發(fā)布日期：2018-03-20
許多疾病，例如阿爾茲海默病和帕金森病，都源于某些類型細(xì)胞的功能障礙。對(duì)這些類型的細(xì)胞進(jìn)行深度分析、發(fā)掘致病基因，將有助于了解疾病的病因和進(jìn)展情況，進(jìn)而幫助開發(fā)出相應(yīng)的治療方法。通過(guò)單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分類是現(xiàn)階段重要的研究方向，但是現(xiàn)有方法價(jià)格昂貴，且需要專門的設(shè)備，嚴(yán)重阻礙了單細(xì)胞研究的廣泛開展。
近日，一項(xiàng)最新研究成果為單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)帶來(lái)了突破，有望將單個(gè)細(xì)胞的測(cè)序成本降至1美分。這項(xiàng)全新的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)名為“SPLit-seq”，由美國(guó)艾倫研究所及華盛頓大學(xué)的科學(xué)家聯(lián)合開發(fā)。該技術(shù)無(wú)需價(jià)格昂貴的定制化微流體和微孔細(xì)胞分選設(shè)備，而是引入了成本低廉的組合條形碼，能夠以約1美分的成本對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，有望真正實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的“平民化”。相關(guān)研究成果于3月16日發(fā)表于著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》，論文題為“Single-Cell Profiling of the Developing Mouse Brain and Spinal Cord with Split-Pool Barcoding”。
分選單細(xì)胞的過(guò)程昂貴，但DNA組合條碼成本低廉。這正是這種單細(xì)胞測(cè)序新技術(shù)背后的設(shè)計(jì)思路。在論文中，研究團(tuán)隊(duì)詳細(xì)闡述了SPLit-seq技術(shù)的工作原理。SPLit-seq技術(shù)無(wú)需對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行分離；相反，這些細(xì)胞將被作其自身的RNA“隔離室”。同時(shí)，細(xì)胞池會(huì)被分成多個(gè)組，并將組合條形碼添加到它們的RNA中。這個(gè)過(guò)程會(huì)重復(fù)多次，為每個(gè)細(xì)胞的RNA引入一個(gè)獨(dú)特的組合條碼。這使得研究人員可以同時(shí)對(duì)許多細(xì)胞的基因表達(dá)進(jìn)行分析，并將它們?yōu)椴煌念愋汀?/p>
文章作者指出：“在第一輪條形碼的添加過(guò)程中，細(xì)胞被分布到一個(gè)96孔板中，并使用特異性的條形碼引物，利用細(xì)胞內(nèi)逆轉(zhuǎn)錄（RT）反應(yīng)產(chǎn)生cDNA。因?yàn)槊總€(gè)孔都可以包含不同的生物樣品，所以在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以對(duì)多達(dá)96個(gè)樣本實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。”因此，以第一輪條形碼作為樣品識(shí)別標(biāo)志，可以并行分析大量的多種類樣品，從而最大限度地減少了批次影響。由于特異性條形碼的數(shù)量會(huì)隨著輪次呈指數(shù)增長(zhǎng)，因此添加到第五輪條形碼或切換至384孔板格時(shí)，可以對(duì)更多數(shù)量的細(xì)胞進(jìn)行處理。
也就是說(shuō)，利用這一技術(shù)，研究人員只需在96孔板上添加DNA條碼，就可以得到21，233，664個(gè)條形碼組合（在96孔板中引入三輪條形碼，然后進(jìn)行第四輪的24個(gè)PCR反應(yīng)），足以特異性地標(biāo)記超過(guò)100萬(wàn)個(gè)細(xì)胞。有了這些數(shù)字，單細(xì)胞測(cè)序的成本大大降低，成本限制將單純來(lái)自測(cè)序成本。作者表示：“很容易想象該技術(shù)的擴(kuò)展應(yīng)用，比如基因panel的靶向測(cè)序現(xiàn)在甚至可以在非常大的細(xì)胞數(shù)量中受益，而且只需要很淺的測(cè)序深度。”
作為一家獨(dú)立的非營(yíng)利性醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)，艾倫研究所以腦科學(xué)研究聞名于世。來(lái)自艾倫研究所的科學(xué)家Bosiljka Tasic博士說(shuō)道：“要了解任何多細(xì)胞生物系統(tǒng)，我們都需要了解它的基本單元——細(xì)胞。大腦包含許多不同形狀和大小的細(xì)胞，但是還沒(méi)有一種表征并對(duì)它們分類的通用方法。”
在論文中，研究團(tuán)隊(duì)利用SPLit-seq技術(shù)對(duì)老鼠的大腦和脊髓組織進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄分析，對(duì)SPLit-seq技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。具體而言，研究者使用SPLiT-seq技術(shù)分析了出生后第2天和第11天小鼠大腦及脊髓組織的156，049個(gè)單核轉(zhuǎn)錄組，成功鑒定出100多個(gè)細(xì)胞類型，其基因表達(dá)模式與細(xì)胞功能、區(qū)域特異性和分化階段相對(duì)應(yīng)。“
該研究的通訊作者、華盛頓大學(xué)的合成生物學(xué)家Georg Seelig博士強(qiáng)調(diào)：”我們?yōu)樘囟ǖ募?xì)胞類型添加了許多新的分子標(biāo)記，實(shí)驗(yàn)成本只需一美分（單個(gè)細(xì)胞）。許多實(shí)驗(yàn)室想要進(jìn)行單細(xì)胞分析，但又不能負(fù)擔(dān)起昂貴的專用設(shè)備，SPLiT-seq大大降低了實(shí)驗(yàn)室的門檻。“SPLiT-seq技術(shù)可以在任何實(shí)驗(yàn)室中利用基本設(shè)備實(shí)現(xiàn)，我們也期待該技術(shù)能為單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)的更廣泛使用和標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)驚喜。
來(lái)源：測(cè)序中國(guó)
