单细胞测序应用及研究实例

最近几年，关于单细胞测序的报道日益增多，越来越多与单细胞测序有关的研究也发表在顶级期刊上，这些都表明，单细胞测序已逐渐成为科研热点。作为“在单个细胞水平上对基因组进行测序”的单细胞测序技术能够解决上述难题。与传统的全基因组测序相比，单细胞测序不仅测量基因表达水平更加精确，而且还能检测到微量的基因表达子或罕见非编码RNA，其优势是全方位和多层次的。

单细胞测序应用实例

单细胞测序技术应用于癌症无创诊断

北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心白凡研究员和谢晓亮教授团队与北京大学肿瘤医院的王洁教授团队合作共同在《PNAS》上发表文章，对于癌症病人单个外周血循环肿瘤细胞（CTC）的全基因组、外显子组进行了高通量测序，发现在某一类肺癌患者的所有循环肿瘤细胞中存在着一种特定的基因拷贝数变异（CNV）模式，而不同癌种CTC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全新的契机。这也是国际上首次实现对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时代的到来。

单细胞检测技术在生殖领域的应用

2014年9月19日，世界首例经MALBAC（multiple annealing and looping-based amplification cycles，是目前最先进的单细胞全基因组扩增技术）基因组扩增高通量测序进行单基因遗传病和染色体异常同时筛查的试管婴儿在北京大学第三医院诞生，这标志着我国胚胎植入前遗传诊断（PGD）技术已处于世界领先水平。

2015年12月10日，解放军总医院诞生了一对特殊的双胞胎—国内首例应用单细胞扩增技术（MALBAC）同时进行PGD/PGS阻断了遗传性耳聋的健康双胞胎。

单细胞测序的技术有哪些

1、MALBAC：多重退火和成环循环扩增技术（Multiple Annealing and Looping-Based Amplification Cycles）

由哈佛大学终身教授、美国科学院院士谢晓亮教授研发的多重退火和成环循环扩增技术，降低PCR扩增偏倚，使得单细胞中93%的基因组能够被测序。这种方法使得检测单细胞中较小的DNA序列变异变得更容易，因此能够发现个别细胞之间的遗传差异。这样的差异可以帮助解释癌症恶化的机制，生殖细胞形成机制，甚至是个别神经元的差异机制。

技术论文：Genome-Wide Detection of Single-Nucleotide and Copy-Number Variations of a Single Human Cell

2、基于芯片实验室技术的单细胞测序

由斯坦福大学Stephen Quake研发的基于芯片实验室技术的单细胞测序，是基于“lab on a chip”微流控芯片实验室开发，本技术设计了一种路线，用液体载运细胞通过一连串显微管道和微阀门，当细胞挨个进入各自的小空位时，它们的DNA就会被提取出来，经过复制用于进一步分析。此外，本技术不仅能分离细胞，还能用化学试剂将细胞混合起来，通过检测反应过程中的荧光发射获得它们的基因编码。所有这些都能在芯片上完成，不仅操作简单，而且成本效益高。Stephen Quake已利用此技术完成了第一例人类单细胞测序，现在他正利用这项技术研究精子细胞中的重组并分析突变率。

技术论文：Genome-wide Single-Cell Analysis of Recombination Activity and De Novo Mutation Rates in Human Sperm