哈佛大學的科學家與Bio-Rad實驗室的研究人員合作，開發了一種快速單細胞測序的新平臺。該方法結合了微流體和新型軟件來擴大單細胞ATAC-seq，該細胞識別基因組的部分區域，這些基因組是開放的，可供調節蛋白質使用。

什么是單細胞測序?

我們都是從單個細胞開始，但很快變成了數萬億。第一個細胞中的基因組被復制到所有其他細胞中 - 那么我們如何最終得到這么多不同的細胞類型呢?多年來，科學家們一直試圖弄清楚基因在不同細胞中的發育過程中是如何開啟和關閉的，因此細胞可以發揮特定的功能。

單細胞測序改變了這一研究領域，使科學家們能夠研究單個細胞中的基因，而不是大塊組織。在批量研究細胞時，該集合可能看起來是統一的，但實際上包含許多不同的細胞類型。因此，結果代表平均值。他們指出研究人員的方向很有前景，但沒有提供準確的見解。

通過允許研究人員一次只檢查一個細胞，單細胞測序正在重新定義解剖結構。它篩選出表面上看起來相似的細胞，突出了新的細胞類型，極大地提高了尋找能夠驅動身體健康功能或疾病過程的單個基因的能力。

ATAC-SEQ

在這項研究中，研究人員專注于一種稱為ATAC-seq的測序(使用測序對轉座酶 - 可及的染色質進行測定)。每個人體細胞含有兩米長的DNA，緊密地包裹在微觀核中。ATAC-seq可識別DNA的哪些部分被解開并可被蛋白質接近。

“這有點像打開一個多維的行李箱去拿衣服，”該研究的聯合主要作者和哈佛大學杰森布魯斯特羅的實驗室的博士后研究員Fabiana Duarte說。“如果可以獲得基因組的一部分，酶可以切割并標記它。然后我們找到所有標記DNA的序列。”

基因受許多不同的蛋白質控制。例如，轉錄因子與一片DNA結合并帶來讀取它的機器。有無數的轉錄因子，每一個都識別并結合非常特異的DNA序列。該序列稱為motif，因為它非常具體，所以可以在ATAC-seq數據中標記。

自Buenrostro及其同事于2013年首次開發ATAC-seq以來，該領域發展迅速。該技術無處不在地用于基因組學界，例如人類細胞圖譜項目，用于理解和繪制基因組功能。但是復雜的過程耗時且效率低，只有一小部分細胞產生可靠的結果。

擴大

本研究中開發的新方法使ATAC-seq更有效。在先前的方法使得每次反應可以分析100個細胞的情況下，新方法描述了50,000個。

“我們已經對它進行了擴展，因此我們可以直接在人體組織中分析許多細胞。方法很簡單，因此您可以在一天內完成實驗，從頭到尾。這將使研究人員能夠實現更多目標。哈佛大學干細胞和再生生物學系的助理教授布魯斯羅斯特說，這個時間要短得多。

單細胞測序中最大的挑戰之一是分離待研究的細胞。新方法使用微流體和液滴解決了這個問題。

“我們與Bio-Rad團隊合作開發了這種方法，”Duarte說。“設備的一個通道提供一個細胞，另一個通道添加一個珠子 - 每個珠子都有一個條形碼標簽。在它們相遇的地方，有油 - 所以你會得到液滴。每個液滴都有一個細胞和一個珠子。你可以添加很多細胞進入設備以獲取單獨標記細胞的數據。“

但任何計算生物學家都會告訴你，魔鬼就在細節之中。

“理想情況下，每個液滴中都有一個珠子。但實際上，為了確保每個細胞都被貼上標簽，液滴最終可能會有一個以上的珠子，”布魯斯特羅的實驗室聯合主編兼研究生Caleb Lareau說。 。“我們的新軟件可識別這些情況并將它們合并，因此您可以識別最初可能看起來很多的單個細胞。”

“由于實驗和計算方面的創新，我們現在可以獲得放入機器的95%電池的配置文件。大約20%到30% - 就像白天和黑夜一樣，”Lareau說。

加快研究

“這種液滴方法將作為現成技術提供給所有領域的生物醫學研究人員，我為我們幫助它進入這一階段而感到自豪，”同時也是哈佛大學教員的布魯斯特羅特說。干細胞研究所。“在這項研究中，我們還在方法中開發了一種方法：條形碼添加了另一層標記，使我們可以增加十倍或更多的細胞數量。它會改變您可以提出的問題，以及您能找到多快的速度答案 - 我認為我們現在看到研究的進展要快得多。“