Nature新技術：CRISPR+單細胞測序=？
日期：2017-02-03 09:16:47
CRISPR-Cas9“基因剪刀”的基因組編輯技術是生物研究和新型靶向藥物研發的有力工具。比如利用CRISPR篩選基因（pooled CRISPR screens），可以通過CRISPR gRNAs靶向成百上千個不同的基因，同時編輯許多細胞，然后實驗篩選編輯細胞，gRNA可以幫助確定哪些基因對于生物學作用機制具有至關重要的作用。
這種篩選方法對于解決與細胞生長能力直接相關的問題最有用，例如鑒定保護癌細胞免受化療或免疫細胞抵抗HIV感染的基因。 相比之下，可能對于研究基因調控和其它復雜的生物機制并不是那么適合，因為要了解多個基因如何協同工作，調控調節細胞狀態，就需要針對每個CRISPR靶向基因，分別進行培養，編輯和分析細胞，一看就知道既繁瑣，又昂貴。
來自哈佛大學，Broad研究院的研究人員提出了一種解決方法：他們將CRISPR篩選與文庫篩選結合起來，通過整合CRISPR基因組編輯與單細胞RNA測序，平行確定多個基因的基因調控影響，在單個實驗中研究數千個單細胞。
這一研究成果公布在1月18日的Nature Methods雜志上，領導這一研究的是Christoph Bock教授，其研究組利用了尖端的分子技術，構建了一種能幫助研究人員看到單細胞測序實驗中的CRISPR gRNAs的病毒載體，并采用了最先進的基于液滴的單細胞RNA測序方法，高通量的分析了單細胞中上千個基因組編輯事件的影響。
CROP-seq（CRISPR droplet sequencing，CRISPR液滴測序，生物通注）創造性地組合了基因組學領域兩個最有希望的技術，能大規模完成前所未有的高通量基因調控的分析。此外，隨著單細胞測序成本的下降，這種技術還可以生成人類基因組中23,000個基因的每一個基因調控影響的綜合圖譜。
“我們利用CROP-seq研究了白血病發生過程中的遺傳和表觀遺傳因素的相互作用”，Christoph Bock說，“如果能在試管中了解癌細胞生成所需要的元件，那么就可以找到新的方法來干擾癌細胞生成，將細胞恢復到更有利的狀態。”
CROP-seq目前作為開源方法開放，所有數據，指南，試劑和軟件將由CeMM自由共享，其他科學家可以在自己的工作中使用和擴展該方法。
隨著二代測序技術的飛速發展，帶動了眾多基于測序技術的高通量測序數據呈爆炸式增長，然而傳統的高通量測序技術均以細胞群體作為研究對象，實際上細胞群體內各個細胞間存在異質性，細胞群體內細胞狀態相同的這個假設并不完全成立。
近年來，單細胞測序技術蓬勃發展，基于以上單細胞測序技術，回答細胞群體間細胞異質性的問題成為可能，然而單細胞測序技術在時間花費與并行通量上的缺陷仍然限制著針對這一問題的研究與發展。基于液滴微流控分選細胞（Droplet）的基因組學與表觀遺傳組學技術有效的彌補了傳統單細胞測序由于細胞篩選導致的不足。
一些生物技術公司已經開始向這些方面傾斜，如去年Bio-Rad公司和Illumina公司達成合作協議共同開發針對單細胞的新一代測序工作站，這種新型儀器將利用公司的核心微滴分區技術來包裹細胞;在細胞裂解及細胞RNA同微滴中的珠子進行雜交后，乳濁液就會破碎，而且在一系列的樣品準備步驟后，混合液就會進入到一種由Illumina公司開發的無菌文庫準備過程中。
