活細(xì)胞測(cè)序記錄細(xì)胞的變化示意圖。圖片來(lái)源：中科院深圳先進(jìn)院
在嬰兒呱呱墜地之前，受精卵是如何發(fā)育成個(gè)體的？細(xì)胞是生命的基本單位，了解它的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)，不僅有助于人們了解正常發(fā)育的過(guò)程，也對(duì)理解疾病的產(chǎn)生和發(fā)展至關(guān)重要。然而，想要"看清"細(xì)胞的"前世今生"，仍然存在不小的技術(shù)困難。
前不久，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所研究員陳萬(wàn)澤以共同第一作者身份在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表長(zhǎng)文，介紹了研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際首創(chuàng)的活細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)Live-seq，該技術(shù)首次讓單細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄測(cè)序后，依然能保持細(xì)胞存活，首次實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞全基因表達(dá)的連續(xù)觀測(cè)。
"該研究為單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序提供了全新的研究策略，為我們理解生命過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化提供了強(qiáng)有力的手段，是這一領(lǐng)域的又一重大突破。"北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授湯富酬說(shuō)。
陳萬(wàn)澤介紹，當(dāng)前，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)是了解細(xì)胞狀態(tài)的重要手段，就像看一張"高清照片"，通過(guò)單細(xì)胞測(cè)序能夠看清細(xì)胞現(xiàn)在所有基因的表達(dá)狀態(tài)。不過(guò)，這些技術(shù)在理解細(xì)胞狀態(tài)"電影"般的動(dòng)態(tài)變化上卻有很大的挑戰(zhàn)。
"利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)來(lái)觀測(cè)細(xì)胞狀態(tài)的前提，是需要將細(xì)胞裂解，提取其中的RNA來(lái)測(cè)定每個(gè)基因表達(dá)量的高低，但這樣就不可避免地殺死了細(xì)胞。"陳萬(wàn)澤說(shuō)。
通過(guò)近7年的努力，陳萬(wàn)澤與合作者開(kāi)發(fā)了活細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，其核心是通過(guò)對(duì)活細(xì)胞中的部分細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行微創(chuàng)提取，并對(duì)極其微量的細(xì)胞質(zhì)RNA進(jìn)行擴(kuò)增，實(shí)現(xiàn)在進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序后，依舊保持細(xì)胞的存活和功能，從而可以跟蹤細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化。
"我們首先想到的是外泌體，它是細(xì)胞向外面吐出來(lái)的小泡，里面有蛋白、RNA等物質(zhì)。如果我們把單個(gè)細(xì)胞的外泌體都收集起來(lái)，再對(duì)其中的RNA進(jìn)行測(cè)量，或許就可以在一定程度上反映細(xì)胞狀態(tài)而又不殺死細(xì)胞。"陳萬(wàn)澤說(shuō)。
單個(gè)細(xì)胞中僅有10皮克的RNA，這相當(dāng)于一克的一千億分之一的重量，而細(xì)胞分泌的外泌體中的RNA更是少之又少。陳萬(wàn)澤團(tuán)隊(duì)嘗試?yán)迷谏茖W(xué)領(lǐng)域非常小眾的原子力顯微鏡，通過(guò)對(duì)探針進(jìn)行表面活化、修飾、洗脫等改造后，讓其能夠把細(xì)胞中的RNA"釣"出來(lái)。
"這種探針很細(xì)，對(duì)細(xì)胞的損傷很小，就像‘魚鉤'一樣，改造后可以把細(xì)胞中的RNA‘釣'出來(lái)，又能保證細(xì)胞繼續(xù)存活。我們改造了數(shù)十個(gè)探針后，結(jié)果只在兩個(gè)細(xì)胞上成功‘釣'到了基因。"陳萬(wàn)澤回憶道，當(dāng)時(shí)購(gòu)買一個(gè)原子力顯微鏡探針成本太高，成功率太低，讓這項(xiàng)研究再次面臨阻礙。
在一次學(xué)術(shù)交流中，陳萬(wàn)澤與導(dǎo)師了解到，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Julia Vorholt實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了一種特殊的原子力顯微鏡，能夠吸出一部分的細(xì)胞質(zhì)。一番交流后，兩個(gè)課題組展開(kāi)了聯(lián)合攻關(guān)。
如果將利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)觀測(cè)細(xì)胞，比喻為看一張細(xì)胞在分子水平的高清圖片，那么利用活細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)觀測(cè)細(xì)胞，就好比看一部高清電影，能夠看見(jiàn)細(xì)胞的"前世今生"。
陳萬(wàn)澤告訴記者，盡管該技術(shù)仍然存在諸多挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步完善，但首次實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞連續(xù)觀測(cè)，也為單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)發(fā)展帶來(lái)了更多可能性。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步進(jìn)行深入研究，提高活細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)的可用性。
來(lái)源： 中國(guó)青年報(bào) 邱晨輝