人類、草莓、蜜蜂、雞和大鼠等許多生物體都已經(jīng)進行過DNA測序。如果說測序個別物種具有挑戰(zhàn)性，那么測序單個細胞的DNA無疑更難。　

　　謝曉亮院士研發(fā)出單細胞測序新技術

　　為了獲得足夠的DNA進行測序，通常需要數(shù)以千計或甚至數(shù)以百萬計的細胞。而找出哪種突變存在于哪種細胞中幾乎是不可能的，只存在于少數(shù)細胞(如早期癌細胞)中的突變也基本上被掩藏。

　　發(fā)表在最新一期(12月21日)《科學》(Science)雜志上一項新技術為我們提供了一種拷貝DNA的途徑，從而使得單細胞中90%的基因組能夠被測序。這種方法使得檢測單細胞中較小的DNA序列變異變得更容易，因此能夠發(fā)現(xiàn)個別細胞之間的遺傳差異。這樣的差異可以幫助解釋癌癥惡化的機制，生殖細胞形成機制，甚至是個別神經(jīng)元的差異機制。

　　領導這一研究是著名華人科學家、美國國家科學院院士謝曉亮(Sunney Xie)教授，謝曉亮教授出身于化學世家，其父為北大化學與分子工程學院著名教授謝有暢。謝教授畢業(yè)于北大化學系，1985年赴加州大學圣地亞哥分校攻讀博士，1999年被聘為哈佛大學化學與生物系終身教授，是該校僅有的兩位中國大陸的終身教授之一。目前其研究重點是單分子光譜檢測及其在生命科學中的應用。謝教授曾獲美國物理學會的青年光譜學家獎、以色列總統(tǒng)獎等多項殊榮，現(xiàn)已被聘為北大化學與分子工程學院客座教授。

　　為了測序單個細胞，研究人員必須首先利用包括PCR在內的技術生成大量的DNA拷貝。然而這些技術存在的一個缺點是：基因組的某些部分相比另一些會生成更大量的拷貝，這一問題被稱作擴增偏倚(amplification bias)，這會導致基因組最少拷貝的區(qū)域淹沒，從而無法檢測到它們。因此，大多數(shù)都嘗試讓單細胞測序覆蓋達到平均大約為基因組的70%——而典型的大約為40%。

　　在新研究中，謝曉亮教授和同事們開發(fā)了一種稱作多重退火和成環(huán)循環(huán)擴增(multiple annealing and looping-based amplification cycles ，MALBAC)的技術，使得他們能夠測序單個人類細胞93%的基因組。在MALBAC中，研究人員首先分離出來自單細胞的DNA，然后添加稱作引物的短DNA分子。這些引物可與DNA的隨意部分互補，從而使得它們能夠附著到DNA鏈上，充當DNA復制起點。

　　這些引物由兩個部分構成——一個包含8個核苷酸的粘性部分變化多樣，可與DNA結合，再加上一個包含27個核苷酸的共同序列。這一共同序列可防止DNA太多次拷貝，大大地降低了擴增偏倚。通過將自身摻入到新拷貝鏈，從而自身成環(huán)，防止了過度拷貝。

　　簡易方法

　　“MALBAC開啟了一扇通往許多重要問題的大門，”加州大學圣地亞哥分校任兵(Bing Ren)說。例如，可用它來檢測突變累積的速度，尋找一個細胞群中的基因拷貝數(shù)變異和染色體異常。相比其他測序方法，它還可以幫助檢測更多基因組的變異。

　　“我認為人們將會立即開始利用它，” James Eberwine說。Eberwine在賓夕法尼亞大學Perelman醫(yī)學院從事單細胞遺傳學研究。他補充說研究人員或許不得不調整條件，例如引物與基因組DNA的比率，從而能夠開展實驗工作。

　　不過，盡管MALBAC相比其他技術對基因組的覆蓋更為完全，它并不完美。其仍然錯過了大約三分之一的單核苷酸變異。此外，拷貝DNA的酶容易出錯，因此拷貝過程本身可以引入不存在于細胞中的變異。

　　MD安德森癌癥中心的Nicholas Navin說，謝曉亮需通過比較來自三個密切相關細胞的單個測序基因組，才能夠除去所有的假陽性。這樣將會增加成本，可能不適合某些組織樣品。