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。對這些類型的細(xì)胞進行深度分析、發(fā)掘致病基因，將有助于了解疾病的病因和進展情況，進而幫助開發(fā)出相應(yīng)的治療方法。通過單細(xì)胞RNA測序技術(shù)對細(xì)胞進行分類是現(xiàn)階段重要的研究方向，但是現(xiàn)有方法價格昂貴，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，一項最新研究成果為單細(xì)胞測序技術(shù)帶來了突破，有望將單個細(xì)胞的測序成本降至1美分。這項全新的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)名為“SPLit-seq”，由美國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)無需價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美分的成本對單個細(xì)胞進行轉(zhuǎn)錄組測序，有望真正實現(xiàn)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序的“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)胞的過程昂貴，但DNA組合條碼成本低廉。這正是這種單細(xì)胞測序新技術(shù)背后的設(shè)計思路。在論文中，研究團隊詳細(xì)闡述了SPLit-seq技術(shù)的工作原理。SPLit-seq技術(shù)無需對單個細(xì)胞進行分離；相反，這些細(xì)胞將被作其自身的RNA“隔離室”。同時，細(xì)胞池會被分成多個組，并將組合條形碼添加到它們的RNA中。這個過程會重復(fù)多次，為每個細(xì)胞的RNA引入一個獨特的組合條碼。這使得研究人員可以同時對許多細(xì)胞的基因表達進行分析，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程中，細(xì)胞被分布到一個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。因為每個孔都可以包含不同的生物樣品，所以在一個實驗中可以對多達96個樣本實現(xiàn)多路復(fù)用。”因此，以第一輪條形碼作為樣品識別標(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)量會隨著輪次呈指數(shù)增長，因此添加到第五輪條形碼或切換至384孔板格時，可以對更多數(shù)量的細(xì)胞進行處理。
也就是說，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個條形碼組合（在96孔板中引入三輪條形碼，然后進行第四輪的24個PCR反應(yīng)），足以特異性地標(biāo)記超過100萬個細(xì)胞。有了這些數(shù)字，單細(xì)胞測序的成本大大降低，成本限制將單純來自測序成本。作者表示：“很容易想象該技術(shù)的擴展應(yīng)用，比如基因panel的靶向測序現(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序深度。”
作為一家獨立的非營利性醫(yī)學(xué)研究機構(gòu)，艾倫研究所以腦科學(xué)研究聞名于世。來自艾倫研究所的科學(xué)家Bosiljka Tasic博士說道：“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，但是還沒有一種表征并對它們分類的通用方法。”
在論文中，研究團隊利用SPLit-seq技術(shù)對老鼠的大腦和脊髓組織進行了轉(zhuǎn)錄分析，對SPLit-seq技術(shù)進行了驗證。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個單核轉(zhuǎn)錄組，成功鑒定出100多個細(xì)胞類型，其基因表達模式與細(xì)胞功能、區(qū)域特異性和分化階段相對應(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，實驗成本只需一美分（單個細(xì)胞）。許多實驗室想要進行單細(xì)胞分析，但又不能負(fù)擔(dān)起昂貴的專用設(shè)備，SPLiT-seq大大降低了實驗室的門檻。“SPLiT-seq技術(shù)可以在任何實驗室中利用基本設(shè)備實現(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)化帶來驚喜。
來源：測序中國
