2014年1月《自然·方法學》 （Nature Methods）上發表年度特别報道，将“單細胞測序”（Singled out for sequencing）的應用列為2013年度最重要的方法學進展。

近幾年來，基于單細胞測序技術的科學研究取得了突飛猛進的發展，其成果有望為一些重要的醫學問題提供新的解決方案。文章總結了2013年單細胞測序技術對于人類早期發育、癌症以及神經科學研究等幾個重點領域的最新應用成果。文章特别指出，北京大學的一些研究團隊在這方面完成了許多優秀的工作，做出了突出的貢獻。

單細胞基因組擴增新技術（MALBAC）最早由哈佛大學謝曉亮教授發明，相關論文2012年發表于《科學》 （Science）雜志。該方法通過形成閉合環來抑制DNA片段被重複地複制，以保持DNA擴增的均勻性，解決了傳統方法對單細胞基因組擴增的強烈偏好性的問題。這項突破在單個細胞水平實現了全基因組93%的高覆蓋率，同時也能準确檢測單個腫瘤細胞中的染色體拷貝數異常。

2013年是單細胞基因組學突飛猛進的一年。由謝曉亮教授創建的北京大學生物動态光學成像中心（BIOPIC）在這一領域做出了重要貢獻。2013年謝曉亮教授哈佛大學課題組與北京大學BIOPIC李瑞強研究員小組合作，将MALBAC技術應用于人類單個精子基因組的測序研究中。他們對一個亞洲男性的99個精子進行了單細胞全基因組DNA擴增，并且利用高通量測序技術對每個精子分别進行了一倍深度的測序。這項工作首次實現了高覆蓋度的單個精子的全基因組測序，構建了高精度的男性個人遺傳圖譜，相關論文發表在《科學》雜志上。

美國科學院院士、斯坦福大學教授Stephen Quake評價說：“從PCR技術被發明的那天起，人們就在嘗試将其應用于分析單個細胞的基因組和轉錄組，但是直到今天單細胞測序才開始迅速發展。”

單細胞檢測技術在癌症研究中也開始發揮重要的作用。2013年12月， BIOPIC白凡研究員和謝曉亮教授團隊與北京大學腫瘤醫院的王潔教授團隊合作共同在《美國科學院院刊》（PNAS）上發表文章，對于癌症病人單個外周血循環腫瘤細胞（CTC）的全基因組、外顯子組進行了高通量測序，發現在某一類肺癌患者的所有循環腫瘤細胞中存在着一種特定的基因拷貝數變異（CNV）模式，而不同癌種CTC細胞的基因組拷貝數變異模式不同，為癌症的早期診斷提供了全新的契機。這也是國際上首次實現對外周血循環腫瘤細胞基因組的高通量測序，标志着利用循環腫瘤細胞基因組測序信息進行腫瘤無創診斷時代的到來。

由于人類早期胚胎中的細胞數目非常稀少而且很難獲得，所以單細胞測序技術無疑對早期胚胎發育研究有着無可替代的重要意義。2013年12月，謝曉亮教授BIOPIC小組和湯富酬研究員小組以及北醫三院的喬傑教授小組共同在《細胞》（Cell）上發表文章，對人類單個卵細胞進行了高精度全基因組測序研究。該研究首次詳細描繪了人類單個卵子的基因組，建立了人類女性的個人遺傳圖譜。這一工作可以有效地幫助接受輔助生殖的女性同時檢測并排除染色體數目異常的胚胎以及攜帶單基因突變的胚胎，從而在大幅度提高輔助生殖成功率的同時、降低嚴重先天性遺傳缺陷嬰兒的出生率，提高人口素質。目前，該研究團隊正在嘗試将這項技術應用于胚胎植入前遺傳學診斷的臨床試驗中，獲益于這一技術的第一個嬰兒将在2014年出生，為這一技術途徑的廣泛應用帶來了希望。

2013年，湯富酬研究組、李瑞強研究組與北醫三院的喬傑教授合作，利用單細胞轉錄組測序技術，分析了不同時期的人類早期胚胎細胞的基因表達情況，這一研究發現了兩千多個全新的可能參與早期胚胎基因表達調控的長非編碼RNA。該項工作發表在《自然結構與分子生物學》雜志上。基因的表達模式與DNA 的表觀修飾有着密切的關系，因此，單細胞的DNA甲基化組分析可以用于研究癌症細胞的特異性機理，但是此前的标準方法隻能做到同時分析50-100個細胞。而同樣也在2013年，湯富酬課題組首次成功實現了單個細胞DNA甲基化組的測序分析。

表觀遺傳學專家Wolf Reik對單細胞測序分析的意義做出了充分肯定，他在2013年單細胞大會上說：“我之前還不是單細胞團隊中的一員，但是我很高興看到各個領域被單細胞技術推動的如此之快，有了新的技術，我們将會解決更加激動人心的生物學問題”。

基于一批優秀學者的共同努力，北京大學已經走在了世界單細胞高通量測序領域的前沿，為生殖, 癌症、醫療檢測研發等諸多領域的研究做出了突出貢獻，也受到了國内外高水平科研期刊的贊譽。目前，北大團隊仍然在這一領域繼續進行深入的探索。

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Nature Methods：Singled out for sequencing