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大家好呀！今天小果又為大家?guī)砹藛渭毎麥y序的解讀。

單細胞測序，通俗地說，就是在單個細胞水平上，對基因組、轉(zhuǎn)錄組及表觀基因組水平進行測序的技術(shù)。相較于傳統(tǒng)測序技術(shù)而言，單細胞測序技術(shù)可以檢測出混雜樣品測序時所無法得到的異質(zhì)性信息，可以解決多細胞測序測得一堆細胞中信號的均值而丟失細胞異質(zhì)性信息的問題。那么單細胞測序是如何實現(xiàn)的呢？接下來小果將帶你讀懂整個測序流程。

單細胞測序的流程包括：單細胞的分離制備、遺傳物質(zhì)（mRNA或DNA）的提取擴增、遺傳物質(zhì)的高通量測序。

（1）單細胞的分離制備：在單細胞測序中，我們需要將組織中的細胞群分離成單個細胞，這是該測序技術(shù)的一大難點，我們可以使用的分離技術(shù)有梯度稀釋法、顯微操作技術(shù)、熒光激活細胞分選、微流控技術(shù)、激光捕獲顯微切割等。

使用微流控技術(shù)獲取單細胞：通過微流控芯片將單個細胞捕獲至油滴，這種方式的優(yōu)點是細胞通量高，周期快速，成本低，細胞捕獲效率高，并且商業(yè)化儀器操作簡便。其核心思想是將不同的細胞賦予一段不同的barcode序列，建庫時，攜帶相同barcode序列的核酸分子被認為來自同一個細胞，人們就可以一次性為成百上千的細胞建庫并順利區(qū)分它們。

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圖 1??單個細胞的主要分選方式

核心策略包括兩種：一種是將單個細胞分離出來，然后獨立構(gòu)建測序文庫；另一種是基于標簽（Barcode）的單細胞識別。小果查閱對比兩種策略發(fā)現(xiàn)，策略一在面對樣本量巨大的細胞群時，不僅會受到成本的限制，而且最終的通量也會非常低。而策略二巧妙運用標簽使得單細胞識別的效率得到了提高，該策略不需要挨個分離并提取單個細胞，僅需要給每個細胞加上一個獨一無二的核酸序列標簽再進行測序分析即可。

（2）基因組擴增：該步驟的目的是使得單個細胞中的DNA或RNA含量達到測序的要求。在這里小果為大家介紹目前主要的兩種擴增方法：單細胞全基因組擴增和單細胞轉(zhuǎn)錄組擴增。

單細胞全基因組擴增是通過將單個細胞溶解，得到微量基因組DNA并進行高效地擴增，最終獲得高覆蓋度的單細胞基因。單細胞轉(zhuǎn)錄組擴增則需要通過PCR技術(shù)將mRNA逆轉(zhuǎn)錄為cDNA，并建立相關(guān)的cDNA文庫以實現(xiàn)基因組的擴增。

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?（3）高通量測序：基于二代測序平臺的單細胞基因組測序技術(shù)（scWGS）作為一種功能強大的工具，可以在單細胞層面研究全基因組水平的遺傳變異，包括拷貝數(shù)變異（CNV）和單核苷酸變異（SNV）等，進而可用于研究細胞間的遺傳異質(zhì)性、細胞譜系分化、克隆演化等問題。二代測序平臺雖然測序準確度，但是其測序讀長相對較短，僅有幾百bp，因此小果發(fā)現(xiàn)已有的基于二代測序平臺的單細胞基因組測序技術(shù)更適用于檢測基因組拷貝數(shù)變異（CNV）、短的插入缺失（Indel，50bp）等的檢測。

單細胞測序的應用

單細胞測序能夠揭示單個細胞在基因結(jié)構(gòu)和基因表達狀態(tài)，反應細胞間的異質(zhì)性。隨著精準治療時代的來臨，其已應用于腫瘤檢測、胚胎發(fā)育、免疫細胞治療及干細胞分化等一系列生物醫(yī)學的研究和臨床研究中，正成為生命科學研究的焦點。

（1）新冠治療研究中的應用

2020年7月，北京大學謝曉亮團隊在Cell上發(fā)表了一篇關(guān)于新冠病毒特效藥的文章。此項目首先從60名新冠康復病人的血液中分離出B細胞，利用單細胞轉(zhuǎn)錄組+單細胞BCR測序技術(shù)對這些B細胞進行檢測，篩選出8558種病毒蛋白結(jié)合抗體序列，并找出14株高活性的中和抗體。之后進行小鼠實驗，最終成功篩選出一種非常有效的中和抗體BD-368-2。經(jīng)實驗證實，此中和抗體可以大幅度提升新冠治愈率，縮短治愈時間，甚至可以提供短期的病毒免疫，在治療和預防方面都發(fā)揮重要作用。

（2）阿爾茨海默病研究中的應用

來自美國麻省理工學院的研究人員首次對阿爾茨海默病患者的單個腦細胞中表達的基因進行了綜合分析。所獲得的分析結(jié)果允許他們鑒定出在神經(jīng)元和其他類型的腦細胞中受到影響的獨特細胞通路。這一分析可能為阿爾茨海默病提供許多潛在的新型藥物靶點。

通過該測序技術(shù)，研究者不僅能夠分析最豐富的細胞類型，包括興奮性和抑制性神經(jīng)元，而且還能分析稀有的非神經(jīng)元腦細胞，如少突膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞。

好了，關(guān)于單細胞測序技術(shù)的詳細內(nèi)容就介紹到這里了。小伙伴們?nèi)绻惺裁磫栴}，歡迎在評論區(qū)和小果一起討論哦！

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