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Illumina、Juno等技術巨頭為啥同時下注單細胞測序？

來源：奇點網(wǎng) 2016-02-25 00:02

2016年頭兩個月，有一項技術受到了異乎尋常的關注。先后有多家生物技術公司將觸手伸到在這一技術領域，包括測序巨頭Illumina、CAR-T治療巨頭Juno、測序黑馬10X Genomics、以及業(yè)務大而全的華大基因。

它們關注的這項技術叫單細胞測序。單細胞測序往簡單了說就是對人體的單個細胞測序。

早在160年前，德國著名醫(yī)學家、科學家Rudolf Ludwig Karl Virchow就認為，疾病不是某種器官整體的病變導致的，單個細胞才是疾病的基本單位。然而，一直到現(xiàn)在，各種疾病檢測和診斷還是基于一塊組織或者一管血液，根本就沒有顧及各種細胞之間的差異性。

現(xiàn)在的基因測序更是存在這種弊病。取一塊組織提取總DNA，然后測序分析。實際上，這種測序過程得到是個平均結果，并沒有反應身體的實際情況，那些含量較少的變異基本都被“平均掉了”。

單細胞測序能做的就是，把病變組織的所有細胞全都測一遍，這樣一來，就可以全面掌握疾病的信息，甚至可以預測疾病的發(fā)展動向。這就是單細胞測序的使用價值。

在大概了解單細胞測序之后，再來看看這些生物技術巨頭打算拿這項技術做什么。

Illumina攜手Bio-Rad進軍單細胞測序

2016年1月11日是西歷的“小光棍節(jié)”，就在這一天，Illumina和Bio-Rad宣布合作開發(fā)一項單細胞測序流程。

本次合作中雙方優(yōu)勢互補，利用Bio-Rad一流的微滴分液技術和Illumina領先的NGS（next-generation sequencing）技術，開發(fā)出一款可以分析單個細胞遺傳信息的新技術。

目前合作雙方?jīng)]有公布具體的合作細節(jié)，具體的解決方案將在2016年底或者2017年初公布。

實際上Illumina與Bio-Rad的合作更多的是希望將困難重重，費時又昂貴的單細胞測序技術提升到一個新臺階，使科研人員在認識人體發(fā)育和疾病發(fā)生上取得新的突破。

Juno為掌握單細胞測序收購AbVitro

還是在西歷的“小光棍節(jié)”這一天，“不甘寂寞”的Juno宣布收購了AbVitro，理由是Juno看中了AbVitro世界領先的單細胞測序平臺。

我們都知道Juno現(xiàn)在是CAR-T免疫治療領域的一哥，它為什么想要掌握單細胞測序技術呢？Juno認為，裝備了AbVitro世界領先的單細胞測序之后，它的CAR-T免疫療法就可以稱霸天下了。

傳統(tǒng)的細胞免疫治療在尋找結合靶點時也會忽略掉那些含量很低的靶點，然而最終可能就是這些被“平均掉”、“覆蓋掉”的靶點，成為癌癥復發(fā)轉(zhuǎn)移的關鍵，正所謂“此消彼長”。

Juno打算利用AbVitro的單細胞測序技術盡可能多的分析癌細胞上的靶點。從理論上講，如果可以找到癌細胞所有的靶點，免疫療法就可以干掉所有的癌細胞，這樣就可以有效的避免癌癥的復發(fā)轉(zhuǎn)移。這就是Juno的野心。

10X Genomics推出單細胞測序新產(chǎn)品

2月11日，基因測序領域的黑馬10X Genomics宣布推出旗艦級測序新品Chromium，Chromium最為耀眼的功能是可以實現(xiàn)單細胞測序。Chromium是10X Genomics為大型專業(yè)實驗室打造的一款測序設備，定價為12.5萬美元，目前已經(jīng)開始接受預定，預計7月底發(fā)貨。

實際上早在2月9日，10x Genomics就跟Qiagen和Illumina達成了合作意向。Chromium平臺正是10x Genomics與Qiagen先進技術結合的產(chǎn)物。

華大基因獲得一項單細胞基因組分析美國專利

1月19日，美國專利局公布了華大基因申請的一項單細胞基因組分析技術專利，專利號為9238840。

早在2012年，華大基因在就在單基因測序上取得了不小的突破。當年3月份，華大在一期《細胞》雜志上同時刊登兩篇單細胞測序的研究成果。華大的研究團隊研發(fā)出了一種分析單細胞基因組的新方法，并將這種方法用于癌癥的異質(zhì)性研究。為從單核苷酸水平深入研究癌癥發(fā)生、發(fā)展機制及其診斷、治療提供了新的研究思路并開辟了新的研究方向。

從上述公司對待單細胞測序的態(tài)度中，我們可以看出，單細胞測序?qū)⒋龠M我們對人體發(fā)育以及疾病生成的認識。這無疑將進一步提升未來疾病治療的精確度。

單細胞測序——精準醫(yī)療的入場券

從1660年荷蘭科學家列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）發(fā)明顯微鏡以來，人類才對微觀世界有了認識。直到1850年，德國醫(yī)生Rudolf Virchow才將單細胞異常與疾病建立起聯(lián)系(1)。然而，由于種種技術手段的制約，這種聯(lián)系在隨后的160多年間，并沒有被有效的利用起來。

直到2005年，NGS技術的出現(xiàn)，單細胞測序技術才應運而生。2009年，現(xiàn)任北京大學研究員的湯富酬完成了世界首例單細胞RNA測序，兩年后，冷泉港的Navin完成了世界首例單細胞DNA測序。湯和Navin等的研究直接促成了單細胞測序技術的誕生，在2013年單細胞測序技術全面爆發(fā)，被《科學》雜志評選為“2013年最具發(fā)展前景的六大科學項目之一”；2014年初，又被《自然方法》評為“2013年度技術”(2)。

哈佛大學終身教授、北京大學生物動力光學成像中心（Biodynamic Optical Imaging Center，BIOPIC）主任謝曉亮認為，從生物學和醫(yī)學的角度講，有四個問題需要單細胞測序解決(3)：1）有些非常珍貴的研究材料數(shù)量非常少，例如卵細胞和循環(huán)腫瘤細胞（CTC）；2）有些細胞基因組差異非常大，例如精子；3）隨著時間的推移，一些細胞在分裂中會發(fā)生變異，所以組成同一個器官的細胞基因也存在差異；4）同一個病變組織中的細胞存在異質(zhì)性，例如癌組織的異質(zhì)性是癌癥復發(fā)轉(zhuǎn)移的主要原因。

隨著人們逐漸意識到單細胞研究對認識人自身以及疾病的重要性，單細胞測序技術的誕生恰逢其時。目前單細胞測序已經(jīng)廣泛用于微生物學、神經(jīng)學、人體發(fā)育、免疫、癌癥、輔助生殖等領域的研究。其中癌癥與輔助生殖研究已經(jīng)用于臨床。

在癌癥診治的臨床應用中，利用單細胞測序分析癌組織遺傳物質(zhì)的變化可以更加準確的診斷癌癥發(fā)生的原因，為治療提供更加精準的靶點信息。同時，利用單細胞測序技術分析血液中罕見的CTC遺傳信息的變化，可以有效監(jiān)測腫瘤的變化。

在輔助生殖的臨床應用中，結合了單細胞測序技術的胚胎植入前遺傳診斷（preimplantation genetic diagnosis，PGD）和胚胎植入前基因篩查（preimplantation genomic screening，PGS），可以有效的避免試管嬰兒的出生缺陷。我國在這一領域已經(jīng)走在世界前列。

目前公認的最先進的單細胞測序技術為哈佛大學謝曉亮團隊研發(fā)的MALBAC（multiple annealing and looping-based amplification cycles）技術。MALBAC技術由億康基因科技有限公司引入中國。2014年9月19日，世界首例經(jīng)MALBAC單細胞測序技術完成的單基因遺傳病和染色體異常篩查的試管嬰兒在北京大學第三醫(yī)院誕生。截止目前已經(jīng)有數(shù)個家庭受益與這一技術。

據(jù)北京大學報道，中國醫(yī)學科學院院長曹雪濤認為，謝曉亮的MALBAC技術能夠改變整個生物醫(yī)學，其對未來精準醫(yī)學的發(fā)展和應用的貢獻是不可限量的。

實際上，單細胞測序是對精準醫(yī)療的一次縱深。這也是近期生物技術公司在該領域動作密集的主要原因。

參考文獻：

1.Wang Y， Navin Nicholas E. 2015. Advances and Applications of Single-Cell Sequencing Technologies. Molecular Cell 58：598-609

2.Chi KR. 2014. Singled out for sequencing. Nat Meth 11：13-7

3.Huang L， Ma F， Chapman A， Lu S， Xie XS. 2015. Single-Cell Whole-Genome Amplification and Sequencing： Methodology and Applications. Annual Review of Genomics and Human Genetics 16：79-102

(生物谷 Bioon.com)

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