發布日期：2018-03-20

　　許多疾病，例如阿爾茲海默病和帕金森病，都源于某些類型細胞的功能障礙。對這些類型的細胞進行深度分析、發掘致病基因，將有助于了解疾病的病因和進展情況，進而幫助開發出相應的治療方法。通過單細胞RNA測序技術對細胞進行分類是現階段重要的研究方向，但是現有方法價格昂貴，且需要專門的設備，嚴重阻礙了單細胞研究的廣泛開展。

　　近日，一項最新研究成果為單細胞測序技術帶來了突破，有望將單個細胞的測序成本降至1美分。這項全新的單細胞轉錄組測序技術名為“SPLit-seq”，由美國艾倫研究所及華盛頓大學的科學家聯合開發。該技術無需價格昂貴的定制化微流體和微孔細胞分選設備，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胞進行轉錄組測序，有望真正實現單細胞轉錄組測序的“平民化”。相關研究成果于3月16日發表于著名學術期刊《科學》，論文題為“Single-Cell Profiling of the Developing Mouse Brain and Spinal Cord with Split-Pool Barcoding”。

　　分選單細胞的過程昂貴，但DNA組合條碼成本低廉。這正是這種單細胞測序新技術背后的設計思路。在論文中，研究團隊詳細闡述了SPLit-seq技術的工作原理。SPLit-seq技術無需對單個細胞進行分離；相反，這些細胞將被作其自身的RNA“隔離室”。同時，細胞池會被分成多個組，并將組合條形碼添加到它們的RNA中。這個過程會重復多次，為每個細胞的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胞的基因表達進行分析，并將它們為不同的類型。

　　文章作者指出：“在第一輪條形碼的添加過程中，細胞被分布到一個96孔板中，并使用特異性的條形碼引物，利用細胞內逆轉錄（RT）反應產生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個樣本實現多路復用。”因此，以第一輪條形碼作為樣品識別標志，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量會隨著輪次呈指數增長，因此添加到第五輪條形碼或切換至384孔板格時，可以對更多數量的細胞進行處理。

　　也就是說，利用這一技術，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），足以特異性地標記超過100萬個細胞。有了這些數字，單細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：“很容易想象該技術的擴展應用，比如基因panel的靶向測序現在甚至可以在非常大的細胞數量中受益，而且只需要很淺的測序深度。”

　　作為一家獨立的非營利性醫學研究機構，艾倫研究所以腦科學研究聞名于世。來自艾倫研究所的科學家Bosiljka Tasic博士說道：“要了解任何多細胞生物系統，我們都需要了解它的基本單元——細胞。大腦包含許多不同形狀和大小的細胞，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技術對老鼠的大腦和脊髓組織進行了轉錄分析，對SPLit-seq技術進行了驗證。具體而言，研究者使用SPLiT-seq技術分析了出生后第2天和第11天小鼠大腦及脊髓組織的156，049個單核轉錄組，成功鑒定出100多個細胞類型，其基因表達模式與細胞功能、區域特異性和分化階段相對應。“

　　該研究的通訊作者、華盛頓大學的合成生物學家Georg Seelig博士強調：”我們為特定的細胞類型添加了許多新的分子標記，實驗成本只需一美分（單個細胞）。許多實驗室想要進行單細胞分析，但又不能負擔起昂貴的專用設備，SPLiT-seq大大降低了實驗室的門檻。“SPLiT-seq技術可以在任何實驗室中利用基本設備實現，我們也期待該技術能為單細胞轉錄組學的更廣泛使用和標準化帶來驚喜。

來源：測序中國