想象一下有人遞給你一杯奶昔，要你鑒別出里面所有的東西。或許你能夠辨別出有一點(diǎn)點(diǎn)的草莓或是酸奶的味道。但總體上它的味道就像是無(wú)法分辨的成分構(gòu)成的混成品。
現(xiàn)在再想象一下，這杯奶昔是由來(lái)自大腦的2萬(wàn)個(gè)碾碎了的細(xì)胞所組成。你可以通過(guò)測(cè)試來(lái)確定樣本中有什么分子，這就是科學(xué)家們現(xiàn)在所做的事情。這當(dāng)然會(huì)提供給你有用的信息，但它無(wú)法告訴你這些分子最初來(lái)自哪個(gè)細(xì)胞，它只會(huì)提供整個(gè)奶昔的平均細(xì)胞概況。
談到我們身體的組織，平均數(shù)幾乎總是有誤導(dǎo)性。正如你知道沒(méi)有叫做一種草莓香蕉菠菜橙子酸奶的“平均”的食物一樣，科學(xué)家們知道組織中也不止一種細(xì)胞類型。
哈佛醫(yī)學(xué)院系統(tǒng)生物學(xué)教授和系統(tǒng)生物學(xué)系主任Marc Kirschner說(shuō)：“如果你取得一大塊組織，將它磨碎分析RNA，你就不會(huì)知道它表明了群體中的每個(gè)細(xì)胞在做什么，或是群體中沒(méi)有任何一個(gè)細(xì)胞在做的事情。”
麻煩的是，一次一個(gè)細(xì)胞或一種細(xì)胞類型這樣來(lái)確定組織的特征既昂貴、費(fèi)時(shí)又棘手。
Kirschner和哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)助理教授Steven McCarroll在5月21日的《細(xì)胞》(Cell)雜志上發(fā)表了兩篇獨(dú)立的論文稱，他們的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出了一些高通量技術(shù)，能夠在樣本進(jìn)入到攪拌器中去之前，快速、輕松、廉價(jià)地賦予每個(gè)細(xì)胞獨(dú)特的遺傳條形碼。由此，科學(xué)家們可以分析復(fù)雜的組織，描繪出每個(gè)細(xì)胞的概況。
研究小組希望他們的技術(shù)將能夠幫助生物學(xué)家們更深入地發(fā)現(xiàn)和分類機(jī)體中的細(xì)胞類型，繪制出大腦一類復(fù)雜組織中的細(xì)胞多樣性圖譜，更好地了解干細(xì)胞分化，以及獲得更多有關(guān)疾病遺傳學(xué)的認(rèn)識(shí)。
基因表達(dá)(特定細(xì)胞中的基因活性模式)是從大腦認(rèn)知到受精卵的發(fā)育，生物學(xué)中每個(gè)過(guò)程的基礎(chǔ)。50年前科學(xué)家們就已經(jīng)知道，就像指紋一樣基因表達(dá)因細(xì)胞而異，它使得皮膚細(xì)胞不同于肝細(xì)胞，使得一些肝細(xì)胞不同于另一些肝細(xì)胞。但他們一直無(wú)法有效地在單細(xì)胞水平上對(duì)包含多個(gè)細(xì)胞類型的樣本進(jìn)行基因表達(dá)檢測(cè)。
McCarroll實(shí)驗(yàn)室的Macosko提出了一種叫做Drop-seq的技術(shù)。Kirschner課題組的Klein則設(shè)計(jì)出了一種稱之為inDrops的方法。
它們?nèi)绾伟l(fā)揮作用
兩個(gè)研究小組各自開(kāi)發(fā)了一些方法利用微珠將大量不同的DNA條形碼同時(shí)傳送到幾十萬(wàn)納米大小的液滴中。兩種方法都利用了微流體裝置來(lái)將細(xì)胞和微珠一起裝入這些液滴中。這些液滴是在一個(gè)小型裝配線上生成，沿著一根頭發(fā)寬的槽道流動(dòng)。
微珠條形碼附著到每個(gè)細(xì)胞的一些基因上，因此科學(xué)家們可以一批次測(cè)序所有的基因，追蹤每個(gè)基因的來(lái)源細(xì)胞。Macosko和Klein采用不同的方法生成了他們的微珠。液滴在這個(gè)過(guò)程中按不同的步驟破裂。其他的一些化學(xué)方面也有差異。但結(jié)果是一樣的。
Klein說(shuō)：“通過(guò)Drop-seq或inDrops運(yùn)行一個(gè)批次的細(xì)胞，科學(xué)家們就可以看到整個(gè)樣本中表達(dá)了哪些基因——并可以按每個(gè)細(xì)胞進(jìn)行排序。”
然后他們利用計(jì)算機(jī)軟件揭示混合物中的一些模式，包括哪些細(xì)胞具有相似的基因表達(dá)譜。這提供了一種方法來(lái)分類原始組織中的細(xì)胞類型——并有可能發(fā)現(xiàn)新的細(xì)胞類型。
當(dāng)前的一些方法可以讓研究人員一天以數(shù)千美元的成本生成96個(gè)單細(xì)胞表達(dá)譜。相比之下，Drop-seq每天只需6.5美分就可生成1萬(wàn)個(gè)單細(xì)胞表達(dá)譜。
不同的目標(biāo)
McCarroll、Macosko和同事們當(dāng)前正利用Drop-seq興奮地探索大腦。Kirschner、Klein和同事們則對(duì)包括干細(xì)胞發(fā)育在內(nèi)的其他領(lǐng)域非常感興趣。
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