Introducción a la genómica unicelular
Aunque han pasado más de 350 años desde que Robert Hooke descubrió y puso nombre a las células en 1665, todavía sabemos muy poco sobre las células.
Todos los libros de biología escribirán que los seres vivos están compuestos de células, como nuestro cuerpo humano: células-tejidos-órganos-sistemas-individuos;
Pero ¿cuántas células diferentes existen? ¿Cuáles son las funciones y cómo cambian? En respuesta a los problemas anteriores, un gran número de científicos continúan explorando, con la esperanza de tener medios técnicos eficaces para examinar completamente la composición de una sola célula, incluida la identificación y el tratamiento de enfermedades a nivel celular o incluso molecular, por lo que la tecnología unicelular llegó a existir.
Existe un hermano mayor, Aviv Regev, a quien "Nature" llama "el pionero de la investigación del mapa de células humanas" (no dejaré de lado el mapa de "Nature" porque es demasiado Demasiado grande).
El profesor Aviv Regev lleva mucho tiempo buscando formas de explorar el funcionamiento de redes genéticas complejas en células individuales y se pregunta cómo difieren estas redes en cada célula y cómo funcionan en última instancia varias poblaciones de células trabajando en colaboración. Las respuestas a estas preguntas revelarán la esencia de cómo las células construyen organismos complejos.
A finales de 2016, Regev ayudó a lanzar otro proyecto importante después del Proyecto Genoma Humano, el "Human Cell Atlas", preparándose para clasificar y secuenciar todas las células del cuerpo humano (aproximadamente 37 billones). Además, el proyecto tiene como objetivo descubrir y caracterizar todos los estados celulares posibles en el cuerpo humano: maduros e inmaduros, completamente cargados y en pleno funcionamiento.
En otras palabras, HCA debería caracterizar todas las células humanas, cubrir todos los tejidos y órganos y dibujar una imagen de referencia microscópica de un cuerpo humano sano. !
Debe saber que el controlador de cromatografía genómica 10X de la plataforma de preparación de células individuales 10X cuesta aproximadamente 800.000 RMB por instrumento. Un conjunto de reactivos transcriptomas 10X 3’v3 para 16 reacciones cuesta alrededor de 300.000; el costo de la secuenciación está relacionado con la profundidad de la secuenciación. Si una muestra captura 10.000 células, la secuenciación de cada muestra costará 20.000 yuanes en función de una profundidad de saturación de 100.000 lecturas por celda. Desde las células hasta los datos, cada muestra cuesta alrededor de 40.000, lo que no incluye el esfuerzo y el costo del preprocesamiento de muestras, los consumibles de reactivos y los servicios técnicos manuales necesarios para la construcción de la base de datos.
¡Son 37 billones de células! ! ! !
¡En el proyecto HCA, la tecnología de secuenciación unicelular jugará un papel muy importante!
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La palabra "ómica" y la raíz inglesa "-ome", que eran famosas antes de la secuenciación unicelular, representan un grupo de individuos sistemáticos.
Con el desarrollo de la investigación científica, se descubrió que una sola dirección no puede explicar todos los problemas biomédicos, por lo que los científicos se propusieron estudiar la estructura celular, los genes, las proteínas y las interacciones moleculares de los tejidos y órganos humanos desde una perspectiva holística. Refleja la función y el metabolismo de los tejidos y órganos humanos a través de un análisis general, proporcionando nuevas ideas para explorar la patogénesis de las enfermedades humanas.
Por ejemplo, la transcriptómica es una disciplina que estudia la transcripción y la regulación transcripcional de genes en las células a un nivel holístico.
La metabolómica estudia los cambios en los metabolitos producidos por objetos (incluyendo células, tejidos o individuos) en diferentes condiciones.
O veamos una explicación en inglés.
En pocas palabras, estudiar una determinada dirección por sí solo no tiene éxito. Otra forma de investigación, que combina múltiples direcciones para resolver problemas que no pueden resolverse mediante una sola investigación, se llama ómicas.
Esto es como: si quieres que un producto tenga éxito, necesitas varios departamentos, como publicidad, investigación y desarrollo de tecnología y servicio posventa. , y no se puede tener éxito si sólo se realiza investigación y desarrollo tecnológico sin promoción.
Por lo tanto, la genómica unicelular utiliza análisis de múltiples grupos, como el transcriptoma unicelular, para reflejar de manera integral los cambios en los procesos de la vida celular.
Al dar un informe, el académico Yang, cofundador de BGI, dijo exageradamente que “todo se puede secuenciar”.
Parece que no importa qué experimento molecular hagas ahora, tienes que probar un transcriptoma y un metaboloma, intentando verificar tus conclusiones de diferentes maneras.
Hablando de secuenciación, podemos mencionar el tema candente actual: la secuenciación unicelular.
La tecnología de secuenciación unicelular es una nueva tecnología que realiza análisis de secuenciación de alto rendimiento de genomas, transcriptomas y epigenomas a nivel unicelular. Puede revelar la estructura genética y la expresión genética de células individuales, reflejar la heterogeneidad entre células y desempeñar un papel importante en oncología, biología del desarrollo, inmunología, neurociencia y otros campos.
RNA-seq unicelular, como su nombre indica, es un transcriptoma de secuenciación unicelular. Entonces, ¿qué es RNA-seq?
Las células están reaccionando todo el tiempo. Si tuviéramos una cámara ahora, podríamos congelar y grabar una imagen de una célula en un momento determinado. Cuando grabamos suficientes fotografías, podemos conectarlas para formar un video y reproducirlo en una computadora para saber qué hicieron las células.
RNA-seq desempeña el papel de una cámara. Al medir las transcripciones celulares en diferentes momentos, es posible descubrir cuánto duran los eventos celulares complejos y los diferentes procesos biológicos.
La tecnología de secuenciación de ARN unicelular permite el análisis de la expresión génica con resolución unicelular.
A corto plazo, los tumores pueden ser los más afectados por la genómica unicelular.
En las células malignas, la tecnología proteómica unicelular puede identificar diferentes estados celulares, como células madre cancerosas, células resistentes a los medicamentos, en proliferación y en reposo, que pueden identificarse fácilmente en pacientes individuales. La subclonación desempeñará un papel enorme. papel en el tratamiento de tumores.
Por otro lado, el desarrollo de la genómica unicelular
Aunque se han desarrollado una gran cantidad de protocolos scRNA-seq, ninguno de ellos es perfecto. Lo que es seguro es que la genómica unicelular dejará una profunda huella en la historia de la investigación biológica.
Lo anterior es solo un conocimiento superficial de la tecnología unicelular que he aprendido y lo escribo aquí. De hecho, la tecnología unicelular es mucho más que eso. Si quieres iniciarte en una tecnología, no se trata sólo de hablar. Si quieres aprender en profundidad, puedes realizar el curso gratuito del maestro Zeng Jianming en el árbol de habilidades del Sagrado Corazón.