谷(gu)研試(shi)劑-北(bei)大(da)教授開(kai)發單細胞(bao)全(quan)轉錄組(zu)測序新(xin)技(ji)術

谷研試(shi)劑-北(bei)大(da)教授開(kai)發單細胞(bao)全(quan)轉錄組(zu)測序新(xin)技(ji)術

近(jin)日，北(bei)京(jing)大(da)學(xue)生(sheng)物動(dong)態光學(xue)成(cheng)像中心黃(huang)巖(yan)誼、湯富(fu)酬(chou)課(ke)題組(zu)在《美國(guo)科學(xue)院院(yuan)刊(kan)》(PNAS)上發表題為“Microfluidicsingle-cellwhole-transcriptomesequencing”的論(lun)文。該研究利用(yong)微流(liu)控芯(xin)片技(ji)術實(shi)現了(le)高質量(liang)單細(xi)胞(bao)的全(quan)轉錄組(zu)測序樣(yang)品準(zhun)備(bei)，全(quan)面提(ti)高了單(dan)細胞(bao)全(quan)轉錄組(zu)分析的準(zhun)確(que)性和(he)可(ke)靠(kao)性。

細(xi)胞(bao)是生(sheng)命(ming)活(huo)動(dong)的基(ji)本(ben)功能單(dan)位(wei)，而在生(sheng)物體內沒(mei)有(you)任(ren)何兩個(ge)細(xi)胞(bao)是*相同的。傳(chuan)統的生(sheng)命(ming)科(ke)學(xue)與醫(yi)學(xue)研究，絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)都(dou)是(shi)針對(dui)混(hun)合的大(da)量(liang)細胞(bao)進行(xing)的，無法(fa)觀察到單個(ge)細(xi)胞(bao)之(zhi)間細(xi)微的差(cha)別(bie)。近(jin)年來不斷(duan)發(fa)展(zhan)的實(shi)驗技(ji)術，提(ti)供(gong)了(le)更(geng)加(jia)定量(liang)與客(ke)觀的證(zheng)據(ju)，表明在許(xu)多(duo)關鍵生(sheng)命(ming)過(guo)程(cheng)例(li)如胚胎發育、細胞(bao)分化、疾病(bing)發(fa)生(sheng)與發(fa)展等過程(cheng)中，特定的單(dan)個(ge)細(xi)胞(bao)行(xing)為，以及(ji)其間的個(ge)體化差異(yi)與異(yi)質性，導致了極其(qi)重(zhong)要(yao)甚至(zhi)是(shi)決定性的結果。而之(zhi)前(qian)基(ji)於(yu)大(da)量(liang)細胞(bao)平均(jun)測量(liang)所(suo)獲(huo)得的結果並無法(fa)正(zheng)確(que)反映復雜(za)生(sheng)物體系的全(quan)面真(zhen)實信息(xi)，嚴(yan)重(zhong)掩(yan)蓋(gai)了(le)獨立個(ge)體樣本(ben)的行(xing)為以及(ji)生(sheng)命(ming)現象中大(da)量(liang)存在的隨(sui)機行(xing)為。針對(dui)單(dan)個(ge)細(xi)胞(bao)的研究，是細(xi)胞(bao)生(sheng)命(ming)分析技(ji)術所(suo)追(zhui)求的極(ji)限(xian)狀態，是對(dui)傳(chuan)統技(ji)術的挑(tiao)戰。

單(dan)細(xi)胞(bao)測序利(li)用(yong)新(xin)壹(yi)代的測(ce)序技(ji)術來分析單個(ge)細(xi)胞(bao)內的基(ji)因(yin)信息，成(cheng)為解(jie)讀單(dan)細胞(bao)的*工(gong)具。單細(xi)胞(bao)全(quan)轉錄組(zu)測序是(shi)單細胞(bao)高通量(liang)測序需(xu)求量(liang)zui大(da)的應(ying)用(yong)，它所(suo)測(ce)定的是(shi)單(dan)個(ge)細(xi)胞(bao)內所(suo)有(you)基(ji)因(yin)的表達量(liang)，同時(shi)還(hai)可(ke)以測(ce)定除(chu)了mRNA分子外(wai)，其(qi)他長非(fei)編碼(ma)RNA(lncRNA)以及(ji)小RNA的含(han)量(liang)，定量(liang)獲取(qu)單(dan)個(ge)細(xi)胞(bao)完(wan)整(zheng)的表達譜。目(mu)前(qian)采用(yong)的新(xin)壹(yi)代測(ce)序技(ji)術中，絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)方(fang)法(fa)都需要(yao)特定的前(qian)處理過程(cheng)，制備(bei)“測(ce)序文庫(ku)”。而針對(dui)單(dan)細(xi)胞(bao)樣品，已有的方(fang)法(fa)均(jun)存在很多(duo)缺(que)陷(xian)，導致檢(jian)測靈(ling)敏度(du)不高、基因(yin)表達信息丟(diu)失嚴(yan)重(zhong)、技(ji)術噪(zao)音高、操作失誤(wu)率高、重復(fu)性差(cha)。

為了解(jie)決這(zhe)壹矛盾，兩個(ge)課(ke)題組(zu)合作開(kai)發了(le)新(xin)的文庫(ku)制備(bei)方(fang)法(fa)，將(jiang)zui關鍵的單(dan)細(xi)胞(bao)轉錄組(zu)文庫(ku)構(gou)建(jian)步驟(zhou)集(ji)成(cheng)在壹個(ge)微流(liu)控芯(xin)片上，可以同(tong)時進(jin)行(xing)多(duo)個(ge)樣(yang)品的操作。這(zhe)壹技(ji)術的開(kai)發(fa)，大(da)大(da)減(jian)少(shao)了(le)試(shi)劑用(yong)量(liang)，在反應效(xiao)率(lv)得到提(ti)升(sheng)的同(tong)時(shi)地抑制了(le)汙(wu)染(ran)的發(fa)生(sheng)，還(hai)減(jian)少(shao)了(le)操作誤(wu)差，實(shi)現了(le)更(geng)高的可(ke)靠(kao)性和(he)更(geng)好的平(ping)行(xing)性。

通過對(dui)幾(ji)十個(ge)細(xi)胞(bao)的分析表明，這(zhe)壹方(fang)法(fa)可以有(you)效(xiao)地(di)消(xiao)除(chu)轉錄組(zu)高度(du)動態(tai)特性所(suo)帶來的測(ce)量(liang)差異(yi)，實現對(dui)單(dan)細(xi)胞(bao)異質性的分析和判(pan)斷(duan)。通過多(duo)個(ge)細(xi)胞(bao)較低(di)深度(du)的轉錄組(zu)測序，可(ke)以獲取(qu)比(bi)同(tong)等(deng)成(cheng)本下(xia)單個(ge)細(xi)胞(bao)高深度(du)測序更(geng)重要(yao)的細(xi)胞(bao)異質性信(xin)息(xi)，而更好地(di)展現生(sheng)物體系的復(fu)雜(za)性、隨(sui)機性和(he)動(dong)態過程。而通過微流(liu)控芯(xin)片上的細(xi)胞(bao)操控和主(zhu)動俘(fu)獲(huo)過程(cheng)，還(hai)可(ke)以擺(bai)脫(tuo)其(qi)他類(lei)似(si)方法(fa)中隨機俘(fu)獲(huo)的局限(xian)性，實(shi)現對(dui)極(ji)其(qi)少(shao)量(liang)細胞(bao)的*俘(fu)獲(huo)和反應前的表型觀(guan)察，以更好地(di)理解(jie)和驗證單個(ge)細(xi)胞(bao)的異(yi)質性。與(yu)已有的技(ji)術相比，這(zhe)壹工(gong)作展(zhan)示(shi)了目(mu)前(qian)的單(dan)細(xi)胞(bao)轉錄組(zu)測序檢(jian)測靈(ling)敏度(du)和平(ping)行(xing)性。

黃(huang)巖(yan)誼博(bo)士同(tong)時任(ren)北(bei)京(jing)大(da)學(xue)工(gong)學(xue)院教(jiao)授，湯富(fu)酬(chou)博(bo)士同(tong)時任(ren)北(bei)京(jing)大(da)學(xue)生(sheng)命(ming)科(ke)學(xue)學(xue)院研究員。黃(huang)巖(yan)誼組(zu)博(bo)士後(hou)AaronStreets博(bo)士、趙(zhao)亮博(bo)士和(he)研究生(sheng)張先念為論(lun)文的主(zhu)要(yao)作者(zhe)。這(zhe)壹工(gong)作得到了國(guo)家(jia)科技(ji)部(bu)973計(ji)劃(hua)、863計(ji)劃(hua)、國家(jia)自然科(ke)學(xue)基金(jin)委(wei)及(ji)霍(huo)英東教育基金會的資(zi)助(zhu)。