科学家们创造了用于单个人类细胞的超精确基因组测序的装置

加州大学圣地亚哥分校的一个跨学科研究团队开发了一种技术，用于对来自单个人类细胞的基因组进行非常准确的测序和单元型分析。他们的研究结果在“美国国家科学院院刊”(PNAS)印刷版之前在线发表。

“单细胞的准确测序将能够识别导致癌症和遗传疾病的突变，”资深作者，加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院生物工程学教授Kun Zhang说。“同时，精确的单倍型分析将允许单倍型的基因分型，不同基因或等位基因的组合作为来自任一亲本的一组。”

Zhang的生物工程系的合着者包括黄晓华教授，博士后研究员和校友Wai Keung Chu(MS，Ph.D。'11，'16)，他是PNAS文章的第一作者。计算机科学与工程系(CSE)研究的合作者包括Vineet Bafna教授，他是微生物群创新中心和CHO系统生物学中心的生物信息学专家，他们都在加州大学圣地亚哥分校获得博士学位。学生Peter Edge和CSE校友Vikas Bansal(博士'08)，现在是加州大学圣地亚哥分校医学院的CSE教师和小儿科教授。加入该项目的跨学科根源是电气和计算机工程系(ECE)校友Ho Suk Lee(MS，Ph.D。'11，'15)，现在在Broadcom，

基因组测序的临床应用要求DNA测序的高准确性。根据CSE的Bafna，到目前为止，许多应用都是禁止的，因为目前的技术不够准确，无法在单个人类细胞的水平上完成。

“许多人携带导致遗传性疾病或使他们易患癌症的等位基因，”巴夫纳说。“每个基因都有两个等位基因，每个基因来自一个父母。其中一个等位基因可能含有导致疾病的突变。携带者可能无症状，但他们的后代可能由于父母双方的坏等位基因或单倍型的组合而出现症状。”

以希望通过体外受精(IVF)怀孕的夫妇为例。“对于IVF植入前的基因诊断，涉及人的生命，因此需要最高的准确性，”生物工程教授黄晓华解释说。“利用我们的技术，我们可以基于从早期胚胎中活检的单个细胞对基因组进行高度准确的测序和单元型分析。”

除了IVF植入前诊断和早期癌症检测之外，UC San Diego开发的技术的其他潜在应用包括用于治疗目的的基因组编辑的人类细胞的高质量检查。“随着使用CRISPR / Cas9和其他靶向基因组编辑技术的爆炸性增长，新的治疗方法可能是患者自身细胞的调整版本，”第一作者和生物工程博士说。学生围强楚。“该技术可以使用'编辑'基因的单个细胞，并返回与我们对许多细胞进行测序一样准确的结果。”

所述技术具有两个新颖的方面：微流体处理器，其允许操纵单个细胞并将染色体链分开到不同的室中;和利用链信息进行单元型分析和纠错的计算方法。加州大学圣地亚哥分校的科学家称其为“使用微流体反应器进行单链测序”(SISSOR)。

“基本上它可以同时测序来自父母的所有四条染色体DNA的非常长的片段，”CSE生物信息学博士解释说。学生Peter Edge，在儿科学教授Vikas Bansal的基因组信息科学实验室工作。“这使我们能够进行比较并纠正错误。”

SISSOR技术还打破了所谓的“聚合酶诅咒”，它在制作DNA拷贝时会引入错误。不幸的是，CSE的Bafna指出，“我们无法在没有聚合酶的情况下从单个细胞中读取基因组信息，因此我们不得不想出一个解决这些错误的解决方案。”

根据他们的发现，PNAS论文的共同作者能够证明“迄今为止最准确的单细胞基因组测序”。

资深作者Kun Zhang表示，研究合作的跨学科性质对于寻找更精确的单细胞DNA测序方法至关重要。“我们的方法可以同时提供比其他现有方法更高的准确性和更长的单倍型，”张总结说。“这项创新需要超越单一部门通常存在的专业知识，这个案例证明了加州大学圣地亚哥分校不断发展的跨学科研究文化，这使我们能够吸引其他部门的合作者，这些部门对技术至关重要的技术至关重要。以拯救的生命来衡量 - 也许是通过体外受精而生的更健康的孩子。“