大家好呀！今天小果又为大家带来了单细胞测序的解读。
单细胞测序，通俗地说，就是在单个细胞水平上，对基因组、转录组及表观基因组水平进行测序的技术。相较于传统测序技术而言，单细胞测序技术可以检测出混杂样品测序时所无法得到的异质性信息，可以解决多细胞测序测得一堆细胞中信号的均值而丢失细胞异质性信息的问题。那么单细胞测序是如何实现的呢？接下来小果将带你读懂整个测序流程。
单细胞测序的流程包括：单细胞的分离制备、遗传物质（mRNA或DNA）的提取扩增、遗传物质的高通量测序。
（1）单细胞的分离制备：在单细胞测序中，我们需要将组织中的细胞群分离成单个细胞，这是该测序技术的一大难点，我们可以使用的分离技术有梯度稀释法、显微操作技术、荧光激活细胞分选、微流控技术、激光捕获显微切割等。
使用微流控技术获取单细胞：通过微流控芯片将单个细胞捕获至油滴，这种方式的优点是细胞通量高，周期快速，成本低，细胞捕获效率高，并且商业化仪器操作简便。其核心思想是将不同的细胞赋予一段不同的barcode序列，建库时，携带相同barcode序列的核酸分子被认为来自同一个细胞，人们就可以一次性为成百上千的细胞建库并顺利区分它们。
图 1 单个细胞的主要分选方式
核心策略包括两种：一种是将单个细胞分离出来，然后独立构建测序文库；另一种是基于标签（Barcode）的单细胞识别。小果查阅对比两种策略发现，策略一在面对样本量巨大的细胞群时，不仅会受到成本的限制，而且最终的通量也会非常低。而策略二巧妙运用标签使得单细胞识别的效率得到了提高，该策略不需要挨个分离并提取单个细胞，仅需要给每个细胞加上一个独一无二的核酸序列标签再进行测序分析即可。
（2）基因组扩增：该步骤的目的是使得单个细胞中的DNA或RNA含量达到测序的要求。在这里小果为大家介绍目前主要的两种扩增方法：单细胞全基因组扩增和单细胞转录组扩增。
单细胞全基因组扩增是通过将单个细胞溶解，得到微量基因组DNA并进行高效地扩增，最终获得高覆盖度的单细胞基因。单细胞转录组扩增则需要通过PCR技术将mRNA逆转录为cDNA，并建立相关的cDNA文库以实现基因组的扩增。
（3）高通量测序：基于二代测序平台的单细胞基因组测序技术（scWGS）作为一种功能强大的工具，可以在单细胞层面研究全基因组水平的遗传变异，包括拷贝数变异（CNV）和单核苷酸变异（SNV）等，进而可用于研究细胞间的遗传异质性、细胞谱系分化、克隆演化等问题。二代测序平台虽然测序准确度，但是其测序读长相对较短，仅有几百bp，因此小果发现已有的基于二代测序平台的单细胞基因组测序技术更适用于检测基因组拷贝数变异（CNV）、短的插入缺失（Indel，50bp）等的检测。
单细胞测序的应用
单细胞测序能够揭示单个细胞在基因结构和基因表达状态，反应细胞间的异质性。随着精准治疗时代的来临，其已应用于肿瘤检测、胚胎发育、免疫细胞治疗及干细胞分化等一系列生物医学的研究和临床研究中，正成为生命科学研究的焦点。
（1）新冠治疗研究中的应用
2020年7月，北京大学谢晓亮团队在Cell上发表了一篇关于新冠病毒特效药的文章。此项目首先从60名新冠康复病人的血液中分离出B细胞，利用单细胞转录组+单细胞BCR测序技术对这些B细胞进行检测，筛选出8558种病毒蛋白结合抗体序列，并找出14株高活性的中和抗体。之后进行小鼠实验，最终成功筛选出一种非常有效的中和抗体BD-368-2。经实验证实，此中和抗体可以大幅度提升新冠治愈率，缩短治愈时间，甚至可以提供短期的病毒免疫，在治疗和预防方面都发挥重要作用。
（2）阿尔茨海默病研究中的应用
来自美国麻省理工学院的研究人员首次对阿尔茨海默病患者的单个脑细胞中表达的基因进行了综合分析。所获得的分析结果允许他们鉴定出在神经元和其他类型的脑细胞中受到影响的独特细胞通路。这一分析可能为阿尔茨海默病提供许多潜在的新型药物靶点。
通过该测序技术，研究者不仅能够分析最丰富的细胞类型，包括兴奋性和抑制性神经元，而且还能分析稀有的非神经元脑细胞，如少突胶质细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞。
好了，关于单细胞测序技术的详细内容就介绍到这里了。小伙伴们如果有什么问题，欢迎在评论区和小果一起讨论哦！