單細(xì)胞測序技術(shù)的突破
日期：2011-09-21 10:34:32
來自美國和英國的研究人員近日利用單細(xì)胞基因組擴增、測序和裝配，從海洋樣本中鑒定出一個單細(xì)胞細(xì)菌。該研究成果發(fā)表在9月18日的《Nature Biotechnology》在線版上，暗示δ變形菌有遺傳資本來降解葉綠素組分，并有助于海洋環(huán)境的生物降解過程。
來自J. Craig Venter研究所、加利福尼亞大學(xué)以及Illumina Cambridge公司的研究人員組成了一個研究小組，對加利福尼亞海洋樣本中的單個細(xì)菌細(xì)胞基因組進行了測序。他們僅利用短片段讀取，實現(xiàn)了這種不可培養(yǎng)的細(xì)菌的基因組裝配，獲得了宏基因組研究中缺少的細(xì)胞特異的遺傳信息。
盡管人們希望鑒定出人體內(nèi)以及環(huán)境中生存的各種微生物，但大部分細(xì)菌種類不能在實驗室中培養(yǎng)，這阻礙了研究人員對它們的測序和研究。盡管宏基因組研究提供了整個細(xì)菌群體的遺傳信息，但無法為群體中單個成員的遺傳性質(zhì)提供詳細(xì)資料。
為了了解更多細(xì)菌，研究小組利用單細(xì)胞測序來深入研究單個細(xì)菌細(xì)胞的基因組。他們希望利用這種方法來解析微生物如何殺死對方，如何利用環(huán)境中的物質(zhì)，以及更多。
文章的作者之一，加利福尼亞大學(xué)的Pavel Pevzner及其同事利用單細(xì)胞基因組測序策略來追蹤了一種海洋細(xì)菌的基因組。這種細(xì)菌被稱為SAR324，是在La Jolla海采集的，根據(jù)16S rRNA測序結(jié)果被劃分為一種δ變形菌（Deltaproteobacteria）。
他們的單細(xì)胞測序方法利用了多次替換擴增、Illumina GAIIx末端配對測序，以及一種新的單細(xì)胞裝配算法（EULER+Velvet-SC），旨在解決與多次替換擴增相關(guān)的擴增偏向。
研究人員在大腸桿菌和金黃色葡萄球菌上驗證了測序和裝配策略的可行性后，隨后將研究對象換成SAR324，生成了單細(xì)胞基因組序列，能裝配成430萬個堿基的contig序列，含有3811個開放閱讀框。根據(jù)目前的研究，他們估計SAR324的整個基因組在4.95-6.42 Mb之間。
盡管還需要進一步研究來弄清SAR324在環(huán)境中的作用，但基因組模式表明該細(xì)菌是好氧菌，且移動的。結(jié)合tRNA、氨基酸和維生素相關(guān)基因，研究人員發(fā)現(xiàn)了參與有氧代謝、鞭毛形成及趨化作用的基因。
該細(xì)菌中的一些基因似乎編碼了參與葉綠素組分分解的酶，研究小組據(jù)此推斷SAR324可能協(xié)助降解了光合生物。
今后，研究人員計劃使用相似的策略對不同環(huán)境中的單個細(xì)菌細(xì)胞進行測序，從大海深處到醫(yī)院病房及人體內(nèi)。作者認(rèn)為，這種經(jīng)濟高效的方法應(yīng)該有助于微生物分類和進化的探索，且能夠挖掘出一些環(huán)境微生物，其基因和通路能夠為生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)所用。
