近日，中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）蔣嵐團隊，在《自然-方法》（Nature Methods）上發表了題為UDA-seq: universal droplet microfluidics-based combinatorial indexing for massive-scale multimodal single-cell sequencing的研究論文。該團隊自主研發了新型單細胞多組學測序技術UDA-seq，基于組合標記技術路線優化升級廣泛使用的液滴微流控平臺，實現了細胞通量和假單細胞率的“解偶聯”，突破了通量限制。
UDA-seq是廣譜型的通量提高策略，支持常見的單細胞多組學，如同一細胞的RNA和VDJ共檢測、RNA和ATAC共檢測以及RNA和CRISPR擾動共檢測等。該研究在兼容多模態的同時將單通道細胞通量提高到刷新紀錄的10萬細胞以上，比現有技術提升了10至20倍。同時，研究利用遺傳多樣性結合生物信息學拆解，以免標記方式實現了單通道20至40例人類樣本的多路復用，降低了單例樣本的數據成本。同時，研究形成了在微量冰凍血液樣本和微量冰凍活檢樣本中大規模獲取高質量、多模態、單細胞精度數據的解決方案。
進一步，該研究將UDA-seq應用于衰老、疾病人群隊列研究以及高通量CRISPR篩選研究三個場景中。對于健康人和多種疑難腎病患者的腎臟組織，研究構建了單細胞RNA和ATAC雙組學圖譜。研究克服微量冰凍樣品前處理難點，使得每例樣本僅需五分之一條針穿活檢樣品，可在液滴微流控中利用2個通道的反應收集來自35例捐獻者的共20萬高質量雙模態單細胞數據。通過建立新算法，研究鑒定出與蛋白尿和腎損傷表型相關的罕見細胞類型POD細胞和EC-GC細胞，以及關鍵細胞亞群的調控網絡和關鍵因子。利用UDA-seq，研究構建了自然衰老人群隊列的PBMC單細胞轉錄組和免疫受體序列雙組學圖譜。利用2個通道的反應，研究收集了12萬高質量單細胞數據，解析了衰老相關的細胞亞型，報道了衰老相關的新細胞亞型——ITGB1+PREX1+ Naive CD4+ T細胞。UDA-Seq展示了對高通量CRISPR篩選的兼容能力，在胃癌細胞系中解析了細胞對溴結構域蛋白基因家族擾動的響應。
這一研究突破了現有的技術瓶頸，在兼容多模態的同時提高了單細胞測序的通量，在真實世界樣本中證明了可靠性和高質量，實現了低成本的高效數據生產。該工作開發出鑒定臨床表型相關的關鍵細胞亞群、調控網絡和關鍵因子的新算法，為人群尺度健康隊列和疾病隊列細胞圖譜大規模研究建立了新型研究范式。同時，該工作改造升級了常見的液滴微流控平臺，有望為下一代多模態虛擬細胞基礎大模型提供數據支撐。
研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。該工作由北京基因組所、中國科學院動物研究所、北京大學、北京協和醫院、衢州市人民醫院合作完成。
論文鏈接
通用型高通量單細胞多組學技術UDA-seq流程圖與應用場景
本文鏈接：研究開發出通用型高通量單細胞多組學新技術http://m.sq15.cn/show-12-661-0.html
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