加利福尼亞大學圣迭戈分校的一個跨學科研究團隊開發(fā)了一種技術(shù)，用于對來自單個人類細胞的基因組進行非常準確的測序和單元型分析。他們的研究結(jié)果在“美國國家科學院院刊”(PNAS)印刷版之前在線發(fā)表。“單細胞的準確測序?qū)⒛軌蜃R別導(dǎo)致癌癥和遺傳疾病的突變，”資深作者，加州大學圣地亞哥雅各布斯工程學院生物工程學教授Kun Zhang說。“與此同時，精確的單倍型分析將允許單倍型的基因分型，不同基因或等位基因的組合作為來自任一親本的一組。”

Zhang的生物工程系的合著者包括黃曉華教授，博士后研究員和校友Wai Keung Chu(MS，Ph.D。'11，'16)，他是PNAS文章的第一作者。計算機科學與工程系(CSE)研究的合作者包括Vineet Bafna教授，他是微生物群創(chuàng)新中心和CHO系統(tǒng)生物學中心的生物信息學專家，他們都在加州大學圣地亞哥分校獲得博士學位。學生Peter Edge和CSE校友Vikas Bansal(博士'08)，現(xiàn)在是加州大學圣地亞哥分校醫(yī)學院的CSE教師和小兒科教授。加入該項目的跨學科根源是電氣和計算機工程系(ECE)校友Ho Suk Lee(MS，Ph.D。'11，'15)，現(xiàn)在在Broadcom，

基因組測序的臨床應(yīng)用要求DNA測序的高準確性。根據(jù)CSE的Bafna，到目前為止，許多應(yīng)用都是禁止的，因為目前的技術(shù)不夠準確，無法在單個人類細胞的水平上完成。“許多人攜帶導(dǎo)致遺傳性疾病或使他們易患癌癥的等位基因，”Bafna說。“每個基因都有兩個等位基因，每個基因來自一個父母。其中一個等位基因可能含有引起疾病的突變。這些攜帶者可能是無癥狀的，但是由于父母雙方的壞等位基因或單倍型的組合，他們的后代可能會出現(xiàn)癥狀。”

以希望通過體外受精(IVF)懷孕的夫婦為例。“對于IVF植入前的基因診斷，涉及人的生命，因此需要最高的準確性，”生物工程教授黃曉華解釋說。“利用我們的技術(shù)，我們可以基于從早期胚胎活檢的單個細胞對基因組進行高度準確的測序和單元型分析。”

除了IVF植入前診斷和早期癌癥檢測之外，UC San Diego開發(fā)的技術(shù)的其他潛在應(yīng)用包括用于治療目的的基因組編輯的人細胞的高質(zhì)量檢查。“隨著使用CRISPR / Cas9和其他靶向基因組編輯技術(shù)的爆炸性增長，新的治療方法可能是患者自身細胞的調(diào)整版本，”第一作者和生物工程博士說。學生圍強楚。“該技術(shù)可以使用'編輯'基因的單個細胞，并返回與我們對許多細胞進行測序一樣準確的結(jié)果。”

所述技術(shù)具有兩個新穎的方面：微流體處理器，其允許操縱單個細胞并將染色體鏈分開到不同的室中; 和利用鏈信息進行單元型分析和糾錯的計算方法。加州大學圣地亞哥分校的科學家將其稱為“使用微流體反應(yīng)器的單鏈測序”(SISSOR)。

“基本上它可以同時測序來自父母的所有四條染色體DNA的非常長的片段，”CSE生物信息學博士解釋說。學生Peter Edge，在兒科學教授Vikas Bansal的基因組信息科學實驗室工作。“這使我們能夠進行比較并糾正錯誤。”

SISSOR技術(shù)也打破了所謂的“聚合酶詛咒”，它在制作DNA拷貝時會引入錯誤。不幸的是，CSE的Bafna指出，“我們無法在沒有聚合酶的情況下從單個細胞中讀取基因組信息，因此我們不得不提出一個解決這些錯誤的解決方案。”

根據(jù)他們的研究結(jié)果，PNAS論文的共同作者能夠證明“迄今為止最準確的單細胞基因組測序 ”。

資深作者Kun Zhang表示，研究合作的跨學科性質(zhì)對于尋找更精確的單細胞 DNA測序方法至關(guān)重要。“我們的方法可以同時提供比其他現(xiàn)有方法更高的準確性和更長的單倍型，”張總結(jié)說。“這項創(chuàng)新需要超越單一部門通常存在的專業(yè)知識，這個案例證明了加州大學圣地亞哥分校不斷發(fā)展的跨學科研究文化，這使得我們能夠吸引其他部門的合作者，這些部門對技術(shù)至關(guān)重要的技術(shù)至關(guān)重要。以拯救的生命來衡量 - 也許是通過體外受精而生的更健康的孩子。“