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单个细胞转录组测序成本降至1美分!《科学》期刊发布重磅SPLit-seq技术

来源:测序中国 2018-03-20 10:57

 

许多疾病,例如阿尔兹海默病和帕金森病,都源于某些类型细胞的功能障碍。对这些类型的细胞进行深度分析、发掘致病基因,将有助于了解疾病的病因和进展情况,进而帮助开发出相应的治疗方法。通过单细胞RNA测序技术对细胞进行分类是现阶段重要的研究方向,但是现有方法价格昂贵,且需要专门的设备,严重阻碍了单细胞研究的广泛开展。

近日,一项最新研究成果为单细胞测序技术带来了突破,有望将单个细胞的测序成本降至1美分。这项全新的单细胞转录组测序技术名为“SPLit-seq”,由美国艾伦研究所及华盛顿大学的科学家联合开发。该技术无需价格昂贵的定制化微流体和微孔细胞分选设备,而是引入了成本低廉的组合条形码,能够以约1美分的成本对单个细胞进行转录组测序,有望真正实现单细胞转录组测序的“平民化”。相关研究成果于3月16日发表于著名学术期刊《科学》,论文题为“Single-Cell Profiling of the Developing Mouse Brain and Spinal Cord with Split-Pool Barcoding”。

分选单细胞的过程昂贵,但DNA组合条码成本低廉。这正是这种单细胞测序新技术背后的设计思路。在论文中,研究团队详细阐述了SPLit-seq技术的工作原理。SPLit-seq技术无需对单个细胞进行分离;相反,这些细胞将被作其自身的RNA“隔离室”。同时,细胞池会被分成多个组,并将组合条形码添加到它们的RNA中。这个过程会重复多次,为每个细胞的RNA引入一个独特的组合条码。这使得研究人员可以同时对许多细胞的基因表达进行分析,并将它们为不同的类型。

文章作者指出:“在第一轮条形码的添加过程中,细胞被分布到一个96孔板中,并使用特异性的条形码引物,利用细胞内逆转录(RT)反应产生cDNA。因为每个孔都可以包含不同的生物样品,所以在一个实验中可以对多达96个样本实现多路复用。”因此,以第一轮条形码作为样品识别标志,可以并行分析大量的多种类样品,从而最大限度地减少了批次影响。由于特异性条形码的数量会随着轮次呈指数增长,因此添加到第五轮条形码或切换至384孔板格时,可以对更多数量的细胞进行处理。

也就是说,利用这一技术,研究人员只需在96孔板上添加DNA条码,就可以得到21,233,664个条形码组合(在96孔板中引入三轮条形码,然后进行第四轮的24个PCR反应),足以特异性地标记超过100万个细胞。有了这些数字,单细胞测序的成本大大降低,成本限制将单纯来自测序成本。作者表示:“很容易想象该技术的扩展应用,比如基因panel的靶向测序现在甚至可以在非常大的细胞数量中受益,而且只需要很浅的测序深度。”

作为一家独立的非营利性医学研究机构,艾伦研究所以脑科学研究闻名于世。来自艾伦研究所的科学家Bosiljka Tasic博士说道:“要了解任何多细胞生物系统,我们都需要了解它的基本单元——细胞。大脑包含许多不同形状和大小的细胞,但是还没有一种表征并对它们分类的通用方法。”

在论文中,研究团队利用SPLit-seq技术对老鼠的大脑和脊髓组织进行了转录分析,对SPLit-seq技术进行了验证。具体而言,研究者使用SPLiT-seq技术分析了出生后第2天和第11天小鼠大脑及脊髓组织的156,049个单核转录组,成功鉴定出100多个细胞类型,其基因表达模式与细胞功能、区域特异性和分化阶段相对应。”

该研究的通讯作者、华盛顿大学的合成生物学家Georg Seelig博士强调:“我们为特定的细胞类型添加了许多新的分子标记,实验成本只需一美分(单个细胞)。许多实验室想要进行单细胞分析,但又不能负担起昂贵的专用设备,SPLiT-seq大大降低了实验室的门槛。”SPLiT-seq技术可以在任何实验室中利用基本设备实现,我们也期待该技术能为单细胞转录组学的更广泛使用和标准化带来惊喜。(生物谷Bioon.com)

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