——— 一個(gè)細(xì)胞也夠用 ———

    “擴(kuò)增”妙法用于卵細(xì)胞基因測(cè)序

    要想分析一個(gè)單細(xì)胞的基因組，其遺傳物質(zhì)就必須被復(fù)制或者“擴(kuò)增”。但是這個(gè)“擴(kuò)增”過(guò)程是不完美的。基因組中某些區(qū)域可能比其他區(qū)域產(chǎn)生 更多的拷貝，同時(shí)復(fù)制也有可能改變?cè)蓟蚪M序列信息。要將這種技術(shù)作為一個(gè)臨床篩查和診斷的潛在工具，這兩種錯(cuò)誤都令人擔(dān)憂。

    近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的若干“新一代基因測(cè)序技術(shù)”，在測(cè)序單細(xì)胞上也有困難。通用的辦法，是用化學(xué)辦法將一份DNA增殖為很多份，設(shè)法讓復(fù)制過(guò)程均勻進(jìn)行。2013年，《科學(xué)》雜志將單細(xì)胞測(cè)序列為最值得關(guān)注六大領(lǐng)域的榜首。

    MALBAC單細(xì)胞基因組高通量測(cè)序技術(shù)最早是由著名華人科學(xué)家、哈佛大學(xué)教授謝曉亮發(fā)明的。這種“多次退火環(huán)狀循環(huán)擴(kuò)增技術(shù)”，極大減低了全基因組擴(kuò)增產(chǎn)生的偏差和隨機(jī)性，實(shí)現(xiàn)了從單一細(xì)胞開始的高保真的全基因組擴(kuò)增。

    “我們必須將犯錯(cuò)的可能性降到最低。”謝曉亮教授說(shuō)。他用特殊的化學(xué)引物和工序，增強(qiáng)了DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性。盡管這種方法在擴(kuò)增過(guò)程中也不可避免地引入了單核苷酸的改變，但謝曉亮的方法或者其改進(jìn)版，仍然被寄望于推動(dòng)整個(gè)測(cè)序領(lǐng)域的前進(jìn)。

    一年前，謝曉亮及其合作者用新的方法測(cè)定了單個(gè)精子的基因圖譜，引起學(xué)界極大興趣。現(xiàn)在，這種方法成功用到了卵子上。

    ——— 減少遺傳疾病發(fā)生率 ———

    測(cè)卵子“親姊妹”能得知卵子缺陷

    人類卵子的成熟過(guò)程中，兩個(gè)包含有基因組拷貝的獨(dú)立結(jié)構(gòu)（極體細(xì)胞）被轉(zhuǎn)移到卵子細(xì)胞的外緣，極體細(xì)胞是沒(méi)什么用的副產(chǎn)品，附著在卵細(xì)胞上，很不顯眼。它們能夠被無(wú)創(chuàng)地分離出來(lái)，其DNA成分跟卵子一模一樣，給基因測(cè)序提供了一個(gè)天然的來(lái)源。

    在北京大學(xué)的研究中，通過(guò)對(duì)單個(gè)卵子全基因組進(jìn)行高精度的分析，研究人員成功地對(duì)二倍體的人類基因組進(jìn)行分型，確定了卵母細(xì)胞減數(shù)分裂中的同源重組位點(diǎn)，首次建立了人類女性的個(gè)人遺傳圖譜，并且對(duì)交叉互換干擾和染色單體干擾等遺傳重組特點(diǎn)進(jìn)行了全面的分析。

    接下來(lái)，研究人員通過(guò)對(duì)每個(gè)卵子兩個(gè)極體的基因組進(jìn)行高精度的分析，研究人員能夠準(zhǔn)確地推斷出卵子中基因組的完整性以及攜帶的遺傳性致病基因的情況，從而選擇出一個(gè)正常的，沒(méi)有遺傳缺陷的胚胎用于胚胎移植。

    在這項(xiàng)研究中，遺傳檢測(cè)將告訴每位接受體外受精并且了解自己家族攜帶遺傳缺陷的準(zhǔn)媽媽，她的每一個(gè)卵子是否攜帶了這個(gè)已知的遺傳缺陷。

    喬杰教授說(shuō)，那些在體外受精過(guò)程中已經(jīng)失敗了三次以上并且查不出原因的女性也可以參加這項(xiàng)試驗(yàn)。該試驗(yàn)將驗(yàn)證DNA測(cè)序技術(shù)結(jié)合基因組擴(kuò)增技術(shù)，能在多高的精度上檢測(cè)出可能導(dǎo)致疾病或者生育問(wèn)題的基因組變化，例如單核苷酸變化以及更大的染色體結(jié)構(gòu)或數(shù)目變化。

    “單個(gè)卵母細(xì)胞測(cè)序技術(shù)有一個(gè)局限，”喬杰說(shuō)，“就是只能用于檢測(cè)女方家族的遺傳疾病，因?yàn)樗粰z測(cè)卵子發(fā)育過(guò)程中附屬結(jié)構(gòu)的遺傳物質(zhì)，而非精子的遺傳物質(zhì)。要想檢測(cè)來(lái)自男方的遺傳疾病或新發(fā)突變，需要對(duì)受精后胚胎進(jìn)行檢測(cè)，本研究中對(duì)胚胎也進(jìn)行了初步分析。”

    每年約有11000對(duì)不孕不育夫婦在北醫(yī)三院生殖中心接受體外受精治療。“我們每年會(huì)遇到很多疑難病例，”喬杰說(shuō)，“我們相信通過(guò)我們的努力能夠進(jìn)一步減少遺傳疾病的發(fā)生率，提高正常妊娠率。”

    “從理論上講，如果這種方法能夠很好地發(fā)揮作用，我們將能夠?qū)⒃嚬軏雰杭夹g(shù)的成功率從30%提高到60%，甚至更高。”喬杰說(shuō)。

    ■新聞鏈接

    單細(xì)胞篩查全基因組的試管嬰兒誕生

    如今，通過(guò)對(duì)胚胎細(xì)胞的基因檢測(cè)，醫(yī)生可在胚胎移植入子宮前，選擇染色體正常的胚胎，避免植入成功后因染色體原因?qū)е绿喊l(fā)育異常造成引產(chǎn)，這樣就能提高試管嬰兒的成功率。而只用一個(gè)胚胎細(xì)胞的全基因組檢測(cè)，去年也宣告成功。

    英國(guó)牛津大學(xué)的科學(xué)家2013年7月初宣布，應(yīng)用新一代基因測(cè)序技術(shù)進(jìn)行全基因組篩查，一個(gè)體外受精發(fā)育的男嬰在5月呱呱墜地，健康且正 常。將在體外受精獲得的胚胎細(xì)胞寄給牛津大學(xué)后，科學(xué)家從5天大的胚胎內(nèi)提取的單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的數(shù)百萬(wàn)個(gè)DNA片段的遺傳代碼進(jìn)行解碼，查看這些胚胎是否存在 染色體異常或缺失。隨后，這對(duì)夫婦的醫(yī)生將染色體數(shù)目正確的胚胎移入母親的子宮內(nèi)，這名嬰兒得以誕生。

    單細(xì)胞測(cè)序發(fā)現(xiàn)：同一個(gè)人的神經(jīng)細(xì)胞各不相同

    之前大家一直認(rèn)為，一個(gè)人體內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞都有相同的遺傳信息。然而2013年11月《科學(xué)》雜志的一篇文章推翻了這個(gè)教科書上的說(shuō)法。

    科學(xué)家從三位死者體內(nèi)分離了一百個(gè)神經(jīng)元，采用單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)41%的神經(jīng)元擁有獨(dú)特的“DNA拷貝數(shù)變種”，這表明這些神經(jīng)元并不 是來(lái)自于同一個(gè)親本。確定一個(gè)人的不同神經(jīng)元的基因組，只能采用單細(xì)胞基因組測(cè)序的方法。當(dāng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一個(gè)人的不同神經(jīng)元DNA序列不一樣時(shí)，感到非常驚 異。