)第三醫(yī)院誕生，這標(biāo)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(yīng)用單細(xì)胞擴增技術(shù)（MALBAC）同時進(jìn)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(xì)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(xué)PeterLansdorp。Strand-seq方法能分別對單細(xì)胞的雙親DNA模板鏈進(jìn)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(xì)胞復(fù)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(xì)胞測序：主要研發(fā)人?斯坦福大學(xué)StephenQuake。該技術(shù)設(shè)計了一種路線，用液體載運細(xì)胞通過一連串顯微管道和微閥門，當(dāng)細(xì)胞挨個進(jìn)入各自的小空位時，它們的DNA就會被提取出來，經(jīng)過復(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，通過檢測反應(yīng)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(xì)胞測序，現(xiàn)在他正利用這項技術(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)擴增技術(shù)（MultipleAnnealingandLooping-BasedAmplificationCycles），主要研發(fā)人?哈佛大學(xué)終身教授、美國科學(xué)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(xì)胞中93%的基因組能夠被測序。這種方法使得檢測單細(xì)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(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制，生殖細(xì)胞形成機制，甚至是個別神經(jīng)元的差異機制。
4、GSeq：單細(xì)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(xì)胞內(nèi)的DNA和RNA平行測序，能夠展現(xiàn)單個細(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)的重要意義在于可以分析單細(xì)胞基因型和表現(xiàn)型之間的關(guān)系，深刻揭示一個細(xì)胞內(nèi)的DNA信息指導(dǎo)細(xì)胞狀態(tài)的調(diào)控機制。
總而言之，單細(xì)胞測序技術(shù)登上轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)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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