你聽說比爾蓋茨走進酒吧時發(fā)生了什么嗎?那里的每個人平均成為百萬富翁。關(guān)于一個非常富有的人的這個笑話在統(tǒng)計學家中是一個古老的。那么為什么Peter Smibert用它來解釋生物學的革命呢?因為它顯示平均值可能會產(chǎn)生誤導。紐約基因組中心的Smibert說，這包括科學家們試圖了解生命的基本單位 - 細胞。

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

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

“單細胞分析對于全面了解我們的生物學和健康至關(guān)重要，”美國國立衛(wèi)生研究院院長Francis Collins博士最近宣布。事實上，“ 科學 ”雜志將這種技術(shù)命名為允許單個細胞跟蹤基因活動隨著時間的推移在發(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：“單細胞革命剛剛開始。 “

大量的發(fā)現(xiàn)

即使像我們這樣復雜的動物也只是大規(guī)模的細胞群體，每個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50種細胞。

據(jù)“ 自然方法 ”雜志報道，僅僅五年前，從單個細胞中解碼DNA及其化學表親RNA的方法變得廣泛。仍在開發(fā)新技術(shù)以從單個細胞中撬出越來越多的秘密。

單細胞方法導致了大量的發(fā)現(xiàn)。在過去的一年中，例如：

- 科學家密切跟蹤魚類和青蛙胚胎中的基因活動，這是邁向了解單個受精卵如何產(chǎn)生動物的長期目標的一步。一項研究匯編了92,000多只斑馬魚胚胎細胞的結(jié)果。

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

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

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

囊性纖維化基金會研究事務高級副總裁William Skach博士說，這一發(fā)現(xiàn)為指導新療法的開發(fā)提供了巨大潛力。他說，單細胞技術(shù)對于進一步研究新療法非常重要。(一篇論文的兩位共同作者來自基金會)。

在德克薩斯大學MD安德森癌癥中心，Nicholas Navin使用單細胞DNA研究揭示單個腫瘤的各種細胞中不同的突變模式。這讓他可以重建突變的時間和地點，因為腫瘤是從良性細胞進化而來的。并且他可以識別包含突變組合的細胞，這些突變使它們成為最致命的。

他說，總有一天，這樣的研究應該說明對特定患者使用哪種治療方法，或哪些患者患病風險最高。它也可能讓醫(yī)生檢查他們的治療方法隨著時間的推移對抗癌癥的效果。他說，從現(xiàn)在開始的十年或兩年，醫(yī)生可能會通過在血液檢查中獲取和分析稀有細胞的DNA來很早地檢測到癌癥。

映射所有單元格

同時，一次為數(shù)十萬個細胞產(chǎn)生單細胞結(jié)果的能力為打開人體內(nèi)每種細胞類型的巨大努力打開了大門。來自57個國家的1000多名科學家加入了人類細胞圖集聯(lián)盟，該聯(lián)盟估計最終將在健康和病人身上發(fā)現(xiàn)至少100億個細胞。

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

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

她說，有些細胞比其他細胞更罕見，但這些細胞對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)完成細胞圖集的初稿，重點關(guān)注身體的某些器官和組織。她認為，完成這項工作可能需要十年左右的時間。Regev不會冒險猜測整個人體會發(fā)現(xiàn)多少種細胞類型。

“這不會立即治愈所有疾病，”她說，但“它是一個關(guān)鍵的墊腳石。”