谷研試劑-北大教授開發(fā)單細(xì)胞全轉(zhuǎn)錄組測序新技術(shù)

近日，北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心黃巖誼、湯富酬課題組在《美國科學(xué)院院刊》(PNAS)上發(fā)表題為“Microfluidicsingle-cellwhole-transcriptomesequencing”的論文。該研究利用微流控芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量單細(xì)胞的全轉(zhuǎn)錄組測序樣品準(zhǔn)備，全面提高了單細(xì)胞全轉(zhuǎn)錄組分析的準(zhǔn)確性和可靠性。

細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本功能單位，而在生物體內(nèi)沒有任何兩個(gè)細(xì)胞是*相同的。傳統(tǒng)的生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)研究，絕大多數(shù)情況下都是針對混合的大量細(xì)胞進(jìn)行的，無法觀察到單個(gè)細(xì)胞之間細(xì)微的差別。近年來不斷發(fā)展的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，提供了更加定量與客觀的證據(jù)，表明在許多關(guān)鍵生命過程例如胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化、疾病發(fā)生與發(fā)展等過程中，特定的單個(gè)細(xì)胞行為，以及其間的個(gè)體化差異與異質(zhì)性，導(dǎo)致了極其重要甚至是決定性的結(jié)果。而之前基于大量細(xì)胞平均測量所獲得的結(jié)果并無法正確反映復(fù)雜生物體系的全面真實(shí)信息，嚴(yán)重掩蓋了獨(dú)立個(gè)體樣本的行為以及生命現(xiàn)象中大量存在的隨機(jī)行為。針對單個(gè)細(xì)胞的研究，是細(xì)胞生命分析技術(shù)所追求的極限狀態(tài)，是對傳統(tǒng)技術(shù)的挑戰(zhàn)。

單細(xì)胞測序利用新一代的測序技術(shù)來分析單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的基因信息，成為解讀單細(xì)胞的*工具。單細(xì)胞全轉(zhuǎn)錄組測序是單細(xì)胞高通量測序需求量zui大的應(yīng)用，它所測定的是單個(gè)細(xì)胞內(nèi)所有基因的表達(dá)量，同時(shí)還可以測定除了mRNA分子外，其他長非編碼RNA(lncRNA)以及小RNA的含量，定量獲取單個(gè)細(xì)胞完整的表達(dá)譜。目前采用的新一代測序技術(shù)中，絕大多數(shù)方法都需要特定的前處理過程，制備“測序文庫”。而針對單細(xì)胞樣品，已有的方法均存在很多缺陷，導(dǎo)致檢測靈敏度不高、基因表達(dá)信息丟失嚴(yán)重、技術(shù)噪音高、操作失誤率高、重復(fù)性差。

為了解決這一矛盾，兩個(gè)課題組合作開發(fā)了新的文庫制備方法，將zui關(guān)鍵的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組文庫構(gòu)建步驟集成在一個(gè)微流控芯片上，可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)樣品的操作。這一技術(shù)的開發(fā)，大大減少了試劑用量，在反應(yīng)效率得到提升的同時(shí)地抑制了污染的發(fā)生，還減少了操作誤差，實(shí)現(xiàn)了更高的可靠性和更好的平行性。

通過對幾十個(gè)細(xì)胞的分析表明，這一方法可以有效地消除轉(zhuǎn)錄組高度動(dòng)態(tài)特性所帶來的測量差異，實(shí)現(xiàn)對單細(xì)胞異質(zhì)性的分析和判斷。通過多個(gè)細(xì)胞較低深度的轉(zhuǎn)錄組測序，可以獲取比同等成本下單個(gè)細(xì)胞高深度測序更重要的細(xì)胞異質(zhì)性信息，而更好地展現(xiàn)生物體系的復(fù)雜性、隨機(jī)性和動(dòng)態(tài)過程。而通過微流控芯片上的細(xì)胞操控和主動(dòng)俘獲過程，還可以擺脫其他類似方法中隨機(jī)俘獲的局限性，實(shí)現(xiàn)對極其少量細(xì)胞的*俘獲和反應(yīng)前的表型觀察，以更好地理解和驗(yàn)證單個(gè)細(xì)胞的異質(zhì)性。與已有的技術(shù)相比，這一工作展示了目前的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序檢測靈敏度和平行性。

黃巖誼博士同時(shí)任北京大學(xué)工學(xué)院教授，湯富酬博士同時(shí)任北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員。黃巖誼組博士后AaronStreets博士、趙亮博士和研究生張先念為論文的主要作者。這一工作得到了國家科技部973計(jì)劃、863計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委及霍英東教育基金會(huì)的資助。