【科学家成功实现活细胞转录组测序】中国科学报:在我们呱呱坠地之前,受精卵是如何发育成复杂个体的?为何正常的细胞会慢慢变成癌细胞?

细胞是生命的基本单位,了解它的过去、现在和未来不仅有助于我们了解正常发育的过程,也对理解疾病的产生和发展至关重要。然而,想要“看清”细胞的“前世今生”仍然存在显著的技术困难。

8月17日,现任中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员(原瑞士洛桑联邦理工学院博士后)陈万泽以共同第一作者身份在国际顶级期刊Nature上发表长文,介绍了研究团队在国际首创的活细胞转录组测序技术(Live-seq),该技术首次让单细胞进行转录测序后,依然能保持细胞存活,首次实现了活细胞全基因表达的连续观测。

“该研究实现了使用Live-seq技术对同一个活细胞多次分离部分细胞质进行多次转录组测序的可行性,表明这一技术有望在将来用于构建单个活细胞的转录组系列变化动态。该研究为单细胞转录组测序提供了全新的研究策略,为我们理解生命过程的动态变化提供了强有力的手段,是这一领域的又一重大突破。” 北京大学生命科学学院教授汤富酬评论道。

不杀死细胞就能测序

人类体内的细胞拥有几乎一样的基因组,但是为什么能够产生多种多样的细胞?基因组中数万个的基因表达与否和高低,很大程度上决定了细胞的种类和功能,比如神经细胞、免疫细胞、各种肿瘤细胞等等。

因此,如果知道细胞不同时间的基因表达的变化,就能够了解细胞的过去、现在和未来。

当前,单细胞转录组测序技术是了解细胞状态的重要手段,就像看一张“高清照片”,通过单细胞测序能够看清细胞现在所有基因的表达状态。但是这些技术在理解细胞状态“电影”般的动态变化上却有很大的挑战。

“利用单细胞转录组测序技术来观测细胞状态的前提,是需要将细胞裂解,提取其中的RNA来测定每个基因表达量的高低,但这样就不能避免地杀死了细胞。”陈万泽说道,“使用单细胞测序技术,也只能了解到一个细胞当下的状态,却不能获得它的过去,也无法知晓它将来的功能。”

通过近七年的努力,陈万泽与合作者开发了活细胞转录组测序技术Live-seq,其核心是通过对活细胞中的部分细胞质进行微创提取,并对极其微量的细胞质RNA进行扩增,实现在进行单细胞转录组测序后,依旧保持细胞的存活和功能,从而可以跟踪细胞的动态变化。

论文通讯作者、瑞士洛桑联邦理工学院教授Bart Deplancke表示,该技术兼具全基因表达分辨率和动态解析能力,是目前对单细胞转录组直接动态测量、偶联细胞现有状态和其后续表型的唯一解决方案。

两次碰壁,终于“钓”出RNA

如何在不杀死细胞的前提下,看到细胞的动态变化?

“我们首先想到的是外泌体,它是细胞向外面吐出来的小泡,里面有蛋白、RNA等物质。如果我们把单个细胞的外泌体都收集起来,再对其中的RNA进行测量,或许就可以在一定程度上反映细胞状态而又不杀死细胞。”陈万泽说道。

单个细胞中仅有10 pg(皮克)的RNA,这相当于一克的一千亿分之一的重量,而细胞分泌的外泌体中的RNA更是少之又少。研究团队设计了微流控芯片来完成单细胞捕获、外泌体收集等过程,发现由于外泌体中的RNA数量太少,根本无法实现单细胞分子水平的观测。

随后,陈万泽尝试利用在生命科学领域非常小众的原子力显微镜,它有一个很尖的硅探针,多用来检测物质表面性质。研究团队通过对探针进行表面活化、修饰、洗脱等改造后,让其能够把细胞中的RNA“钓”出来。

“这种探针很细,对细胞的损伤很小,就像‘鱼钩’一样,改造后可以把细胞中的RNA‘钓’出来,又能保证细胞继续存活。我们改造了数十个探针后,结果只在两个细胞上成功“钓”到了基因。”陈万泽回忆道,当时购买一个原子力显微镜探针需要800美元,研究成本太高,成功率太低,让这项研究再次面临阻碍。

瑞士洛桑联邦理工学院学科交叉氛围浓厚,在一次偶然的学术交流中,陈万泽与导师了解到,瑞士苏黎世联邦理工学院的Julia Vorholt实验室开发了一种特殊的原子力显微镜,能够吸出一部分的细胞质。

一番交流后,两个课题组一拍即合,展开了联合攻关。联合团队对一系列的实验过程进行了优化,包括解决了RNA降解、低温下的快速操作、超微量样品转移、采样通道清洗避免交叉污染、图像下追踪细胞等多种问题,以保证实验结果的可靠性。

联合团队利用重新改造后的Live-seq,对五种类型共295个细胞进行了测序,发现Live-seq能够有效区分不同类型的细胞,且平均每个细胞能检测到约4112个基因的表达信息。

仅对少量的细胞质进行测序,是否就能代表细胞的状态?

“我们平行比较了单细胞测序结果,发现活细胞测序结果与普通的单细胞测序结果高度吻合,证明Live-seq能够很好地体现细胞的全转录组状态。”陈万泽说道。

细胞的存活率又如何保证呢?

“原子力探针尖端只有几百个纳米大小,而且能和细胞膜密封,对细胞损伤极小。吸取约5%至50%的细胞质后,细胞体积可以快速恢复到正常水平,存活率在85%至89%之间,细胞能进行正常分裂。通过一系列的功能分析和分子表征,我们没有发现Live-seq对细胞的状态有显著的影响。”陈万泽表示。

对此,审稿人在评审意见中也写道:“由于细胞测序后仍旧存活,Live-seq首次实现对同一个细胞全基因表达的连续测量。”

细胞测序史从“高清图片”到“高清电影”的跨越

在细胞观测技术史上,显微成像和基因编辑介导的分子记录等技术不仅能观察细胞水平的生长、分裂、死亡等过程,还能观测细胞中的单个或几个基因指标。

2009年,单细胞转录组测序技术为更系统全面地定义细胞类型和状态提供了变革性手段。但人们仍然只能观察到细胞的静态状态,无法连续观测细胞的动态或者检查细胞后续的表型。

如果将利用单细胞转录组测序技术观测细胞比喻为看一张细胞在分子水平的高清图片,那么利用Live-seq观测细胞,就好比看一部高清电影,能够看见细胞的“前世今生”。

“Live-seq可以回答细胞怎样的过去决定了它的现在,不只知道细胞中为何存在差异,还知道这些差异从何而来。”陈万泽介绍道。

在验证实验中,研究团队利用Live-seq直接测定了同一个巨噬细胞在不同时间的状态变化,发现细胞起始状态的少数基因的表达差异和噪音(如Nfkbia、Gsn等)是决定细胞后续反应差异的重要原因。对应地,普通的单细胞转录组无法找到这些规律。

陈万泽表示,尽管Live-seq仍然存在诸多挑战,需要进一步完善,比如低通量、暂不能在体内应用、在高度极化且mRNA分布不均的细胞中无法实现全细胞转录组测序、对细胞更多次的采样还需进一步研究等,但该技术首次实现了活细胞连续观测,也为单细胞测序技术发展带来了更多可能性。未来,团队将进一步进行深入研究,提高Live-seq技术的可用性。

关于这一周

满打满算,这一周应该运动了5天,跑了一次5km,上了2节单车课,湟水河散步10km,今天跳了30min操…
同时有三天都在加班,周末正常休息。

昨天去银行办了社保卡,之所以拖了这么久是因为前段时间对自己的认知是:我只是西宁的过客。而现在更多的是:既来之则安之…

突如其来的大暴雨,让金塔一片狼藉,以前从来没想过会有天灾发生在我们那个小县城,说起来我的世界很小,至少我家不受影响,而我更多的感触是:人在大自然面前真的太渺小了,可控的事情很少,正如罗翔老师所说:做你该做的事情,并接受他的事与愿违…

中午午睡,梦回海石湾,可能是睡姿不对,梦见我又和海石湾的“朋友们”在一个密闭的空间,他们吵吵嚷嚷,划拳喝酒…
那种窒息感压的我喘不过气,我好想醒来却怎么也醒不来,整个梦境都是压抑感…
醒来之后我如释重负,幸好是梦…

我很少午睡,晚上一般做梦也记不清,但是今天的梦却记忆犹新,大概那是我曾经的生活,我好不容易逃离的生活…
那些不好的经历以及人和事,可能对我心理上造成过一定程度的伤害,好在都过去了,如果不出意外那些人我一辈子都不会再见…

例行周末大扫除,把边边角角擦干净之后,一堆瓶瓶罐罐都洗干净,整个居住环境就让人很舒适,边听歌,边打扫卫生,顺便挂着培训课程,说起这个培训课,倒让人有种大学挂慕课的感觉…

这一周读的书是杨显惠的命运三部曲之一《甘南纪事》,以前看过他的《夹边沟纪事》电子书,现在已经全网下架了,纸质书也只有盗版,前段时间把这三本书都买了回来,想收藏起来,因为稀有,便显得格外珍贵…
《甘南纪事》大概看了一半,每晚睡觉前,我都看一两章节,看困了立刻睡觉,剩下的一半这周应该可以看完,看不完也没关系,毕竟它是我的枕边读物…

这周除了听《狂人日记》和《成吉思汗》的讲解,今天又听了《骆驼祥子》,这本书我前几年也看过,大概内容还是有印象的,听完之后去看电影,老电影费眼睛,看了三分之一就困了,午睡还做了不舒服的梦…
剩下的一部分电影等哪天想看了再看,不想看就不看了…

买回来的拼图除了“清明上河图”,其余都拼出来了,其实挺好玩的,我又是个急性子,拆开一个就着急拼完,然后满满的成就感…

还有值得庆祝的是,我多终于找到了自己的幸福。
多多姐是我微博上一直关注的一个女孩子,她温暖且有力量,虽然她不认识我,但是我一直以她为榜样,我毕业时工作不顺利,当时她还在读研,当我压力大到爆棚的时候,给她私信,她回复我:人生中很多事情都是一个“熬”字,熬过去就好了。
每当我觉得生活无趣的时候,我就去翻翻她的微博,找找力量,就这样,她的微博陪伴了我好几年…
祝福她…

以后我会珍惜每一个有分享欲的瞬间,并且记录下来,这是我与自己对话最好的方式…

我时常困惑,为什么总感觉自己的生活平淡如水,而自己明明有好好生活,却没有很快乐,准确的说是没有不快乐也没有很快乐,而我说服自己的方式便是不断告诉自己“大家的生活都是如此”,我就是典型的“中国人思维”,如同法不责众一般,大多数人如此我便不在计较…
我也很困惑,很多我与自己和解的事情,究竟是真正的和解了,还是“自我欺骗”,以至于很多事情我都自我矛盾,知行不合一…

大概差不多了…
晚安[月亮]

来聊聊前几天在酒店房间因为铅笔的事,大声争论的事吧
就是随便聊聊,家里的事,没有对错

我是以我主观的角度来描述这个事,难免会有先入为主的看法
所以就那句话,没有对错,随手记录

事情大概是这样的:

1.
当天我们的计划是从汕尾酒店换到深圳酒店,当时接我们的司机师傅已经到了

我带着毛豆豆和恩宝在楼下游戏厅里玩游戏,因为前一天晚上答应了他们要玩游戏,结果晚上关门了,我们就说好第二天一早去玩

这个时候,和毛豆妈说好,她就上楼去收拾东西,我来陪小朋友们

大概十多分钟后,毛豆妈给我打电话,说东西收拾的差不多了,让我上去拿
这个时候恩宝爸爸妈妈也下来了,然后他们看着小朋友,我就先上楼去拿行李了

上去了之后,毛豆妈就说毛豆豆写作业的铅笔找不到了,让他上来找
我呢就说,现在司机到了,恩宝爸妈也收拾好行李在楼下了,要不就不找了,我们去深圳买铅笔就好

这个时候,毛豆妈说:不行,每次都掉东西,每次毛豆都不自己找,必须让他上来找

我虽然觉得没必要,但本着算了的原则,就给毛豆豆打去电话,让他上来找铅笔

因为上楼来是要刷房卡的,所以我还是只有下楼去接毛豆豆
我认为我表现出了对毛豆妈决策的足够尊重

接到毛豆豆之后,毛豆豆开开心心和恩宝就上来了
我在进房间前告诉毛豆豆要收敛下情绪,因为妈妈不太高兴

毛豆豆这个时候马上转头告诉恩宝:我妈妈生气了,小心一点(好像是这样,具体的我也没听清楚)

2.
进了房间,毛豆妈就让毛豆豆找铅笔
房间就那么大,东西也收拾完了,找了几分钟确实找不到
我呢肯定就说算了,去买一支
毛豆妈说没铅笔就不能做作业

我:深圳买不到铅笔?
毛豆妈:反正今天要找到,不然毛豆豆又要怪我没给他找到铅笔

这里说句题外话:毛豆豆的杠是这么多年一直在杠,随着年龄的长大,其实现在都好一点了

一般处理毛豆豆杠有两种方式:
1.一句话吼过去,三言两语结束战斗
2.好好说,大概要说个十多分钟左右

我一小部分的时候肯定是吼过去的,这个人的情绪上来了,无法避免
更多的时候,我是好好说,说半天说通

3.
当下确实楼下的司机师傅也给我打了几个电话,再加上恩宝爸妈也在等我们
所以我就觉得,没必要为了一支铅笔继续耗时间了
所以我继续说算了之类的的话

我的态度肯定不算好了,毛豆妈的态度也肯定不好

我就开始有点冒火,我说:
你让我下楼接毛豆找铅笔,我也去了,对吧。那现在找不到就算了撒!为啥要浪费时间?

毛豆妈更冒火:你啥子事都是算了算了!啥子事都不重要!那你说啥重要???上学的时候,经常你们两个早上起来补作业!那就不上学了嘛!每天写两个字,两篇口算都写不完
(毛豆豆作业确实是少到了极点)

我:我们在说铅笔!不要扯远了,没说补作业!
毛豆妈:那你就让他找到!

期间我们又争论了七八分钟吧

恩宝在旁边静静的看着
毛豆豆在眼神涣散在发呆

4.
毛豆妈又让毛豆豆找铅笔时,这个时候毛豆豆已经哭起来了
虽然我和毛豆妈能看出来,毛豆豆的哭,有九成的表演成分
恩宝在旁边也是一脸茫然,面无表情,不知所措的看着这一切

我这个时候肯定是生气了,对着毛豆说:毛豆,今天这事不怪你!是你妈妈的问题!她自己控制不好自己的情绪

后来毛豆妈说,她就是因为这句话暴走的

毛豆妈往床上一坐说:我不去了!你给我把机票买了!我要回去!你和毛豆去!

我一看这情况,就知道完了完了
因为如果再说,毛豆妈肯定是直接飞回成都了,肯定就没有回旋余地了

我说:毛豆都哭了,就不说了,走了
毛豆妈坐在床上说:那我也哭嘛,是不是就对了?

4.
期间毛豆哭了大概两三分钟,就是只见声音,不见泪那种,接着停下来继续看戏

这个时候,我就转头对毛豆说:那毛豆,现在只有一个办法了,那就是今天我们到了酒店,你就去把今天的作业写了!然后口算加两篇,可不可以!?
毛豆豆:可以啊

回答完问题后,突然毛豆发现自己没有哭,就又开始哭
我对毛豆说:可以了,差不多就行了

毛豆立马收住了哭声,沉默不语

毛豆豆能看出来,我是站在他那边的
他也知道,站在他那边肯定遭的凶
但我遭又不是他遭,所以他也就沉浸于表演就行了

这个时候我就对毛豆妈说:看嘛,现在就这样了撒,去了深圳就买铅笔,马上写作业

5.
毛豆妈提起箱子转身走出房门
我和毛豆豆恩宝就紧随其后

去往深圳的路上,毛豆妈一言不发
直到到了酒店,毛豆妈看到酒店挺漂亮的,才开始开开心心的拍照

6.
最关键的是,我在车上问毛豆豆,知道今天为什么会发生这样的事吗?
毛豆豆说:不关我的事,是你和妈妈吵架,把我吓哭了

当然,以我对毛豆豆的了解,还是在演戏

7.
我是觉得虽然自己收拾自己的东西这件事很重要
但是即便是今天我们就不让毛豆出门了,一次把毛豆豆弄痛,哪怕是狂揍一顿,一定要找出铅笔
那么下次,以我对毛豆豆的了解,不用等第二天,当天他的铅笔还是要不见
知子莫如父,毛豆就如同他自己说的:“我的记忆比金鱼好一点,金鱼有七秒,我只有八秒”

就事论事,铅笔掉了重不重要?

如果要上升到一种高度,按照某些教育学家理论:三岁看老,细节决定成败,取一个吸引流量的标题《如果这个细节没抓住那么肯定会毁了孩子一生》之类的教育家,一本正经的讲出来,那么肯定相当重要

但是如果要落地到实事求是,论如何让一个不到七岁的小朋友永远不丢三落四上,那么就一点也不重要了

出了问题,解决问题,不要把一个问题上升到一个高度,这事我认为很重要

比如铅笔掉了,怎么办
肯定要批评,但说两句就行了
下一次再掉怎么办,再说就行了

有啥办法?揍?我觉得没啥用
至少对毛豆豆没用

8.
在铅笔这事发生之前,我们刚落地广州,从机场到酒店
毛豆豆就把他背包丢在了车上,里边装着他所有作业

我还特意又给滴滴师傅电话,让人家送回来一趟

这个事,我觉得比铅笔的事,更严重

毛豆妈对这事却是一笑而过
到了铅笔,就过不去了

既然都是掉东西
为何掉书包和所有作业没事
而掉铅笔就是原则了
值得深思

是东西丢了的问题还是当下情绪的问题
这是个值得探讨的问题

8.
以上内容,全部是主观记录

主观记录就会出现避重就轻等等等等情况发生,所以不存在对错之分
也不代表我记录的是严丝合缝的,肯定会有偏差

里边所针对的想法,只是对我家毛豆豆的想法和对策,不代表其他任何小朋友

最后,我和毛豆妈都有问题,一来说好了在毛豆豆面前不吵架,结果吵了;二来说好了不再小朋友面前批评毛豆豆,还是批评了…

所以都得道歉,下次注意
#微博亲子季#


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