透视单细胞DNA分析

  人物简介： Gajus Worthington，美国Fluidigm公司创始人、CEO。 近年来， 他领导之下的Fluidigm公司将其独特的微流控芯片技术，开发了其包括C1、Biomark、Polaris等在内的单细胞分析产品线，在单细胞分析领域占有重要的一席之地。

  Fluidigm公司很早就开始专注单细胞分析这一研究领域，目前细细胞转录组分析已经在基础和临床研究中丰富的成果，您认为单细胞分析下面步将会如何发展？
  虽然单细胞RNA表达的分析为我们理解基本的生物过程提供了巨大的帮助，但是Fluidigm公司相信通过单细胞基因组学的研究手段进行探索的步伐正在加速。
  在过去5年里，孜孜不倦的研究者们运用单细胞基因表达分析的方法在肿瘤，免疫学，神经生物学以及发育和干细胞生物学方面获得了许多重大突破。
  我最喜爱的一些研究先驱包括：Guo et al., (Developmental Cell 18 (2010): 675–85) 他们重新定义了早期胚胎的发育过程；Diehn et al., (Nature 458 (2009): 780?–3) 他们发现了肿瘤干细胞的死穴；Buganim et al., (Cell 150 (2012): 1,209–22) 他们拓展了我们对iPSC分化的理解；Shalek et al., (Nature 498 (2013): 236–40) 他们揭示了对细菌的非同步的免疫反应。这些团队都在一些全新的领域留下了他们的足迹，这使得我们Fluidigm公司能够用我们制造的工具：Biomark和C1在探索单细胞基因组学的过程中发挥重要角色。

  单细胞基因组分析可以给基础和临床研究带来怎样的帮助？
  虽然单细胞基因组学的领域主要是通过RNA研究从一个小的方向成长为一个全新的内容丰富的生物学研究方向，但是在单细胞水平的DNA分析也是同样重要的。在转录本研究领域，现在大家清楚，大量细胞的分析会把表达谱的异质性平均化，从而掩盖了具有生物学意义的重要数据。单细胞表达谱研究呈现了个体的信号，可以揭示一幅完全不同和更准确的图像。在DNA分析中也有同样的情况，这还需要被大家广泛接受。
  通过大量细胞测序，我们无法了解细胞间突变的分布，基因的重排以及拷贝数的变化，这一信息是非常重要的。然而，单细胞DNA测序能让我们精确地知道DNA上的变化是怎样分簇的。例如Wang et al., (Nature 512 (2014): 155–160) 通过单细胞DNA测序阐明了肿瘤的克隆结构以及突变的种系。这一发现为肿瘤的治疗提供了一套全新的思路，因为它找到了最早发生的那些变化，而这些变化可以成为最有效的靶标。
  另外，这可以教会我们怎样去治疗没有显性克隆的肿瘤。Wang et al. 他们并不是唯一的例子—其他前沿的研究显示单细胞DNA测序很快会被发表。Fluidigm公司最近发布了来自于McGill 大学的肿瘤研究的先驱Jiannis Ragoussis博士的工作，他在靶向的单细胞DNA测序方面获得重大突破。（请看视频"Striving for a Cancer Cure, One Cell at a Time " 以了解更多。(https://cn.fluidigm.com/media)

  相对于单细胞全基因组测序，单细胞全外显子基因组测序的优势体现在哪些方面？Fluidigm在此方面主要做了哪些工作？
  单细胞DNA测序揭示了重要的细胞异质性，然而测序的高成本和在单分子水平进行全基因组扩增（WGA）的不佳表现阻碍了单细胞DNA测序的广泛使用。由于全基因组测序耗资数千美元，所以即使是小实验也相当昂贵。 全外显子组测序可以大大降低测序成本，但是富集的工作需要耗费几百美元一个细胞。分析几百个单细胞的全外显子组的研究就会变得相当昂贵。另外，在96孔板上进行的单细胞WGA方法被发现会引入大量的假象。(PLoS ONE 9(8) (2014): e105585). Fluidigm公司在单细胞基因组学发展中清楚地意识到这些挑战，并为之努力了好几年。我们把聪明才智和微流控技术用到解决这些问题上，虽然极富挑战性,但正如其他任何伟大的事业---成果颇丰!
  今年9月，我们发布了C1仪器上的单细胞全外显子组流程，我相信这是自我们发布单细胞mRNA测序后对单细胞基因组学所做的最重要的贡献。简而言之，我们使单细胞全外显子组测序成为可能，而且我们相信这将会使单细胞基因组学研究产生众多的全新发现。我们把单细胞全外显子组测序的样品准备成本降低到不足25美元一个细胞。另外，我们还把所需的测序的数量大大降低；大量细胞的研究通常需要100X或更高的覆盖率，而我们只需要30X或更低的覆盖率就能从单个细胞中获得高质量的数据。
  我们相信单细胞全外显子组测序将会开启生物学研究的全新篇章。Fluidigm公司为C1仪器建立了一套单细胞全外显子组工作流程，这将使研究者们可以探索单细胞DNA异质性。 单细胞基因组学研究在过去几年发展很快，我们期待未来会有更多的全新发现。

（转化医学网360zhyx.com）