从单个细胞中测序DNA产生了戏剧性的新信息

作者:老横件

图片:Visuals Unlimited / Corbis Nicolas Navin想要研究个体癌细胞的序列,看看它们在癌症发展过程中如何发生突变和分化。早在2010年,他就是纽约冷泉港实验室的博士后研究员,探索乳腺癌发生的遗传变化。细胞喜欢粘在一起,无论他怎么努力,他都无法确保他有一个单细胞可以使用。最终,他开始使用化学物质溶解细胞的外层并释放细胞核。然后,使用自动细胞分选仪分离细胞核,并提取它们的DNA。对100个细胞重复该过程,并且获得的序列揭示肿瘤如何从少数流氓细胞进化成遗传上不同的细胞的复杂混合物。这个过程十年前是不可想象的,它仍然是一个了不起的壮举。技术大大降低了成本并使基因组测序成为常规。然而,大多数人类基因组是从从多个细胞中提取的DNA中测序的,这些细胞错过了对控制基因表达,细胞行为和药物反应至关重要的细胞之间的差异。来自大自然的信息图放大单个细胞中DNA的数量,直到足够顺序排列而不引入太多错误仍然是困难的。生物信息学需要将数据拼接在一起并处理工件。出于这个原因,研究小组已经开始研究容易分离的细胞,如精子,或那些可能具有显着基因组差异的细胞,如肿瘤细胞。这项研究最有趣的方面之一是尽管细胞之间存在差异,但组织和器官如何能够连贯地协同工作。在他的第一次努力中,Navin能够仅对大约10%的DNA进行测序,这不足以看到单个突变,但足以研究通常重复或删除的较大片段。肿瘤由三个主要细胞群组成,其在不同时间从根肿瘤细胞群中出现。自Navin搬到德克萨斯州以来,他创办了一个专注于单细胞基因组学的研究小组。他现在可以将90%的细胞基因组拼凑在一起,这使他能够更详细地研究个体癌细胞中的突变。对肿瘤进行整体测序,在癌症相关基因中产生了六个突变。当科学家对四个单个细胞进行测序时,他们发现了数百个额外的突变,其中许多突变是独特的或私有的。研究小组发现,大约1%的突变,涉及12,000到20,000个碱基对,细胞与细胞不同,当细胞一起测序时,这些变异无法检测到。单个细胞的测序成本约为每个细胞1,000美元。 Navin的前同事Timour Baslan正致力于降低这一成本。他们将遗传条形码添加到细胞的DNA中,允许它们整体测序细胞基因组,然后从单个细胞中鉴定序列。使用这些条形码,通过改进的生物信息学方法,将细胞基因组测序的成本降至约60美元。巴斯兰和他的同事正在利用这些技术研究化疗后遗留的肿瘤细胞以及这些细胞为何具有抗药性。这可以指导未来的治疗。通过对几个细胞进行测序,科学家们可能能够在化疗前了解肿瘤的异质性,这可能会影响药物在治疗中的选择。纽约Albert Einstein医学院的统计遗传学家Adam Auton正在使用精子来研究重组。 Auton表示,重组是塑造遗传多样性的基本力量之一。通过与中国测序公司BGI的团队合作,Auton对近200个精子细胞进行了测序,并能够估计出捐赠者的重组率。每个精子细胞平均有24.5个重组事件,这与间接实验的估计值一致。这些重组热点的位置可以帮助群体生物学家绘制与疾病相关的遗传变异的位置。....