谢晓亮:冷泉港亚洲Single Cell专访

2014/12/16 来源:生物探索
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导读
近几年来,基于单细胞测序技术的科学研究取得了突飞猛进的发展,其成果有望为一些重要的医学问题提供新的解决方案。生物探索非常有幸采访到单细胞基因组扩增新技术(MALBAC)发明者谢晓亮教授。

由冷泉港亚洲主办的Single Cell学术会议于2014年12月8-12日在苏州独墅湖会议酒店举行。北京大学生物动态光学成像中心主任、美国科学院院士、哈佛大学、北京大学谢晓亮教授作为本次会议的重要受邀嘉宾,在会上做“Single cell genomics—Life at the single molecule level”的主题演讲。会后,生物探索非常有幸采访到谢晓亮教授。

近几年来,基于单细胞测序技术的科学研究取得了突飞猛进的发展,其成果有望为一些重要的医学问题提供新的解决方案。

2014 年 1 月《自然-方法》(Nature Methods)上发表年度特别报道,将“单细胞测序”的应用列为 2013 年度最重要的方法学进展。这篇年度特别报道总结了 2013 年单细胞测序技术对于人类早期发育、癌症以及神经科学研究等几个重点领域的最新应用成果。

文章中对谢晓亮教授所带领的哈佛大学实验室及北京大学实验室做了重点报道。对此,谢晓亮教授对生物探索记者表示,“我们实验室近几年转向了单细胞基因组学,很高兴能够在这个新的领域里做出贡献。”

单细胞基因组扩增新技术(MALBAC)最早由哈佛大学化学及化学生物学系教授、北京大学生物动态光学成像中心主任谢晓亮(Xiaoliang Sunney Xie)2012年首次报告,相关论文 2012 年发表于《科学》 (Science)杂志。

谢晓亮教授向生物探索记者介绍到,“MALBAC是通过形成闭合环来抑制 DNA 片段被重复地复制,以保持 DNA 扩增的均匀性,解决了传统方法对单细胞基因组扩增的强烈偏好性的问题。这项突破在单个细胞水平实现了全基因组 93% 的高覆盖率,同时也能准确检测单个肿瘤细胞中的染色体拷贝数异常。”

美国科学院院士、斯坦福大学教授 Stephen Quake 评价说:“从 PCR 技术被发明的那天起,人们就在尝试将其应用于分析单个细胞的基因组和转录组,但是直到今天单细胞测序才开始迅速发展。”

由于人类早期胚胎中的细胞数目非常稀少而且很难获得,所以单细胞测序技术无疑对早期胚胎发育研究有着无可替代的重要意义。2013 年 12 月,谢晓亮教授 BIOPIC 小组和汤富酬研究员小组以及北医三院的乔杰教授小组共同在《细胞》(Cell)上发表文章,对人类单个卵细胞进行了高精度全基因组测序研究。该研究首次详细描绘了人类单个卵子的基因组,建立了人类女性的个人遗传图谱。这一工作可以有效地帮助接受辅助生殖的女性同时检测并排除染色体数目异常的胚胎以及携带单基因突变的胚胎,从而在大幅度提高辅助生殖成功率的同时、降低严重先天性遗传缺陷婴儿的出生率,提高人口素质。该研究团队也在尝试将这项技术应用于胚胎植入前遗传学诊断的临床试验中。

2014年9月19日,世界首例经MALBAC基因组扩增高通量测序进行单基因遗传病筛查的试管婴儿在北京大学第三医院诞生,谢晓亮教授、乔杰院长等一行人特意前来看望这个意义非凡的新生儿,因为这标志着我国胚胎植入前遗传诊断技术已处于世界领先水平。

谢教授向生物探索记者透露,“前不久(11月30日),第二例“MALBAC宝宝”也出生了,非常健康。第二例与第一例不同的是,第一例是父源性遗传单基因疾病,第二例是母源性遗传单基因疾病。利用女方卵母细胞极体进行基因诊断,同时结合胚胎检测、验证,挑选一枚正常胚胎移植,从而得到了健康的宝宝。”

谈到这里,谢教授回想到当时初为人父的宝宝爸爸脸上激动的泪水,也有点哽咽。他说,“觉得挺高兴的,能看到自己的研究成果应用于临床医学,从而帮助到更多的人。”

单细胞检测技术不仅在生殖辅助医学方面有重要的应用,同时在癌症研究中检测稀少的循环肿瘤细胞也发挥重要的作用。

2013 年 12 月, BIOPIC 白凡研究员和谢晓亮教授团队与北京大学肿瘤医院的王洁教授团队合作共同在《美国科学院院刊》(PNAS)上发表文章,对于癌症病人单个外周血循环肿瘤细胞(CTC)的全基因组、外显子组进行了高通量测序,发现在某一类肺癌患者的所有循环肿瘤细胞中存在着一种特定的基因拷贝数变异(CNV)模式,而不同癌种 CTC 细胞的基因组拷贝数变异模式不同,为癌症的早期诊断提供了全新的契机。

这也是国际上首次实现对外周血循环肿瘤细胞基因组的高通量测序,标志着利用循环肿瘤细胞基因组测序信息进行肿瘤无创诊断时代的到来。

问及MALBAC的未来发展,谢晓亮教授表示,未来最好的就是单细胞测序结果和没有放大的多细胞测序结果是一样的。谢教授向我们解释道,“我们的技术是把单细胞的基因进行放大,然后用新一代测序技术进行测序,这种放大技术要非常均匀,传统的PCR技术是指数放大,存在偏向性,放大倍数差一点最后结果就会差很多。我们MALBAC是线性放大,放大倍数后均匀性很好,但不能算是完全均匀。如果非常均匀的话,我觉得,以后基因组学就是单细胞的基因组学。”

说起冷泉港亚洲,冷泉港亚洲CEO季茂业博士在苏州着手筹办的时候,谢晓亮教授就曾作为顾问委员会成员受邀来苏。“当时这里还是什么都没有。每次来冷泉港亚洲,我都感觉变化很大。现在这里已经变成亚洲科学技术交流的中心。今年已经是我第三次参加冷泉港亚洲的会议。我很喜欢这里,因为可以和大家交流,这确实是美国冷泉港会议的传统。”谢晓亮教授对季博士的工作也给予了很高的评价, “茂业在这里,我觉得是为中国、为亚洲的生物科学技术做出了很大的贡献。”

做科研工作非常辛苦,整天泡在图书馆里,谢晓亮教授也给同学们一些建议。科研不是在真空世界里完成的,需要加强和别人交流沟通的能力,同时也可以通过了解别人的工作得到自己启发。谢晓亮教授笑着说,“自己在研究生的时候,根本没有这么好的交流机会。建议同学们多参加像冷泉港亚洲这样的学术会议。”

谢晓亮

北大长江讲座教授;哈佛化学与化学生物学系讲席教授,美国科学院院士。主要研究方向:单分子光谱学、单分子酶学、分子相互作用、构象动态学及大分子的作用机理、活细胞的基因表达、非线性光学成像技术及其生命科学与医学应用。