تساعد الخرز المغناطيسي عالي الجودة على زيادة كفاءة تسلسل الخلية الواحدة

تاريخ تسلسل الخلية الواحدة

تشير تقنية تسلسل الخلية الواحدة (SCS) إلى تسلسل المعلومات الوراثية التي تحملها الخلايا على مستوى خلية واحدة، بهدف الحصول على تسلسلات الجينات والنصوص والبروتينات والمعلومات اللاجينية لنوع معين من الخلايا وإجراء التحليل المتكامل. لقد تم استخدامه على نطاق واسع في تحديد الأنواع الجديدة، وفحص مسببات الأمراض، وتطور مسببات الأمراض، وعلم الأحياء التنموي، وعلم الأعصاب، وأبحاث عدم تجانس الورم، والخلايا السرطانية المنتشرة [1-2]. في عام 2013، حصلت تقنية تسلسل الخلية الواحدة على لقب تقنية العام من قبل طرق الطبيعة. وفي نفس العام، علوم صنف تسلسل الخلية الواحدة في أعلى المجالات الستة الأكثر شهرة في العام.

منذ نشر أول مقالة بحثية عن نسخة الخلية المفردة في عام 2009، خضع تسلسل الخلية المفردة لأكثر من عشر سنوات من التطوير. مع التحسين المستمر لمجموعة متنوعة من التقنيات وظهور تقنيات جديدة، على سبيل المثال، أدى إدخال الموائع الدقيقة وطرق الالتقاط العشوائي والرموز الشريطية في الموقع إلى تعزيز خفض تكلفة الكواشف والمواد الاستهلاكية، كما زاد حجم التسلسل زاد أيضًا من حوالي 100 خلية إلى مئات الآلاف أو حتى ملايين الخلايا.

 

الشكل 1: قياس تجارب scRNA-seq. (أ) التقنيات الرئيسية التي سمحت بالقفزات في النطاق التجريبي؛ ( ب ) أرقام الخلايا المذكورة في المنشورات التمثيلية حسب تاريخ النشر [3].

كيفية تحقيق التسلسل على مستوى الخلية؟

يوجد حوالي 40-60 تريليون خلية في جسم الإنسان، ويتراوح متوسط قطر الخلية بين 5 و200 ميكرون. لتسلسل خلية واحدة، فإن الإستراتيجية الأولى التي تتبادر إلى الذهن هي عزل الخلية المفردة، وبناء مكتبة التسلسل بشكل مستقل، وأخيرًا إجراء التسلسل. هناك مجموعة متنوعة من الأساليب التي يمكن استخدامها لمعالجة/فصل وتحليل الخلايا المفردة بدقة، بما في ذلك قياس التدفق الخلوي، وأنظمة الموائع الدقيقة، وطرق مختلفة لفصل الخلايا المفردة واكتشافها في أنظمة الوحدات الدقيقة.

الشكل 2: تصنيف الاستراتيجيات المختلفة لعزل الخلايا المفردة ومعالجتها [4].

الشكل 3: رسم تخطيطي لتحليل omics أحادي الخلية ميكروفلويديك [5].

ومع ذلك، فإن هذه الإستراتيجية توفر عينات من الخلايا، لكن التكلفة العالية تحد من زيادة الإنتاجية وتطبيقها على نطاق واسع. في السنوات الأخيرة، قدمت منصات التسلسل التجاري للخلية الواحدة، مثل BD Rhapsody و10X Genomics، تقنية التعرف على الخلية المفردة القائمة على الرمز الشريطي. أضف باركودًا فريدًا لتسلسل الحمض النووي إلى كل خلية، ويمكن اعتبار جزيئات الحمض النووي التي تحمل نفس تسلسل الحمض النووي قادمة من نفس الخلية. يؤدي استخدام هذه الإستراتيجية إلى تبسيط عملية إنشاء مكتبة التسلسل إلى حد كبير، ويمكن الحصول على معلومات مئات الآلاف من الخلايا في نفس المكتبة.

الشكل 4: سير عمل BD Rhapsody: ميكروويل واحد = خلية واحدة = خرزة مغناطيسية واحدة = RNA-Seq واحد (من موقع BD الرسمي)

 

الشكل 5: سير عمل 10X Genomics: قطرة زيت واحدة = خلية واحدة = حبة جل واحدة = RNA-Seq واحد (من الموقع الرسمي لـ 10X Genomics)