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Illumina、Juno等技术巨头为啥同时下注单细胞测序?

来源:奇点网 2016-02-25 00:02

2016年头两个月,有一项技术受到了异乎寻常的关注。先后有多家生物技术公司将触手伸到在这一技术领域,包括测序巨头Illumina、CAR-T治疗巨头Juno、测序黑马10X Genomics、以及业务大而全的华大基因。

它们关注的这项技术叫单细胞测序。单细胞测序往简单了说就是对人体的单个细胞测序。

早在160年前,德国著名医学家、科学家Rudolf Ludwig Karl Virchow就认为,疾病不是某种器官整体的病变导致的,单个细胞才是疾病的基本单位。然而,一直到现在,各种疾病检测和诊断还是基于一块组织或者一管血液,根本就没有顾及各种细胞之间的差异性。

现在的基因测序更是存在这种弊病。取一块组织提取总DNA,然后测序分析。实际上,这种测序过程得到是个平均结果,并没有反应身体的实际情况,那些含量较少的变异基本都被“平均掉了”。

单细胞测序能做的就是,把病变组织的所有细胞全都测一遍,这样一来,就可以全面掌握疾病的信息,甚至可以预测疾病的发展动向。这就是单细胞测序的使用价值。

在大概了解单细胞测序之后,再来看看这些生物技术巨头打算拿这项技术做什么。

Illumina携手Bio-Rad进军单细胞测序

2016年1月11日是西历的“小光棍节”,就在这一天,Illumina和Bio-Rad宣布合作开发一项单细胞测序流程。

本次合作中双方优势互补,利用Bio-Rad一流的微滴分液技术和Illumina领先的NGS(next-generation sequencing)技术,开发出一款可以分析单个细胞遗传信息的新技术。

目前合作双方没有公布具体的合作细节,具体的解决方案将在2016年底或者2017年初公布。

实际上Illumina与Bio-Rad的合作更多的是希望将困难重重,费时又昂贵的单细胞测序技术提升到一个新台阶,使科研人员在认识人体发育和疾病发生上取得新的突破。

Juno为掌握单细胞测序收购AbVitro

还是在西历的“小光棍节”这一天,“不甘寂寞”的Juno宣布收购了AbVitro,理由是Juno看中了AbVitro世界领先的单细胞测序平台。

我们都知道Juno现在是CAR-T免疫治疗领域的一哥,它为什么想要掌握单细胞测序技术呢?Juno认为,装备了AbVitro世界领先的单细胞测序之后,它的CAR-T免疫疗法就可以称霸天下了。

传统的细胞免疫治疗在寻找结合靶点时也会忽略掉那些含量很低的靶点,然而最终可能就是这些被“平均掉”、“覆盖掉”的靶点,成为癌症复发转移的关键,正所谓“此消彼长”。

Juno打算利用AbVitro的单细胞测序技术尽可能多的分析癌细胞上的靶点。从理论上讲,如果可以找到癌细胞所有的靶点,免疫疗法就可以干掉所有的癌细胞,这样就可以有效的避免癌症的复发转移。这就是Juno的野心。

10X Genomics推出单细胞测序新产品

2月11日,基因测序领域的黑马10X Genomics宣布推出旗舰级测序新品Chromium,Chromium最为耀眼的功能是可以实现单细胞测序。Chromium是10X Genomics为大型专业实验室打造的一款测序设备,定价为12.5万美元,目前已经开始接受预定,预计7月底发货。

实际上早在2月9日,10x Genomics就跟Qiagen和Illumina达成了合作意向。Chromium平台正是10x Genomics与Qiagen先进技术结合的产物。

华大基因获得一项单细胞基因组分析美国专利

1月19日,美国专利局公布了华大基因申请的一项单细胞基因组分析技术专利,专利号为9238840。

早在2012年,华大基因在就在单基因测序上取得了不小的突破。当年3月份,华大在一期《细胞》杂志上同时刊登两篇单细胞测序的研究成果。华大的研究团队研发出了一种分析单细胞基因组的新方法,并将这种方法用于癌症的异质性研究。为从单核苷酸水平深入研究癌症发生、发展机制及其诊断、治疗提供了新的研究思路并开辟了新的研究方向。

从上述公司对待单细胞测序的态度中,我们可以看出,单细胞测序将促进我们对人体发育以及疾病生成的认识。这无疑将进一步提升未来疾病治疗的精确度。

单细胞测序——精准医疗的入场券

从1660年荷兰科学家列文虎克(Antony van Leeuwenhoek)发明显微镜以来,人类才对微观世界有了认识。直到1850年,德国医生Rudolf Virchow才将单细胞异常与疾病建立起联系(1)。然而,由于种种技术手段的制约,这种联系在随后的160多年间,并没有被有效的利用起来。

直到2005年,NGS技术的出现,单细胞测序技术才应运而生。2009年,现任北京大学研究员的汤富酬完成了世界首例单细胞RNA测序,两年后,冷泉港的Navin完成了世界首例单细胞DNA测序。汤和Navin等的研究直接促成了单细胞测序技术的诞生,在2013年单细胞测序技术全面爆发,被《科学》杂志评选为“2013年最具发展前景的六大科学项目之一”;2014年初,又被《自然方法》评为“2013年度技术”(2)。

哈佛大学终身教授、北京大学生物动力光学成像中心(Biodynamic Optical Imaging Center,BIOPIC)主任谢晓亮认为,从生物学和医学的角度讲,有四个问题需要单细胞测序解决(3):1)有些非常珍贵的研究材料数量非常少,例如卵细胞和循环肿瘤细胞(CTC);2)有些细胞基因组差异非常大,例如精子;3)随着时间的推移,一些细胞在分裂中会发生变异,所以组成同一个器官的细胞基因也存在差异;4)同一个病变组织中的细胞存在异质性,例如癌组织的异质性是癌症复发转移的主要原因。

随着人们逐渐意识到单细胞研究对认识人自身以及疾病的重要性,单细胞测序技术的诞生恰逢其时。目前单细胞测序已经广泛用于微生物学、神经学、人体发育、免疫、癌症、辅助生殖等领域的研究。其中癌症与辅助生殖研究已经用于临床。

在癌症诊治的临床应用中,利用单细胞测序分析癌组织遗传物质的变化可以更加准确的诊断癌症发生的原因,为治疗提供更加精准的靶点信息。同时,利用单细胞测序技术分析血液中罕见的CTC遗传信息的变化,可以有效监测肿瘤的变化。

在辅助生殖的临床应用中,结合了单细胞测序技术的胚胎植入前遗传诊断(preimplantation genetic diagnosis,PGD)和胚胎植入前基因筛查(preimplantation genomic screening,PGS),可以有效的避免试管婴儿的出生缺陷。我国在这一领域已经走在世界前列。

目前公认的最先进的单细胞测序技术为哈佛大学谢晓亮团队研发的MALBAC(multiple annealing and looping-based amplification cycles)技术。MALBAC技术由亿康基因科技有限公司引入中国。2014年9月19日,世界首例经MALBAC单细胞测序技术完成的单基因遗传病和染色体异常筛查的试管婴儿在北京大学第三医院诞生。截止目前已经有数个家庭受益与这一技术。

据北京大学报道,中国医学科学院院长曹雪涛认为,谢晓亮的MALBAC技术能够改变整个生物医学,其对未来精准医学的发展和应用的贡献是不可限量的。

实际上,单细胞测序是对精准医疗的一次纵深。这也是近期生物技术公司在该领域动作密集的主要原因。

参考文献:

1.Wang Y, Navin Nicholas E. 2015. Advances and Applications of Single-Cell Sequencing Technologies. Molecular Cell 58:598-609

2.Chi KR. 2014. Singled out for sequencing. Nat Meth 11:13-7

3.Huang L, Ma F, Chapman A, Lu S, Xie XS. 2015. Single-Cell Whole-Genome Amplification and Sequencing: Methodology and Applications. Annual Review of Genomics and Human Genetics 16:79-102

(生物谷 Bioon.com)

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