加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校的一個(gè)跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種技術(shù)，用于對(duì)來(lái)自單個(gè)人類細(xì)胞的基因組進(jìn)行非常準(zhǔn)確的測(cè)序和單元型分析。他們的研究結(jié)果在“美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊”(PNAS)印刷版之前在線發(fā)表。“單細(xì)胞的準(zhǔn)確測(cè)序?qū)⒛軌蜃R(shí)別導(dǎo)致癌癥和遺傳疾病的突變，”資深作者，加州大學(xué)圣地亞哥雅各布斯工程學(xué)院生物工程學(xué)教授Kun Zhang說(shuō)。“與此同時(shí)，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(lái)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(jì)算機(jī)科學(xué)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(xué)中心的生物信息學(xué)專家，他們都在加州大學(xué)圣地亞哥分校獲得博士學(xué)位。學(xué)生Peter Edge和CSE校友Vikas Bansal(博士'08)，現(xiàn)在是加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院的CSE教師和小兒科教授。加入該項(xiàng)目的跨學(xué)科根源是電氣和計(jì)算機(jī)工程系(ECE)校友Ho Suk Lee(MS，Ph.D。'11，'15)，現(xiàn)在在Broadcom，

基因組測(cè)序的臨床應(yīng)用要求DNA測(cè)序的高準(zhǔn)確性。根據(jù)CSE的Bafna，到目前為止，許多應(yīng)用都是禁止的，因?yàn)槟壳暗募夹g(shù)不夠準(zhǔn)確，無(wú)法在單個(gè)人類細(xì)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(shuō)。“每個(gè)基因都有兩個(gè)等位基因，每個(gè)基因來(lái)自一個(gè)父母。其中一個(gè)等位基因可能含有引起疾病的突變。這些攜帶者可能是無(wú)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(huì)出現(xiàn)癥狀。”

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

除了IVF植入前診斷和早期癌癥檢測(cè)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(xì)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(zhǎng)，新的治療方法可能是患者自身細(xì)胞的調(diào)整版本，”第一作者和生物工程博士說(shuō)。學(xué)生圍強(qiáng)楚。“該技術(shù)可以使用'編輯'基因的單個(gè)細(xì)胞，并返回與我們對(duì)許多細(xì)胞進(jìn)行測(cè)序一樣準(zhǔn)確的結(jié)果。”

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

“基本上它可以同時(shí)測(cè)序來(lái)自父母的所有四條染色體DNA的非常長(zhǎng)的片段，”CSE生物信息學(xué)博士解釋說(shuō)。學(xué)生Peter Edge，在兒科學(xué)教授Vikas Bansal的基因組信息科學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作。“這使我們能夠進(jìn)行比較并糾正錯(cuò)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(shí)會(huì)引入錯(cuò)誤。不幸的是，CSE的Bafna指出，“我們無(wú)法在沒(méi)有聚合酶的情況下從單個(gè)細(xì)胞中讀取基因組信息，因此我們不得不提出一個(gè)解決這些錯(cuò)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(zhǔn)確的單細(xì)胞基因組測(cè)序 ”。

資深作者Kun Zhang表示，研究合作的跨學(xué)科性質(zhì)對(duì)于尋找更精確的單細(xì)胞 DNA測(cè)序方法至關(guān)重要。“我們的方法可以同時(shí)提供比其他現(xiàn)有方法更高的準(zhǔn)確性和更長(zhǎng)的單倍型，”張總結(jié)說(shuō)。“這項(xiàng)創(chuàng)新需要超越單一部門通常存在的專業(yè)知識(shí)，這個(gè)案例證明了加州大學(xué)圣地亞哥分校不斷發(fā)展的跨學(xué)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(duì)技術(shù)至關(guān)重要的技術(shù)至關(guān)重要。以拯救的生命來(lái)衡量 - 也許是通過(guò)體外受精而生的更健康的孩子。“