Секвенирование отдельных клеток
Секвенирование отдельных клеток исследует информацию о последовательности отдельных клеток с помощью оптимизированных технологий секвенирования следующего поколения (NGS), обеспечивающих более высокое разрешение клеточных различий и лучшее понимание функции отдельной клетки в контексте ее микроокружения. [1] Например, при раке секвенирование ДНК отдельных клеток может дать информацию о мутациях, переносимых небольшими популяциями клеток. В ходе разработки секвенирование РНК, экспрессируемых отдельными клетками, может дать представление о существовании и поведении различных типов клеток. [2]В микробных системах популяция одного и того же вида может казаться генетически клонированной, но секвенирование РНК одной клетки или эпигенетические модификации могут выявить межклеточную изменчивость, которая может помочь популяциям быстро адаптироваться, чтобы выжить в меняющихся условиях. [3]
Типичная человеческая клетка состоит примерно из 2 x 3,3 миллиарда пар оснований ДНК и 600 миллионов оснований мРНК. Обычно смесь миллионов клеток используется для секвенирования ДНК или РНК с использованием традиционных методов, таких как секвенирование по Сэнгеру или секвенирование Illumina . Используя глубокое секвенирование ДНК и РНК из одной клетки, можно широко исследовать клеточные функции. [1] Как и типичные эксперименты NGS, протоколы секвенирования отдельных клеток обычно содержат следующие этапы: выделение отдельной клетки, экстракция и амплификация нуклеиновых кислот, подготовка библиотеки секвенирования, секвенирование и биоинформатика.анализ данных. Выполнение секвенирования одной клетки является более сложной задачей по сравнению с секвенированием клеток в массе. Минимальное количество исходных материалов из одной клетки приводит к тому, что деградация, потеря образца и загрязнение оказывают заметное влияние на качество данных секвенирования. Кроме того, из-за пикограммового уровня количества используемых нуклеиновых кислот [4] часто требуется интенсивная амплификация во время подготовки образцов для секвенирования отдельных клеток, что приводит к неравномерному охвату, шуму и неточной количественной оценке данных секвенирования.
Недавние технические усовершенствования делают секвенирование отдельных клеток многообещающим инструментом для решения ряда, казалось бы, недоступных проблем. Например, гетерогенные образцы, редкие типы клеток, взаимосвязь клеточных линий, мозаицизм соматических тканей, анализ микробов, которые нельзя культивировать, и эволюция заболевания могут быть выяснены с помощью секвенирования отдельных клеток. [5] Секвенирование отдельных клеток было выбрано издательской группой Nature Publishing Group в качестве метода 2013 года. [6]
Секвенирование генома ДНК одной клетки включает выделение одной клетки, амплификацию всего генома или интересующей области, создание библиотек секвенирования, а затем применение секвенирования ДНК следующего поколения (например , Illumina , Ion Torrent , MGI ). В системах млекопитающих секвенирование ДНК одной клетки широко применялось для изучения нормальной физиологии и болезней. Разрешение отдельных клеток может раскрыть роль генетического мозаицизма или внутриопухолевой генетической гетерогенности в развитии рака или ответе на лечение. [7]В контексте микробиомов геном одного одноклеточного организма называется единым амплифицированным геномом (SAG). Достижения в области секвенирования ДНК отдельных клеток позволили собрать геномные данные о некультивируемых прокариотических видах, присутствующих в сложных микробиомах. [8] Хотя SAG характеризуются низкой полнотой и значительным смещением, недавние вычислительные достижения позволили собрать почти полные геномы из составных SAG. [9] Данные, полученные от микроорганизмов, могут установить процессы культивирования в будущем. [10] Некоторые из инструментов сборки генома, которые можно использовать при секвенировании генома одной клетки, включают: SPAdes , IDBA-UD, Cortex и HyDA. [11]
