目前，高通量測序技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種生物學研究中，然而，由于多細胞組織中廣泛存在的細胞異質(zhì)性，使得研究人員難以通過組織樣品測序來揭示一些復(fù)雜的生物現(xiàn)象，如在腫瘤演化研究中，腫瘤組織的異質(zhì)性使得研究人員難以分析腫瘤內(nèi)細胞的遺傳結(jié)構(gòu)并識別在腫瘤演化中的重要變化，除非進行額外的細胞分選實驗，否則研究人員很難鑒定出癌癥發(fā)展中具有重要影響的遺傳突變。2011年，來自冷泉港實驗室的研究人員運用一種單細胞測序，通過基于拷貝數(shù)變異（CNV）的數(shù)據(jù)結(jié)果分析了乳腺癌的癌細胞種群結(jié)構(gòu)，指出腫瘤的進化可能是間斷性的（Navin et al., 2011, Nature），挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的腫瘤漸進式演化模型。這一發(fā)現(xiàn)成為了癌癥研究中的一次重大突破，但是此方法的局限是不能從單個核苷酸水平了解單個癌細胞的遺傳特性。

為了攻克這個難題，來自深圳華大基因研究院的研究人員建立了一種基于多重置換擴增（MDA）的單細胞測序新方法，并對該方法的擴增均一性、靈敏度、特異性等方面進行了全面評估。文章*作者、華大基因該項目負責人宋盧挺說：“這種將多重置換擴增（MDA）和測序技術(shù)相結(jié)合的單細胞測序方法不僅具有更高的分辨率和基因組覆蓋度，而且具有更好的敏感性和特異性。該方法從單核苷酸水平上為各種復(fù)雜疾病和生物學過程的研究開辟了新思路。”

為了探究腫瘤的演化及遺傳特性，研究人員對取自一例典型的JAK2陰性ET病人的90個單細胞進行了全外顯子測序，通過諸多分析，研究人員揭示了此ET在腫瘤發(fā)生中遵循單克隆演化模型，并鑒定了一些與ET的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)的突變基因。

在第二篇文章中，為了更好地解析腎癌內(nèi)部的遺傳變異情況，研究人員運用此新方法對一例腎癌進行了研究。他們發(fā)現(xiàn)此例腎癌并非由常見的兩個突變基因VHL和PBRM1導(dǎo)致，這說明在病人群體中所鑒定的頻發(fā)突變（recurrent mutation）可能與腫瘤個體無關(guān)，同時也強調(diào)了在癌癥分析和診斷過程中進行個性化治療的重要性。通過遺傳學定量分析，研究人員發(fā)現(xiàn)在此腎癌中不存在明顯的克隆（細胞）亞群，而且在腫瘤細胞群體內(nèi)不同細胞突變頻率的突變之間也存在差異明顯的堿基突變譜，研究人員推測這可能與腫瘤演化過程中的選擇緊密相關(guān)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一些與此腎癌發(fā)生相關(guān)的重要功能基因。

深圳華大基因研究院副院長徐訊說：“我們對所有數(shù)據(jù)進行分析后，發(fā)現(xiàn)此腎癌內(nèi)的遺傳結(jié)構(gòu)比我們之前預(yù)想的要復(fù)雜得多。單細胞測序為實體腫瘤研究開拓了一個新的研究視角，并對促進開發(fā)更有效的細胞靶向治療方法具有十分重要的意義。同時，我們的研究也為其他研究人員利用單細胞測序研究腫瘤提供了一個很好的參照。”

文章通訊作者、深圳華大基因研究院副院長李英睿指出：“我們的兩項研究表明，單細胞測序新方法為遺傳異質(zhì)性腫瘤的高精度、全面評估提供了一個非常的研究工具。這種新方法和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為鑒定與腫瘤發(fā)展相關(guān)的候選基因提供了科學依據(jù)，也必將會推動癌癥的遺傳機理和生物學過程更深入的研究。”

華大基因執(zhí)行院長王俊指出：“此單細胞測序技術(shù)使基因組學研究提升到了一個全新的層次和高度，使科學家們可以真正從生命活動的zui基本單位——細胞這個層次去研究生物的生長、發(fā)育、生殖、遺傳、變異等過程。”