安诺优达高玉池专访：单细胞测序的优势和前景

2015年伊始，随着基因检测政策的放开，以及金融资本对医疗健康领域的关注升温，高通量测序行业也进入了春天。依托于高通量测序技术，近年来基因组学、转录组学、表观组学的发展都日新月异，其中，近年崛起的单细胞测序技术发展尤其迅猛。四月的北京，草长莺飞，一片生机。这一年，单细胞测序的市场和前景又有着怎样的期许呢？就此话题，我们有幸采访到了安诺优达科技服务事业部运营总监高玉池先生。

单细胞测序这个概念自它问世起就十分引人瞩目，现在已然是生命科学和医学研究中炙手可热的焦点。首先能请您谈谈单细胞测序的意义，跟传统的测序技术相比它有什么优势吗？

高：细胞是生命体最小的单位。简单来说，每个细胞都是不一样的，正如我们每个人都是千差万别的。传统的大样本多细胞测序实际上是对一个细胞群体的分析，但是这种群体研究会混淆我们对于细胞异质性的认识。如果我们了解每个单细胞的功能，我们或许可以重建出整个系统，而且这种重建的过程能够提供更多有价值的信息，但是反之却不成立。而且，有些样本本身数量非常稀缺，难以用传统方法开展研究，这时候单细胞测序就显得尤为重要。

单细胞测序技术发展到现在，它是否也存在瓶颈的问题？它的技术难点是什么呢？

高：既然是对单细胞进行测序分析，我们很容易想到实验过程中很关键的两个节点，一个是单细胞的获取，一个是PCR扩增和文库构建技术。目前来说，单细胞的分离技术可算是最需改进和建立标准化的一项技术。理想的情况是在天然的微环境状态下对单细胞进行分离操作，以尽量减少人为操作对细胞影响而造成的实验误差。由于转录组会根据各种刺激做出改变，而且这种改变在单细胞层面表现更加突出，因而细胞在分离和富集过程中转录状态是否发生变化是需要特别注意的问题。另一方面，虽然目前市场上已有相对成熟的试剂盒扩增DNA或RNA，比如针对全基因组扩增的MALBAC和MDA技术，针对全转录组扩增的Smart-seq，Smart-seq2等，但这些扩增技术也存在其局限性，其一很难做到全基因组的扩增，其二是扩增过程导致的bias，这两方面问题都给后续的生物信息学分析带来挑战。我们通过对Smart-seq2技术进行了优化，降低了扩增偏好性，提高了转录本覆盖度。

此外，我们目前也能够提供单细胞基因组测序，单细胞转录组测序，单细胞Hi-C测序，单细胞Bisulfite甲基化测序等多组学的技术服务。尽管还存在很多有待完善的地方，目前单细胞测序技术已被成功用于解决很多重要的生物学问题。

能谈谈单细胞测序的应用领域吗？

高：好的。目前单细胞测序在细胞异质性研究（比如癌症研究），胚胎发育，胚胎植入前遗传诊断（preimplantation genetics diagnosis,PGD），微生物单细胞de novo测序，单细胞表观组学等领域已有非常多的应用。以PGD为例，由于取自早期胚胎的细胞数量稀少而珍贵，通过单细胞测序技术对基因组中几个常见的遗传病位点进行筛查和诊断，可以有效的排除许多遗传风险，对于需要借助体外受精技术生育子女的父母而言，减轻了他们情感上的负担。另外，微生物生态学是最适合进行单细胞基因组测序的研究项目，据估计，超过99%的微生物物种都是无法进行人工培养的，因而只有借助单细胞测序技术才能够了解这些微生物和自身基因组之间的关系。科学家们开展的第一个不能人工培养的单细胞生物基因组测序即是针对人类牙菌斑上的细菌。随着单细胞测序技术的进一步发展，以后这方面的研究肯定会越来越多。

对于单细胞测序的发展前景，您是怎样看的？

高：不管是科研领域，还是医学健康领域，单细胞测序技术的渗透，对整个行业的影响将是颠覆性的。比如我们一直提到的转录组学研究，其实都是针对群体表达的观测，但实际上，每个细胞之间的差异可能非常明显。刺激单细胞可以得到“全”或“无”两种截然不同的状态，但如果对群体细胞进行分析则会得到一个渐进的可定量式的反应结果。因而，对单细胞的转录组学研究更能揭示细胞在体内的真相，预计未来单细胞的表达和调控将会成为新的研究热点。在医学领域，可以通过对病变组织和健康组织里特定细胞的比较分析，寻找其中的差异以了解与疾病相关的特异性基因表达改变情况。此外，无法用传统技术开展研究的一些难以获取的、珍贵的临床细胞样片也可从单细胞基因组学研究中获得利好。总而言之，随着基础技术及信息分析的进步，单细胞测序技术的应用前景将非常广阔。

结语：作为NatureMethods在2011年评出的年度值得期待的技术之一，以及Science在2013年评出的年度最值得关注的六大领域榜首，单细胞测序技术的突飞猛进我们有目共睹。通过对单个细胞进行测序，可以解决组织样本测序无法解决的细胞异质性难题或微量样本的测序难题，为科学家研究解析单个细胞的行为、机制、与机体的关系等提供新方向，也将给人类在对抗生老病死的战争中带来更多新的机会和可能。

高玉池简介：东北林业大学硕士，承担国家“863”、“973”、国家自然科学基金、国家教委优秀青年教师基金等15项重点课题，获国家科技进步二等奖3项、中国高校科学技术一等奖1项、中国林学会梁希奖2项及省部级科技奖项10余次。现任安诺优达基因科技（北京）有限公司科技服务事业部运营总监，负责基因组学、转录组学、表观组学产品及单细胞新技术的研发和推广。

来源：测序中国