世界生命科學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《細(xì)胞》20日對外發(fā)布，來自中國北京大學(xué)的科研團隊，在國際上首次完成了人類單個卵細(xì)胞高精度基因組測序。這項技術(shù)可幫助醫(yī)生檢測出遺傳過程中來自母親的遺傳病，并有可能將試管嬰兒的活產(chǎn)成功率從目前的30%提高到60%。

中國科學(xué)家全球首次完成人類單個卵細(xì)胞高精度基因組測序

巧妙實現(xiàn)卵細(xì)胞基因測序

據(jù)《細(xì)胞》雜志披露，近日，北京大學(xué)的科學(xué)家們完成了對單個卵細(xì)胞的高精度全基因組測序，這是一項里程碑式的工作。該項研究由北京大學(xué)第三醫(yī)院喬杰教授、生物動態(tài)光學(xué)成像中心湯富酬教授和謝曉亮教授所領(lǐng)導(dǎo)的三個研究小組共同完成，謝曉亮同時也是哈佛大學(xué)教授。

人類的遺傳信息存在于每個細(xì)胞的DNA中，DNA是由四種不同的核苷酸組成的長鏈。這些核苷酸的組合和序列組成了遺傳的基本功能單位——基因。無論在基礎(chǔ)研究還是臨床應(yīng)用上，對細(xì)胞中所有基因序列（全基因組）的測定都是極其重要的。但是，由于單個細(xì)胞中僅含有每個基因的兩個拷貝，因此對單個細(xì)胞進行全基因測序是非常困難的。

在《細(xì)胞》雜志的這篇報道中，北大團隊巧妙地利用了卵細(xì)胞成熟、受精過程出現(xiàn)的獨特的結(jié)構(gòu)——極體，它是卵細(xì)胞分裂的副產(chǎn)物，并且不參與卵細(xì)胞后續(xù)的正常發(fā)育過程。該團隊研究人員發(fā)現(xiàn)了一個新的方法，通過對極體的全基因組測序推斷出在受精卵中母源基因組的情況，從而選擇出一個正常的胚胎進行移植。

北京大學(xué)第三醫(yī)院院長喬杰教授

中國基因測序技術(shù)領(lǐng)跑世界

早在2003年，人類就繪制成功第一幅基因組工程（HGP）草圖，為破解人類基因密碼奠定了初步基礎(chǔ)。此后，隨著基因測序技術(shù)水平的提高，全基因組高精度測序也已經(jīng)實現(xiàn)。

然而，迄今為止使用的測序材料無一例外都是數(shù)百萬甚至更多細(xì)胞的混合DNA樣本。這種方法能夠得到全基因組序列信息，但是對其進行研究得到的結(jié)果只是一群細(xì)胞中信號的平均值，或者只代表其中占優(yōu)勢數(shù)量的細(xì)胞信息，單個細(xì)胞獨有的特性被忽視。例如，科學(xué)家想找出哪種突變存在于哪種細(xì)胞中幾乎是不可能的，只存在于少數(shù)細(xì)胞（如早期癌細(xì)胞）中的突變也基本上被掩藏。另一方面，有些樣品稀少無法在實驗室培養(yǎng)，樣品量不足以進行全基因組分析，例如腫瘤循環(huán)細(xì)胞、組織微陣列、早期發(fā)育的胚胎細(xì)胞等。這些都是全基因組測序遇到的難題。

作為“在單個細(xì)胞水平上對基因組進行測序”的單細(xì)胞測序技術(shù)能夠解決上述難題。與傳統(tǒng)的全基因組測序相比，單細(xì)胞測序不僅測量基因表達(dá)水平更加精確，而且還能檢測到微量的基因表達(dá)子或罕見非編碼RNA，其優(yōu)勢是全方位和多層次的。

2011年，《自然方法》雜志( Nature Methods )將單細(xì)胞測序列為年度值得期待的技術(shù)之一，2013年，《科學(xué)》雜志（Science）將單細(xì)胞測序列為年度最值得關(guān)注的六大領(lǐng)域榜首。

中國科學(xué)家在基因組測序領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界領(lǐng)先位置。2012年，北京大學(xué)研究人員首次實現(xiàn)高覆蓋度單個精子全基因組測序，這項工作首次實現(xiàn)了高覆蓋度的單個精子的全基因組測序，構(gòu)建了迄今為止重組定位精度最高的個人遺傳圖譜，并且解決了一個困繞學(xué)術(shù)界多年的問題，即基因區(qū)附近重組率的降低是由于分子機制而非自然選擇造成的。

謝曉亮出身于化學(xué)世家，其父為北大化學(xué)與分子工程學(xué)院著名教授謝有暢。

可助試管嬰兒活產(chǎn)率翻倍

除了在基礎(chǔ)研究中的重要意義，單細(xì)胞全基因組測序工作對于臨床上嚴(yán)重遺傳疾病的診斷和預(yù)防方面也有重要意義。這一方法能夠幫助醫(yī)生診斷出來自母親卵子或者父親精子的遺傳病。

體外受精技術(shù)（IVF）是輔助生命個體在體外從單個細(xì)胞開始發(fā)育的技術(shù)，因此，單個卵細(xì)胞的全基因組測序是輔助生殖領(lǐng)域的研究人員夢寐以求的研究課題。而北大團隊的這項工作實現(xiàn)了該領(lǐng)域的一項重大飛躍。

喬杰教授說：“今年是人類輔助生殖成功應(yīng)用35周年，35年來IVF技術(shù)給無數(shù)家庭帶來了福音。不孕不育問題困擾著高達(dá)10%-15%的育齡夫婦，而IVF技術(shù)是解決不孕不育問題的重要方法之一。我們正在采用極體單細(xì)胞基因組測序技術(shù)去提高IVF的成功率，特別是對于高齡以及反復(fù)流產(chǎn)的婦女。”

據(jù)介紹，目前人類輔助生殖的成功率仍然很低，這主要是由于傳統(tǒng)受精卵篩選的方法不夠精確。通常，為了降低各類風(fēng)險，例如懷上多胞胎，可導(dǎo)致流產(chǎn)的子癇前癥以及大出血等，醫(yī)生們只能將一個胚胎移植入子宮。傳統(tǒng)的篩選依據(jù)主要是受精卵的形態(tài)，而形態(tài)判斷主要依靠醫(yī)生的主觀經(jīng)驗，可見傳統(tǒng)方法的精確度是難以保證和提高的。胚胎移植成活率低的主要原因之一在于各類染色體異常。因此，植入前的全基因組遺傳篩查不但可以最大限度地提高移植胚胎成活率，提高試管嬰兒的健康水平，而且可以大幅降低醫(yī)療費用，減輕孕婦的痛苦，為社會和病人節(jié)約大量資源。

湯富酬教授進一步解釋說：“我們利用這一技術(shù)一箭雙雕地實現(xiàn)了兩個目標(biāo)，既能夠檢測染色體異常也能夠檢測與遺傳疾病有關(guān)的DNA序列變異。這項技術(shù)有可能將試管嬰兒的活產(chǎn)成功率從目前的30%提高到60%。”

目前，北大團隊仍在全力探索這項技術(shù)在基礎(chǔ)研究和臨床試驗中的應(yīng)用潛力。