藝高人膽大！相當“囂張”的測序技術——單細胞器測序

　　線粒體疾病如何診斷和治療？

（運用成熟的單線粒體分離技術在顯微鏡下挑取單個小鼠線粒體。）

　　賓夕法尼亞大學醫學院James Eberwine領導的研究小組剛開發了一種適用于單個線粒體的分離和測序技術“單線粒體測序（single-mitochondrion sequencing）”利用這種新方法他們檢測到了在此之前很難查探到的線粒體DNA（mtDNA）變異。

　　線粒體功能不正常會導致線粒體疾病，mtDNA突變是很多線粒體疾病的導火線，突變累積到一定程度，這些細胞“發電站”就會癱瘓，局部細胞也跟著“停電”而無法正常運轉。

　　人類細胞包含成千上萬個線粒體細胞器，單個線粒體內一般有幾套基因組拷貝，每套線粒體基因組包含37個基因，主要編碼呼吸鏈和能量代謝相關蛋白，常見的mtDNA突變或缺失疾病癥狀包括生長緩慢、發育遲緩、內分泌紊亂、肌無力、腦萎縮等。

　　患有線粒體疾病的孩子可能很難集中精力，經常感到疲憊或昏昏欲睡，這些到了某一階段才愈演愈烈的癥狀在最開始往往不受家長重視。這是因為每個細胞含有多重mtDNA拷貝，只有突變型達到某一閾值患者才會出現癥狀。

　　由于mtDNA突變會隨年齡增長，因此不同年齡段的mtDNA突變情況可能大不一樣。通過分離單個活線粒體獲得DNA比較分析圖譜，可改善神經系統疾病診斷現狀，幫助醫生找到發生病變的細胞或提早預知患者某些特殊癥狀。

　　最近，Eberwine課題組在《Cell Reports》發表文章，詳細報道了同種細胞內部mtDNA的異同，以及像腦內神經元和星形膠質細胞這些不同類型細胞的mtDNA的異同。不僅如此，他們還評估了mtDNA的突變率，人鼠差異等其他指標。

　　完善的mtDNA指標差異指紋將有助于更好地了解實際上起源于單個線粒體突變積累的許多疾病，并且還能預測患者對某種治療的特殊反應，從而指導臨床決策。

　　本文還總結了一種名為“線粒體突變動力學（mitochondrial mutational dynamics）”的新概念。“我們鑒定發現了單個線粒體之間的大量異質性，在小鼠細胞系發現了3個高可信度的跨細胞多線粒體變體，在人細胞系中發現了1個，”文章作者寫到。“單核苷酸多態（SNV）位點分布顯示這些變體可跨世代遺傳。人和小鼠兩個物種的變異比較揭示了物種間明顯不同的體細胞隔離模式。”

　　人和小鼠mtDNA突變累積速率不同，Eberwine博士指出，對線粒體疾病研究來說，人類實驗可能無法重現小鼠實驗中的部分情節。

　　“實現獨立解析單個線粒體和比較線粒體間動態突變，能幫助我們更準確地評估線粒體突變相關疾病的風險，”Eberwine博士說。

　　未來，Eberwine實驗室可能還將繪制其他細胞類型的mtDNA突變數量和位置路線圖。