【研究】突破！中科院李春宇团队发布一步法完成单细胞样品制备和测序过程

基因组测序允许研究人员读取并破译任何从细菌到植物再到动物的任何 DNA遗传信息，这些信息使得我们能通过解码生命，来探寻生命的起源、历史、发展、规律、个体差异、现象及等等。它不仅帮助我们寻找促进发展的科学依据，也使我们加强了对生命的理解。

从1987到2000年，在来自于六个国家（美国、英国、法国、德国、日本和中国）的科学家组成的人类基因组计划研究团队的共同努力下，完成了人类基因组的绘制草图。为推动生物技术、基因工程、制药、生物进化和临床医学等奠定了重要的基础。

在新技术和计算机的强大推动下，测序技术发展迅速，百倍加速了单细胞测序过程。最普遍使用的解码方法是霰弹枪测序（shotgun sequencing）。但是，测序过程前的样品制备仍然繁琐滞后，成为阻碍单细胞技术得到更广泛应用的主要瓶颈。

为了解决这个问题，中国科学院青岛生物能源与生物过程技术研究所单细胞中心（QIBEBT，Stem Cell Centre, Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences）里以李春宇为主的五位研究人员开发出了将单细胞样品制备和测序方法结合到单一的、简化的过程，即模块式的可寻址动态液滴阵列平台（Addressable Dynamic Droplet Array, aDDA）。

在近期，其研究团队将研究成果发表在了《NANO MICRO small》期刊上，研究论文名为“Integrated Addressable Dynamic Droplet Array (aDDA) as Sub-Nanoliter Reactors for High-Coverage Genome Sequencing of Single Yeast Cells”。

该研究把所有样品制备步骤，包括单细胞分离获取、裂解、扩增和产物回收，均在亚纳升 (≈300 pL) 液滴内依次执行。是一种全流程集成式的动态液滴操控新方法。

aDDA能精准追踪单个细胞

“静态模式”的液滴微流控使研究人员能够准确鉴别和追踪包含目标单细胞的液滴，提高分离获取的可信度。”动态模式“便于添加试剂，实现连续流动地进行可控处理。将这两种方法结合在aDDA里，则能快速准确处理确定的细胞，以扩增核酸。

第一作者、QIBEBT 单细胞中心研究员李春宇说：“通常情况下，现有的单细胞测序方法无法在整个过程中追踪特定的细胞，即从样品制备到测序。这使得把基因组与相应细胞的特定功能匹配起来的过程变得模糊不定。解决方案在于将基于液滴的两个“动”“静”平台结合起来。”

李春宇强调：“对于样品制备来说，理想的液滴微流平台不仅需要具备良好的静态特征，例如能够准确鉴别追踪单独含有单细胞的液滴，而且还需要能在皮升（picolitre）程度上精确控制生化反应，即应对兆分之一升，这是比人眼能看到的小得多的尺度。在 aDDA 中，所有样品制备步骤，都在一个非常小的液滴内依次完成。这样，我们沿着整个单细胞，可以精准地追踪样品制备和测序过程。”

可测序91%的单细胞基因组

为了验证他们的方法，研究人员处理了单个酵母细胞的基因组。结果发现，与使用常规 20 µL 的多重置换扩增 (multiple displacement amplification, MDA) 反应的平均值 26% 相比（即从单个细胞中恢复约26%的基因组并进行测序），aDDA 大幅度降低了MDA的扩增偏差，并将单酵母细胞基因组覆盖率提高到了91%（即能够对91%的单细胞基因组进行测序）。

“目前，因为检索步骤是手动的，该平台的吞吐量仍然受限，”单细胞中心副主任、本研究的资深作者马波说。他提到该团队正在努力使检索过程自动化：“尽管如此，通过结合编入索引的“静态”液滴阵列和“动态”液滴操作的优势，在单个细胞分辨率的程度下探索表型-基因型链接来探索地球上大量的生命形式，aDDA应能得到广泛应用。”

原文链接：

1.https://phys.org/news/2021-08-approach-genome-sequencing-advance-single-cell.html

2.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202100325

参考链接：

1.https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%BA%E7%B1%BB%E5%9F%BA%E5%9B%A0%E7%BB%84%E8%AE%A1%E5%88%92/439360fromtitle=Human%20Genome%20Project&fromid=23512436&fr=aladdin

2.https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%BA%E7%B1%BB%E5%9F%BA%E5%9B%A0%E7%BB%84/642487?fr=aladdin

3.http://www.single-cell.cn/yjdw/yg.htm

4.http://www.single-cell.cn/info/1044/1897.htm

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。