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《自然—方法学》年度方法:单细胞测序—新闻—科学网

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-12-21 编辑:人生语录
资料来源:科学网发布时间:2014年

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《自然—方法学》年度方法:单细胞测序

2014年1月《自然—方法学》(自然方法)发表年度专题报告,将“单细胞测序”的应用列为2013年最重要的方法进展。

近年来,基于单细胞测序技术的科学研究进展迅速,其结果有望为一些重要的医学问题提供新的解决方案。本文综述了2013年单细胞测序技术在人类早期发育、癌症和神经科学研究等几个关键领域的最新应用成果。文章特别指出,中国北京大学的一些研究团队在这方面做了大量出色的工作,做出了突出的贡献。

单细胞基因组扩增新技术(MALBAC)最早由哈佛大学的谢晓亮教授发明,相关论文于2012年发表在《科学》杂志《科学》上。该方法通过形成闭环来防止重复复制DNA片段,从而保持了DNA扩增的一致性,解决了传统方法对单细胞基因组扩增的偏好性强的问题。这一突破在单个细胞水平上实现了整个基因组93%的高覆盖率,并且还可以准确检测单个肿瘤细胞中的染色体拷贝数异常。

2013年是单细胞基因组学快速发展的一年。谢晓亮教授创办的北京大学生物医学中心在这一领域做出了重要贡献。2013年,谢晓亮教授的哈佛大学研究团队与北京大学的生物医学李瑞强研究团队合作,将MALBAC技术应用于人类单精子基因组测序。他们扩增了来自亚洲男性的99个精子的单细胞全基因组,并使用高通量测序技术对每个精子进行两倍深度的测序。这项工作首次实现了单个精子的全基因组测序,并为男性构建了高精度的遗传图谱。相关论文发表在《科学》杂志上。

美国科学院院士、斯坦福大学教授斯蒂芬奎克(Stephen Quake)评论道:“从聚合酶链反应技术发明的那天起,人们就一直试图应用它来分析单个细胞的基因组和转录组,但是单细胞测序直到今天才开始迅速发展。”

单细胞检测技术也开始在癌症研究中发挥重要作用。2013年12月,北京大学肿瘤医院生物医学白帆研究员与谢晓亮教授团队和王杰教授团队联合发表了一篇关于《美国科学院院刊》 (PNAS)的文章。对癌症患者单个外周血循环肿瘤细胞的全基因组和外显子组进行高通量测序。发现某型肺癌患者所有循环肿瘤细胞都存在特定的基因拷贝数变异(CNV)模式,而不同肿瘤细胞的基因组拷贝数变异模式不同,为癌症的早期诊断提供了新的机会。这也是世界上首次实现外周血循环肿瘤细胞基因组的高通量测序,标志着利用循环肿瘤细胞基因组测序信息进行肿瘤无创诊断的时代的到来。

由于人类早期胚胎中的细胞数量非常稀少且难以获得,单细胞测序技术对于早期胚胎发育的研究无疑具有不可替代的意义。2013年12月,北医科大学第三医院的谢晓亮教授的生物芯片团队、唐傅佥的研究团队和巧姐教授的团队联合发表了一篇关于《细胞》 (Cell)的文章,对单个人类卵细胞进行了高精度全基因组测序研究。这项研究首次详细描述了单个人类卵子的基因组,并建立了人类女性的个人遗传图谱。这项工作可以有效帮助接受辅助生殖的妇女检测并排除染色体数目异常的胚胎和同时携带单基因突变的胚胎,从而在降低严重先天性遗传缺陷婴儿出生率的同时,大大提高辅助生殖的成功率,提高人口素质。目前,该研究小组正试图将这项技术应用于胚胎植入前基因诊断的临床试验。受益于这一技术的第一个婴儿将于2014年出生,这为这一技术方法的广泛应用带来了希望。

2013年,唐傅佥研究组和李瑞强研究组与北方医科大学第三医院巧姐教授合作,利用单细胞转录组测序技术分析人类早期胚胎细胞不同时期的基因表达。这项研究发现了2000多种新的长非编码核糖核酸,它们可能参与早期胚胎基因表达的调节。这项工作发表在《自然—结构与分子生物学》杂志上。基因的表达模式与基因的明显修饰密切相关。因此,单细胞脱氧核糖核酸甲基化分析可以用来研究癌细胞的特定机制,但以前的标准方法只能同时分析50-100个细胞。同样在2013年,唐傅佥的研究小组首次成功测序了单个细胞的脱氧核糖核酸甲基化组。

表观遗传学专家沃尔夫莱克充分肯定了单细胞测序分析的意义。他在2013年单细胞会议上说:“我以前不是单细胞团队的成员,但我很高兴看到单细胞技术正如此快速地推进所有领域。有了新技术,我们将解决更令人兴奋的生物问题。”

文章指出单细胞测序技术仍处于快速发展过程中,相信在不久的将来会出现新一代更好的技术。科学家们期待在新技术的推动下,癌症、生殖发育、神经科学、免疫等领域取得突破。

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