发表在自然生物技术在美国，这一创新标志着单细胞基因组学研究的重大加速。

什么是单细胞测序?

我们最初都是一个细胞，但很快就变成了数万亿个。第一个细胞中的基因组被复制到其他所有细胞中——那么我们是如何得到这么多不同类型的细胞的呢?多年来，科学家们一直试图弄清楚基因是如何在不同细胞发育的不同时期开启和关闭的，从而使细胞能够执行特定的功能。

单细胞测序改变了这一研究领域，使科学家能够研究单个细胞中的基因，而不是大块组织。当大量研究细胞时，收集的细胞可能看起来是一致的，但实际上包含许多不同的细胞类型。因此，结果代表一个平均值。它们为研究人员指明了一个有希望的方向，但没有给出精确的见解。

通过允许研究人员一次只检查一个细胞，单细胞测序正在重新定义解剖学。它筛选表面上看起来相似的细胞，突出新的细胞类型，极大地提高了发现驱动身体健康功能或疾病过程的单个基因的能力。

ATAC-seq

在这项研究中，研究人员专注于一种称为ATAC-seq的测序(利用测序进行转座酶可及染色质测定)。每个人类细胞包含两米长的DNA，紧密地包裹在微小的细胞核中。ATAC-seq识别DNA的哪些部分是未缠绕的，哪些是蛋白质可以接近的。

“这有点像打开一个多维度的手提箱来拿衣服，”该研究的联合主要作者、哈佛大学杰森·布恩罗斯特罗实验室的博士后Fabiana Duarte说。“如果基因组的一部分是可访问的，酶可以切割并标记它。然后我们找到所有标记DNA的序列。”

基因由许多不同的蛋白质控制。例如，转录因子与一段DNA结合，并带来读取它的机器。有无数的转录因子，每一个都能识别并结合一个非常特定的DNA序列。这个序列被称为基序，因为它是如此特殊，所以可以在ATAC-seq数据中标记。

自2013年Buenrostro及其同事首次开发ATAC-seq以来，该领域发展迅速。这项技术在基因组学领域被广泛使用，例如在人类细胞图谱项目中，用于了解和绘制基因组功能。但是这个复杂的过程既耗时又低效，只有一小部分细胞能产生可靠的结果。

扩大

本研究开发的新方法使ATAC-seq的效率大大提高。以前的方法可以在每个反应中分析100个细胞，而新方法可以分析50,000个细胞。

“我们已经扩大了它的规模，所以我们可以以一种直接的方式分析人体组织中的许多细胞。方法很简单，所以你可以在一天内运行实验，从头到尾。这将使研究人员在更短的时间内取得更多的成果，”哈佛大学干细胞和再生生物学系助理教授布恩罗斯特罗说。爱博网投领导者

单细胞测序的最大挑战之一是分离待研究的细胞。新方法利用微流体和液滴解决了这一问题。

“我们与Bio-Rad团队合作开发了这种方法，”Duarte说。“该设备的一个通道传送一个细胞，另一个通道添加一个头——每个头都有一个条形码标签。它们相遇的地方就有油，所以就有了液滴。每个液滴都有一个细胞和一个头。你可以在设备中添加许多细胞，以获得单个标记细胞的数据。”

但是细节决定成败，任何一个计算生物学家都会告诉你。

“理想情况下，每个液滴中都有一个头。但在实践中，为了确保每个细胞都被标记，液滴最终可能有不止一个头，”布恩罗斯特罗实验室的研究生、共同主要作者Caleb Lareau说。“我们的新软件可以识别这些病例并将它们合并，这样你就可以识别出最初看起来像许多细胞的单个细胞。”

“由于实验和计算上的创新，我们现在可以得到95%的细胞的轮廓。这一比例从20%上升到30%——就像白天一样，”拉罗说。

加速研究

“这种液滴方法将作为一种现成的技术提供给所有领域的生物医学研究人员，我真的很自豪我们帮助它走到这一步，”布恩罗斯特罗说，他也是哈佛干细胞研究所的一名教员。“在这项研究中，我们还开发了一种方法:条形码增加了另一层标记，使我们能够将我们可以分析的细胞数量增加十倍或更多。它改变了你可以问的问题，以及你能多快找到答案——我认为我们现在将看到研究进展得更快。”