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全球首个人类细胞图谱面世

全球首个人类细胞图谱面世

【摘要】:

  3 月 26 日, 浙江大学郭国骥教授团队在国际顶级杂志《自然》上发布题为《Construction of a Human Cell Landscape at Single-cell Level》的重大研究成果,宣布绘制出首个人类细胞图谱。该项目利用自主研发的单细胞分析平台,通过高通量测序技术,系统性地绘制了跨越胚胎和成年两个时期,涵盖八大系统的人类细胞图谱,建立了 70多万个单细胞的数据库、鉴定了 100 余种人体细胞大类和 800 余种细胞亚类。

 

  人 类 细 胞 图 谱(Human Cell Atlas,简称 HCA)是生命科学领域近年来兴起的国际大科学计划 , 被认为堪比“人类基因组计划”。该计划的基本目标是采用特定的分子表达谱来确定人体的所有细胞类型,并将此类信息与经典的细胞空间位置和形态的描述连接起来。该计划的终极目标是确定人体中每个细胞的空间位置 ;通过细胞谱系确定在人的一生中每一时刻出现过的每个细胞 ;根据健康状态、基因型、生活方式和外界环境的不同,对每一个个体细胞图谱进行注释。  

 

  获得 2002 年诺贝尔生理学或 医学奖的英国生物学家约翰·萨尔斯顿(John Sulston),曾连续 18 个月用光学显微镜观察线虫的生长发育,并每隔 5 分钟勾勒一幅观察图,他绘制的图谱记录和解释了线虫组织中细胞分裂和分化的过程。根据这些图及其他大量信息,萨尔斯顿等人描绘了迄今为止多细胞生物种类中最为完整的一个细胞谱系图,浓缩了线虫近千个细胞的命运。随着技术的进步和认知的累积,科学家对细胞的研究对象,从动物界转向了人类自身,并采用最前沿的分子生物学技术。 

   

  自从人类基因组计划完成之后,我们初步掌握了“遗传密码”,但仍未能一窥自己的细胞图谱。过去,科学家主要利用显微镜和流式分析等技术,依靠若干主观选取的表型特征对不同物种的细胞进行分类和鉴定。近年来,单细胞测序等新技术的出现和快速发展,让科学家对细胞的观测能力进入全新的阶段。在新技术出现之前,传统的测序技术只能“看”到成群的细胞,单个细胞的特异性表现容易被忽略。单细胞测序技术的出现对传统的细胞认知体系带来了革命性的变化,并能够对单个细胞内高丰度的基因转录物质进行无差别的分析,从而建立一个普适性的细胞分类系统。

 

  郭国骥团队自主搭建了一套完全国产化的 Microwell-seq 高通量单细胞测序平台。利用微孔矩阵、分子标记和扩增技术,高通量、高精度地实现单细胞水平分析,解决了传统测序中单个细胞核酸物质少、容易丢失、分析成本高的难题。基于自主研发的单细胞分析平台,郭国骥团队对 60 种人体组织样品和 7种细胞培养样品进行了高通量单细胞转录组测序。从而系统性地绘制了跨越胚胎和成年两个时期,涵盖八大系统的人类细胞图谱,建立了 70多万个单细胞的数据库、鉴定了 100 余种人体细胞大类和 800 余种细胞亚类。