那么什么是单细胞测序？它的先进性体现在哪些方面？这项具有颠覆性的技术未来应用的前景如何，会不会帮助医学界攻克肿瘤这样的难题？带着这些问题，日前，本刊记者专访了旅美新一代生物检测技术首席负责人林巍博士，作为佰美基因的技术研发合伙人，他对与佰美的合作前景很看好，他相信单细胞测序技术在未来人类攻克一些疑难病症上必将扮演重要角色。

 

        记者：请您简单介绍一下什么是单细胞测序及其技术。

        林巍：我们佰美团队目前主要正在进行的，更准确地说是应该是单细胞RNA测序。它是单细胞测序的一个分支。大家知道，生物大分子包括蛋白质、DNA和RNA，后两者都是可以通过测序的方法得到序列的。蛋白质是生物体行使一切功能的基本构件，根据中心法则，蛋白质是由RNA翻译而来的。因此我们的目标主要是为了给RNA定量，从单细胞的分辨率上对RNA进行测序。

        单细胞测序从字面上也能理解一些，比如华大基因等团队他们做的深度基因测序，他们做的样本相当于是基于整体的，类似打混合果汁，把苹果、橙子、梨等水果放在一起搅拌，对于测序的样本中既含有苹果的，也含有橙子等水果的，他们的方法无法区分，而在我们这里能做到对其中参与的每种水果成分进行取样分析，也就是对单细胞进行基因测序。这样做的好处就是我们可以得到更多维度的信息，指向性就更明确，对样本的理解也就更容易。

 

 

        记者：相比较普通的基因组测序，单细胞测序的进步性体现在哪里？单细胞测序对整个生物检测的技术研究具有什么样的突破和开拓意义？

        林巍：我们知道，一般绿豆大小的活检样本就可能包含多达几百万的组织细胞，单个细胞里的DNA或RNA仅仅处在皮克（pg）级的水平，这么少的底物量是远远达不到过去已有测序仪的最低上样需求。那么如何高保真地扩增出单个细胞中的遗传物质获得无偏倚的信号，并尽可能地避免错配和丢失是单细胞测序技术中要解决的核心问题。

        单细胞基因测序的先进性主要体现在我们对基因测序可以获取多一个细胞这个维度信息，首先我们先要把样本消化解离成为单细胞悬浮，把每一个单细胞作为一个新的单元来进行解析，从我们认识样本的角度来讲，就有了更大的深度和更多的细节。

        此外，单细胞测序的先进性还可以这样来理解，比如我们以前在医院里做一个诊断检测，一般会对一两类分子进行定量检测，比如测血糖，通过获取相关信息最后来诊断是否患有血糖疾病，这样做的一个问题是获取信息的通量小。而用基因测序的方法，我们对活检就不是测一两类分子，而是可以测很多很多基因的丰度，即这些基因的量，这样一个样本就形成一个总体分子的描述，这样相对于对一两个分子的检测就多了更多的信息，这就体现了检测的进步性。当然，这也只是此前在生物检测领域所做的事情，现在到了单细胞检测水平，又多了一个维度，不但有了更多的信号通道，而且这些信号通道是来自单细胞的，我们知道一个样本中会有很多很多细胞，有正常的细胞也可能有病变的细胞，我们把分子解析到单细胞的水平，这样我们获取的数据量就非常多，所获得的关于基因的细节就会更多，因此能获得更多关于基因的信息，而且这个提高在量级上是巨大的，因此也被称为生物检测领域颠覆性技术。

        记者：在普通老百姓看来，普通测序采用的RNA或DNA由多个细胞组成，尽管这样样品提前已很难，那么仅用一个细胞来获取样本那么久更不可想象了，请问您的研究中采取什么样的技术做到这一点？

        林巍：如何实现单细胞测序目前已经有很多的方法，举个简单例子，早期的单细胞技术就是将细胞先分离成单个的悬浮的，我们都知道通常得到的活检组织，细胞都是黏连在一起的，需要通过一些技术手段，使得细胞与细胞之间的黏连断开，这样就形成单细胞的悬浮液，然后用一些精密的手段挑取单个细胞放进试管内进行测序，这是以前采用的技术手段。现在我们采用的单细胞技术，它最主要的核心在于实现了高通量(高效)获取单细胞，我们知道采用手工单个挑选细胞，那效率太低了，而我们利用微流控等技术，在获取单细胞样本上就可以实现高通量。再形象一些说，以前的人工挑选单细胞，一次处理几十个细胞，而现在我们的技术可以达到一次成千上万个细胞获取，不但实现这样一个高通量的单细胞样本获取，更重要我们还实现了对每个单细胞加上身份标签，就好像给了每个人身份证一样，在以后获取基因信息中更有针对性。总结一下，这个颠覆性技术能够获得成功关键在两点，一个是在一个微小的反应器里捕获单细胞，第二个是我们对捕获的单细胞用化学的方法加一个身份标识。

 

 

        记者：您说到现在的单细胞测序技术，相对于以前的技术在效率上大大提高了，可不可以用一个实例更形象地说明一下效率提高的程度？

        林巍：我们以往做单细胞的时候，如果用手工在显微镜下来挑选的话，一天可以做到96孔板，也就是说96个单细胞样本，但是我们都知道，做活检哪怕拿一个绿豆大的活检组织，它都是几十万、上百万的细胞，我们期待更大代表性的单细胞采样，可以代表数目较少的细胞群，整体至少需要几千个细胞，这样看以前的人工技术效率就不够了。现在我们用液滴的方法一次可以做到几千个甚至上万个细胞，这样效率可以大大提高了，实现了样本获取的高通量。当然液滴法也不是唯一提高效率的手段，目前还有细胞在超微阵列反应池里沉降的方法等。这一个提高虽然只是几十上百倍的通量的提高，但是由于统计力的提升，使得我们有机会获得大量统计假设检验的答案。

 

        记者：获取单细胞样本后，你们会做哪些方面的分析和研究？

        林巍： 目前代表性的数据处理和分析分两块任务，一块是一个比较宏大的任务，有些合作团队拿到单细胞检测数据后，会建立一个基础数据库，类似于人类基因组计划数据库一样，先建立一个参考的、健康组织的数据库，作为将来有问题的细胞的对比参考；另外一块属于相对比较具体的研究，比如我们研究肿瘤细胞，它与正常健康细胞的基因数据信息是不一样的，我们会采用各种各样的统计方法，来与对照样本相比，比如找到细胞组成的差异，同样的细胞中分子组成有什么差异等等。通过这样的深度解析，回答研究对象的差异的具体信息。

 

        记者：除了你所在团队进行的单细胞测序研究，目前全球从事该项研究的还有哪些技术团队？各自的优势都是什么？

        林巍：单细胞测序技术是一个庞大的系统，包括很多技术元件，是多学科交叉的产物。目前参与单细胞测序相关技术研究的团队很多，各自从事着不同组件部分的研究，很难将做不同的团队说是完全做单细胞测序研究儿放在一起做比较，各个团队都有自己的研究侧重点和优势。当然比较著名的有哈佛的McCarroll、David Weitz，Aviv Regev，斯坦福的Steven Quake，欧洲桑格研究所Teichman、 瑞典的卡罗林斯卡的单细胞开发团队，还有商业化的公司例如10xGenomics，做二代测序仪的Illumina等公司也有投入。

        我们团队的优势在于整合各种技术元件的人才，我本身是做数据分析出身的，团队的王春明博士是优秀的化学生物学家。团队在整合上下游的技术后，同时也寻找到一些新的技术改进的切入点和数据分析中的痛点，对单细胞测序平台的优化会产生很多新的思路。

 

        记者：普通老百姓最关注的一个问题，单细胞测序会应用在哪些地方？会给他们的生活带来什么样的改变？

        林巍：单细胞测序研究的是生物活检样本，从活检样本来考虑很容易想到它与疾病诊断有关系。我们为了提高诊疗水平，往往需要对来自病人的活检样本进行深刻地解析，解析得越充分、越到位，对于疾病的认识就越深刻，采用针对性的治疗办法就会越有效。我可以预见的是，单细胞测序技术将来最主要的应用会在临床活检的病理诊断上，尤其是在实现精准医疗这个宏大概念上会扮演一个特别重要的角色。

        从前面讲的可以知道，我们对分子水平的活检诊断技术是逐步提升的，从整体活检检出少数几个分子，到同时检测大量分子，再到单细胞加上很多分子，是逐级提升的，因此我们对活检样本的解析就越来越深刻，获得的与疾病相关的信息就越来越多，对于疾病的认识和诊疗就更深刻。

 

        记者：我们知道癌症目前还是医学界尚未攻克的一个难题，可不可以设想一下，随着单细胞测序技术的进步，未来对癌症的认识会更深刻，甚至可能做到治愈癌症？

        林巍：肿瘤不是单纯的一种疾病，而是很多种细胞恶性增殖疾病的一种简单统称。首先我相信将来随着单细胞技术的进步，人类对于不同肿瘤以及里边复杂细胞成份的理解肯定会越来越深刻，会有更多启示会对诊断和治疗产生积极的影响。就像过去二代测序对研究肿瘤的所取得的突破一样，把同一种肿瘤区分成各种不同的亚型，然后采取更精准的靶向治疗手段类似，我相信单细胞测序会在这个领域提供更多有用的信息，然后使得我们对肿瘤的认识和理解更深刻，采取的治疗方案就更有针对性，更有效果。从这个角度来说，我们治愈肿瘤以及提升肿瘤患者临床处理方案，都会有一个很重要的提升。

        如果再往前一些，那么可以畅想，在单细胞测序技术的帮助下，完全治愈某几类肿瘤也是完全可能的，但这还有很漫长的路要走，也要结合其它的技术。但不管怎样，我相信单细胞测序技术对于未来攻克肿瘤必将难题扮演一个至关重要的角色。

 

        记者：最后一个问题，单细胞测序技术开发和应用将对佰美基因在业内的发展呈现一个什么样的前景？未来基因测序的市场应用会是一个什么样子？

        林巍：我们与佰美基因合作包括两个方面，一个是集中在应用方面，借助佰美在当地的资源以及行业内的声誉，为佰美的合作伙伴提供临床科研支持，回答许多疾病发生发展机理有关的基础性问题；另外一个是设备研发方面，将呈分散组装的技术元件整合与集成化为完整的方便操作的设备，以及把一些改进的思路体现到新设备的研发上，尽快推出具有自主知识产权的单细胞测序相关设备，并从设备开发角度进一步拓展佰美的市场资源与客户。

        未来基因测序的市场中，单细胞测序将会成为其中异军突起的一个重要分支。（张小刚 / 文）