你聽(tīng)說(shuō)比爾蓋茨走進(jìn)酒吧時(shí)發(fā)生了什么嗎?那里的每個(gè)人平均成為百萬(wàn)富翁。關(guān)于一個(gè)非常富有的人的這個(gè)笑話在統(tǒng)計(jì)學(xué)家中是一個(gè)古老的。那么為什么Peter Smibert用它來(lái)解釋生物學(xué)的革命呢?因?yàn)樗@示平均值可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)。紐約基因組中心的Smibert說(shuō)，這包括科學(xué)家們?cè)噲D了解生命的基本單位 - 細(xì)胞。

直到最近，試圖研究來(lái)自人和其他動(dòng)物的細(xì)胞的關(guān)鍵性狀通常意味著分析大量組織樣本，產(chǎn)生來(lái)自許多細(xì)胞類型的平均結(jié)果。這就像試圖通過(guò)研究草莓 - 藍(lán)莓 - 橙 - 香蕉冰沙來(lái)了解香蕉一樣。

然而，近年來(lái)，科學(xué)家開(kāi)發(fā)出的技術(shù)可以讓他們直接研究DNA代碼，基因活性和個(gè)體細(xì)胞的其他特征。這種方法已被廣泛采用，揭示了以前無(wú)法顯示的身體細(xì)節(jié)。它為追求一個(gè)大膽的目標(biāo)打開(kāi)了大門(mén)：列出人體中的每種細(xì)胞類型。

“單細(xì)胞分析對(duì)于全面了解我們的生物學(xué)和健康至關(guān)重要，”美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院院長(zhǎng)Francis Collins博士最近宣布。事實(shí)上，“ 科學(xué) ”雜志將這種技術(shù)命名為允許單個(gè)細(xì)胞跟蹤基因活動(dòng)隨著時(shí)間的推移在發(fā)育中的生物體和器官中作為2018年的“年度突破”。它的宣布宣稱：“單細(xì)胞革命剛剛開(kāi)始。 “

大量的發(fā)現(xiàn)

即使像我們這樣復(fù)雜的動(dòng)物也只是大規(guī)模的細(xì)胞群體，每個(gè)群體都扮演著特定的角色并與鄰居合作。一般的成年人有37萬(wàn)億左右，而且它們的變化多種多樣：例如，結(jié)腸的內(nèi)層有超過(guò)50種細(xì)胞。

據(jù)“ 自然方法 ”雜志報(bào)道，僅僅五年前，從單個(gè)細(xì)胞中解碼DNA及其化學(xué)表親RNA的方法變得廣泛。仍在開(kāi)發(fā)新技術(shù)以從單個(gè)細(xì)胞中撬出越來(lái)越多的秘密。

單細(xì)胞方法導(dǎo)致了大量的發(fā)現(xiàn)。在過(guò)去的一年中，例如：

- 科學(xué)家密切跟蹤魚(yú)類和青蛙胚胎中的基因活動(dòng)，這是邁向了解單個(gè)受精卵如何產(chǎn)生動(dòng)物的長(zhǎng)期目標(biāo)的一步。一項(xiàng)研究匯編了92,000多只斑馬魚(yú)胚胎細(xì)胞的結(jié)果。

- 其他研究人員透露了孕婦與胎兒之間物理聯(lián)系的細(xì)節(jié)，為了解死產(chǎn)的某些原因提供了潛在的線索。

- 一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)一些黑素瘤細(xì)胞中的基因活動(dòng)模式可以讓它們抵抗免疫療法，即釋放身體對(duì)癌癥免疫系統(tǒng)的做法。這可能會(huì)導(dǎo)致找到一種方法來(lái)使這些細(xì)胞易受攻擊。

另外一項(xiàng)研究可能會(huì)影響囊性纖維化的研究，囊性纖維化是導(dǎo)致肺部感染和限制呼吸能力的遺傳性疾病?？茖W(xué)家早就知道這種疾病源于一種叫做CFTR的蛋白質(zhì)錯(cuò)誤。這些研究發(fā)現(xiàn)氣道中的一種稀有細(xì)胞產(chǎn)生大量的CFTR，超過(guò)了早期但只是模糊地了解這些細(xì)胞存在的跡象。

囊性纖維化基金會(huì)研究事務(wù)高級(jí)副總裁William Skach博士說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)為指導(dǎo)新療法的開(kāi)發(fā)提供了巨大潛力。他說(shuō)，單細(xì)胞技術(shù)對(duì)于進(jìn)一步研究新療法非常重要。(一篇論文的兩位共同作者來(lái)自基金會(huì))。

在德克薩斯大學(xué)MD安德森癌癥中心，Nicholas Navin使用單細(xì)胞DNA研究揭示單個(gè)腫瘤的各種細(xì)胞中不同的突變模式。這讓他可以重建突變的時(shí)間和地點(diǎn)，因?yàn)槟[瘤是從良性細(xì)胞進(jìn)化而來(lái)的。并且他可以識(shí)別包含突變組合的細(xì)胞，這些突變使它們成為最致命的。

他說(shuō)，總有一天，這樣的研究應(yīng)該說(shuō)明對(duì)特定患者使用哪種治療方法，或哪些患者患病風(fēng)險(xiǎn)最高。它也可能讓醫(yī)生檢查他們的治療方法隨著時(shí)間的推移對(duì)抗癌癥的效果。他說(shuō)，從現(xiàn)在開(kāi)始的十年或兩年，醫(yī)生可能會(huì)通過(guò)在血液檢查中獲取和分析稀有細(xì)胞的DNA來(lái)很早地檢測(cè)到癌癥。

映射所有單元格

同時(shí)，一次為數(shù)十萬(wàn)個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生單細(xì)胞結(jié)果的能力為打開(kāi)人體內(nèi)每種細(xì)胞類型的巨大努力打開(kāi)了大門(mén)。來(lái)自57個(gè)國(guó)家的1000多名科學(xué)家加入了人類細(xì)胞圖集聯(lián)盟，該聯(lián)盟估計(jì)最終將在健康和病人身上發(fā)現(xiàn)至少100億個(gè)細(xì)胞。

為什么這樣?麻省理工學(xué)院生物學(xué)教授，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)廣泛研究所研究員，共同組織者Aviv Regev表示，這是編制所有人類基因的重大項(xiàng)目的自然結(jié)果。(她的工資由霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所支付，該研究所也支持美聯(lián)社健康與科學(xué)部。)

基因圖譜導(dǎo)致鑒定出數(shù)千種提高或降低許多疾病風(fēng)險(xiǎn)的遺傳變異。但是，為了將其轉(zhuǎn)化為治療方法，科學(xué)家必須知道這些變種在哪些細(xì)胞中發(fā)揮作用，她說(shuō)。為了使人體內(nèi)的細(xì)胞流下來(lái)，“我們必須對(duì)所有這些細(xì)胞進(jìn)行映射。”

她說(shuō)，有些細(xì)胞比其他細(xì)胞更罕見(jiàn)，但這些細(xì)胞對(duì)于功能正常的身體和其更豐富的鄰居一樣重要。

她希望在大約五年內(nèi)完成細(xì)胞圖集的初稿，重點(diǎn)關(guān)注身體的某些器官和組織。她認(rèn)為，完成這項(xiàng)工作可能需要十年左右的時(shí)間。Regev不會(huì)冒險(xiǎn)猜測(cè)整個(gè)人體會(huì)發(fā)現(xiàn)多少種細(xì)胞類型。

“這不會(huì)立即治愈所有疾病，”她說(shuō)，但“它是一個(gè)關(guān)鍵的墊腳石。”