隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，成本大大降低，使得基因組測(cè)序成為常規(guī)技術(shù)。然而，大多數(shù)的人類基因組、癌癥或其他仍然是通過(guò)從多個(gè)細(xì)胞中抽提DNA來(lái)進(jìn)行測(cè)序，它所忽略的細(xì)胞間的差異對(duì)于控制基因表達(dá)、細(xì)胞行為和藥物反應(yīng)卻有可能是至關(guān)重要的。

上接：Nature：單細(xì)胞測(cè)序（上）

該研究小組也觀測(cè)了其他類型的乳腺癌。將腫瘤作為一個(gè)整體測(cè)序，研究小組在癌癥相關(guān)的基因中發(fā)現(xiàn)了6個(gè)突變。“這似乎是非常簡(jiǎn)單的基因組，”Navin說(shuō)。但是當(dāng)他的研究小組對(duì)四個(gè)單細(xì)胞進(jìn)行測(cè)序時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了“數(shù)以百計(jì)的其他突變，其中許多都是個(gè)別細(xì)胞獨(dú)特或‘專有’的。”除了腫瘤，他的研究小組還研究了一種在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的乳腺癌細(xì)胞系。這樣的細(xì)胞系中的細(xì)胞可能預(yù)計(jì)包含相同的基因組，然而在尚未公布的數(shù)據(jù)中，研究小組發(fā)現(xiàn)細(xì)胞與細(xì)胞之間存在大約1%的突變，涉及1.2-2萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，當(dāng)一同測(cè)序細(xì)胞時(shí)則無(wú)法檢測(cè)到這些變異。在兩項(xiàng)研究中，許多新發(fā)現(xiàn)突變存在于癌基因中，或是在預(yù)計(jì)破壞蛋白質(zhì)功能的其他區(qū)域中。

冷泉港實(shí)驗(yàn)室研究生、Navin前同事Timour Baslan說(shuō)：“Nicholas的工作是極出色的。它包含了許多有用的信息，但是也非常的昂貴?！薄總€(gè)細(xì)胞需要1000美元或以上。Baslan和他的同事們正在努力降低成本。他們將遺傳條形碼（短的容易追蹤的DNA鏈）添加到細(xì)胞的DNA中，使得他們能夠一同測(cè)序細(xì)胞基因組，然后鑒別來(lái)自單個(gè)細(xì)胞的序列。使用這些條形碼，結(jié)合改進(jìn)的生物信息學(xué)方法，將每個(gè)基因組的成本降到每個(gè)細(xì)胞60美元。以這樣的價(jià)格，更多的研究人員可以隨腫瘤細(xì)胞群增殖和進(jìn)化對(duì)需要數(shù)量的細(xì)胞展開研究。“現(xiàn)在我們正對(duì)數(shù)百個(gè)細(xì)胞進(jìn)行研究，我們考慮在未來(lái)能夠做數(shù)千個(gè)，”Baslan說(shuō)。

Baslan研究小組正用這一技術(shù)研究化療后殘留了哪些腫瘤細(xì)胞，以及這些細(xì)胞為何抗藥。Navin說(shuō)這樣的分析可以指導(dǎo)治療。“通過(guò)測(cè)序少量單細(xì)胞你可以在化療前了解腫瘤的異質(zhì)性，這有可能會(huì)影響你選擇使用哪種藥劑，或是否讓患者經(jīng)受化療，”他說(shuō)。

每個(gè)精子都是神圣的

精子單獨(dú)游動(dòng)的趨勢(shì)使得它們適合單細(xì)胞基因組學(xué)研究。艾伯特愛(ài)因斯坦醫(yī)學(xué)院的統(tǒng)計(jì)遺傳學(xué)家Adam Auton正利用精子來(lái)研究重組，在生殖細(xì)胞形成的過(guò)程中重組使得基因重新洗牌，因此影響了遺傳的基因。他說(shuō)：“重組是形成遺傳多樣性基本的推動(dòng)力之一。近年來(lái)我們了解到在不同的群體間、男女之間，甚至是個(gè)體間重組率存在相當(dāng)大的差異。”在人們之中確定重組率一度看來(lái)是不可能的，因?yàn)檫@需要尋找有數(shù)百個(gè)孩子的個(gè)體，并測(cè)序他們的基因組。

測(cè)序單細(xì)胞的能力意味著研究人員可采用其他的方法。與中國(guó)測(cè)序業(yè)巨頭華大基因（BGI）的一個(gè)研究小組展開合作，Auton對(duì)近200個(gè)精子細(xì)胞進(jìn)行了測(cè)序，能夠估算出捐精給他們的男子的重組率。這項(xiàng)研究工作還未發(fā)布，Auton說(shuō)研究小組發(fā)現(xiàn)每個(gè)精子細(xì)胞平均有24.5個(gè)重組事件，與來(lái)自間接實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相一致。斯坦福大學(xué)生物工程師Stephen Quake對(duì)100個(gè)精子細(xì)胞展開了相似的實(shí)驗(yàn)，在基因組中鑒別出了幾個(gè)更有可能發(fā)生重組的位點(diǎn)。這些重組“熱點(diǎn)”的位置可以幫助種群生物學(xué)家繪制與疾病相關(guān)的遺傳變異的位置。

Quake還對(duì)100個(gè)精子中的6個(gè)精子進(jìn)行了更深入地測(cè)序，確定新突變產(chǎn)生的速率：大概每代每10億堿基30個(gè)突變，略高于其他人所發(fā)現(xiàn)的。“這基本上是一個(gè)精子樣本的種群生物學(xué)，”Quake說(shuō)。它將使得研究人員能夠更加詳細(xì)地研究減數(shù)分裂和重組。

或許單細(xì)胞測(cè)序最有趣的潛在應(yīng)用在于神經(jīng)科學(xué)。加州大學(xué)圣地亞哥分校的神經(jīng)科學(xué)家Alysson Muotri想要研究長(zhǎng)散在核元件（long interspersed nuclear elements，LINEs)——可以在基因組移動(dòng)的“跳躍“基因——是如何使得每個(gè)神經(jīng)元彼此不同的。他的研究小組比較了人類大腦、心臟和肝組織的LINEs數(shù)量，發(fā)現(xiàn)腦組織中包含顯著更多的跳躍基因。每個(gè)人類神經(jīng)元可能有80-300個(gè)獨(dú)特的插入，這些差異可能影響了個(gè)體對(duì)于神經(jīng)疾病的易感性，或?yàn)榇竽X提供了多樣性寶庫(kù)，用它對(duì)各種挑戰(zhàn)做出反應(yīng)。他說(shuō)：“我認(rèn)為這是另一個(gè)水平的復(fù)雜性。我們觀察大腦，我們想起組織，實(shí)際上它就像許多的組織合為一體，因?yàn)榧?xì)胞是如此的具有異質(zhì)性。幾乎好像是每一個(gè)細(xì)胞都為著一個(gè)目的而存在。”