Nature：單細胞測序（下）

　　隨著技術的飛速發展，成本大大降低，使得基因組測序成為常規技術。然而，大多數的人類基因組、癌癥或其他仍然是通過從多個細胞中抽提DNA來進行測序，它所忽略的細胞間的差異對于控制基因表達、細胞行為和藥物反應卻有可能是至關重要的。

　　該研究小組也觀測了其他類型的乳腺癌。將腫瘤作為一個整體測序，研究小組在癌癥相關的基因中發現了6個突變。“這似乎是非常簡單的基因組，”Navin說。但是當他的研究小組對四個單細胞進行測序時，他們發現了“數以百計的其他突變，其中許多都是個別細胞獨特或‘專有’的。”除了腫瘤，他的研究小組還研究了一種在實驗室中培養的乳腺癌細胞系。這樣的細胞系中的細胞可能預計包含相同的基因組，然而在尚未公布的數據中，研究小組發現細胞與細胞之間存在大約1%的突變，涉及1.2-2萬個堿基對，當一同測序細胞時則無法檢測到這些變異。在兩項研究中，許多新發現突變存在于癌基因中，或是在預計破壞蛋白質功能的其他區域中。

　　冷泉港實驗室研究生、Navin前同事Timour Baslan說：“Nicholas的工作是極出色的。它包含了許多有用的信息，但是也非常的昂貴。”――每個細胞需要1000美元或以上。Baslan 和他的同事們正在努力降低成本。他們將遺傳條形碼(短的容易追蹤的DNA鏈)添加到細胞的DNA中，使得他們能夠一同測序細胞基因組，然后鑒別來自單個細胞的序列。使用這些條形碼，結合改進的生物信息學方法，將每個基因組的成本降到每個細胞60美元。以這樣的價格，更多的研究人員可以隨腫瘤細胞群增殖和進化對需要數量的細胞展開研究。“現在我們正對數百個細胞進行研究，我們考慮在未來能夠做數千個，”Baslan說。

　　Baslan研究小組正用這一技術研究化療后殘留了哪些腫瘤細胞，以及這些細胞為何抗藥。Navin說這樣的分析可以指導治療。“通過測序少量單細胞你可以在化療前了解腫瘤的異質性，這有可能會影響你選擇使用哪種藥劑，或是否讓患者經受化療，”他說。

　　每個精子都是神圣的

　　精子單獨游動的趨勢使得它們適合單細胞基因組學研究。艾伯特愛因斯坦醫學院的統計遺傳學家Adam Auton正利用精子來研究重組，在生殖細胞形成的過程中重組使得基因重新洗牌，因此影響了遺傳的基因。他說：“重組是形成遺傳多樣性基本的推動力之一。近年來我們了解到在不同的群體間、男女之間，甚至是個體間重組率存在相當大的差異。”在人們之中確定重組率一度看來是不可能的，因為這需要尋找有數百個孩子的個體，并測序他們的基因組。

　　測序單細胞的能力意味著研究人員可采用其他的方法。與中國測序業巨頭華大基因(BGI)的一個研究小組展開合作，Auton對近200個精子細胞進行了測序，能夠估算出捐精給他們的男子的重組率。這項研究工作還未發布，Auton說研究小組發現每個精子細胞平均有24.5個重組事件，與來自間接實驗的結果相一致。斯坦福大學生物工程師Stephen Quake對100個精子細胞展開了相似的實驗，在基因組中鑒別出了幾個更有可能發生重組的位點。這些重組“熱點”的位置可以幫助種群生物學家繪制與疾病相關的遺傳變異的位置。

　　Quake還對100個精子中的6個精子進行了更深入地測序，確定新突變產生的速率：大概每代每10億堿基30個突變，略高于其他人所發現的。“這基本上是一個精子樣本的種群生物學，”Quake說。它將使得研究人員能夠更加詳細地研究減數分裂和重組。

　　或許單細胞測序最有趣的潛在應用在于神經科學。加州大學圣地亞哥分校的神經科學家Alysson Muotri想要研究長散在核元件(long interspersed nuclear elements，LINEs)――可以在基因組移動的“跳躍“基因――是如何使得每個神經元彼此不同的。他的研究小組比較了人類大腦、心臟和肝組織的 LINEs數量，發現腦組織中包含顯著更多的跳躍基因。每個人類神經元可能有80-300個獨特的插入，這些差異可能影響了個體對于神經疾病的易感性，或為大腦提供了多樣性寶庫，用它對各種挑戰做出反應。他說：“我認為這是另一個水平的復雜性。我們觀察大腦，我們想起組織，實際上它就像許多的組織合為一體，因為細胞是如此的具有異質性。幾乎好像是每一個細胞都為著一個目的而存在。”