2024-01-25
在(zai)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)研(yan)究領域，傳統的(de)(de)下一(yi)代(dai)測序(xu)技術已經取得了(le)(le)巨大的(de)(de)突破(po)(po)，極大地促(cu)進了(le)(le)我(wo)們對人(ren)體微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)組的(de)(de)分類、功能(neng)(neng)及其宿主(zhu)影響(xiang)的(de)(de)理解(jie)(jie)，但(dan)在(zai)揭示微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)群落復雜性(xing)和功能(neng)(neng)多樣性(xing)方面仍存在(zai)一(yi)些限制(zhi)。而(er)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)單細(xi)胞(bao)測序(xu)技術的(de)(de)問世，正為我(wo)們帶來了(le)(le)一(yi)種(zhong)全新的(de)(de)解(jie)(jie)決方案(an)。與(yu)傳統的(de)(de)NGS測序(xu)相比(bi)，微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)單細(xi)胞(bao)測序(xu)技術可以突破(po)(po)細(xi)胞(bao)混合效應，實現對微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)群落中每個個體細(xi)胞(bao)的(de)(de)獨(du)立測序(xu)和分析，從單個細(xi)胞(bao)的(de)(de)層(ceng)面了(le)(le)解(jie)(jie)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)菌落的(de)(de)異質(zhi)性(xing)(不(bu)同形態特征、生(sheng)(sheng)化特性(xing)和基因表達譜等)、微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)群落中不(bu)同細(xi)胞(bao)的(de)(de)功能(neng)(neng)、互作關系和遺(yi)傳變異。
上(shang)海派森(sen)諾2023年(nian)正(zheng)式發(fa)布了微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)單細(xi)(xi)胞轉(zhuan)錄(lu)組測(ce)序(xu)技(ji)(ji)術(shu)服(fu)務(wu)產品—smRNAPSN-seq，基于10X 微流(liu)控平(ping)臺的微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)單細(xi)(xi)胞轉(zhuan)錄(lu)組測(ce)序(xu)技(ji)(ji)術(shu)，實(shi)現了微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)單細(xi)(xi)胞水平(ping)的轉(zhuan)錄(lu)組分(fen)(fen)析，它將促進未(wei)來在(zai)鑒(jian)定新的細(xi)(xi)胞亞群、微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)表(biao)型異質(zhi)性的分(fen)(fen)子機制(zhi)(耐藥(yao)性、刺激環境(jing)適應性、代謝產物(wu)(wu)產量差異等)、微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)演化及(ji)(ji)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)與宿主相互作用等領域的研(yan)究。有關微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)單細(xi)(xi)胞測(ce)序(xu)技(ji)(ji)術(shu)的整體實(shi)驗流(liu)程、實(shi)驗質(zhi)控、rRNA去除(chu)以及(ji)(ji)送樣攻略前(qian)面已經介紹完了，現在(zai)讓我(wo)們來介紹一下(xia)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)單細(xi)(xi)胞測(ce)序(xu)技(ji)(ji)術(shu)的數據分(fen)(fen)析流(liu)程、實(shi)測(ce)數據結果(guo)以及(ji)(ji)主要應用方(fang)向。
數據分析流程 微生物單細(xi)胞測序(xu)(xu)技術(shu)主要(yao)的(de)分(fen)(fen)(fen)析流程(如圖(tu)1所示)。首先需要(yao)對微生物單細(xi)胞文庫的(de)原始下機數(shu)據進行基(ji)(ji)(ji)本分(fen)(fen)(fen)析，依(yi)次為(wei)數(shu)據質控、參考(kao)基(ji)(ji)(ji)因(yin)組比對、Barcode和UMI的(de)校正與(yu)計(ji)數(shu)以及根(gen)(gen)據Barcode和UMI的(de)統計(ji)結果生成Feature-Barcode表(biao)(biao)達矩陣(zhen)。然后根(gen)(gen)據單細(xi)胞基(ji)(ji)(ji)因(yin)表(biao)(biao)達矩陣(zhen)和每(mei)個(ge)細(xi)胞的(de)表(biao)(biao)達譜特征去除低(di)質量(liang)的(de)細(xi)胞。使用相關軟(ruan)(ruan)件識別與(yu)解釋單細(xi)胞原始的(de)表(biao)(biao)達矩陣(zhen)中異質性的(de)來(lai)源(yuan)，該步驟主要(yao)包(bao)括細(xi)胞與(yu)基(ji)(ji)(ji)因(yin)的(de)質量(liang)控制，降維與(yu)細(xi)胞聚類，標記(ji)基(ji)(ji)(ji)因(yin)可視化與(yu)差(cha)異分(fen)(fen)(fen)析等(deng)。在完成標記(ji)基(ji)(ji)(ji)因(yin)鑒(jian)定和差(cha)異分(fen)(fen)(fen)析后對基(ji)(ji)(ji)因(yin)集進行通路分(fen)(fen)(fen)析(GO和KEGG)以及使用Monocle軟(ruan)(ruan)件根(gen)(gen)據單細(xi)胞基(ji)(ji)(ji)因(yin)表(biao)(biao)達的(de)相似性進行擬時序(xu)(xu)分(fen)(fen)(fen)析來(lai)說(shuo)明細(xi)胞類群之間的(de)關系。 圖1 smRNAPSN-seq數據分析流程
實(shi)測數據結果 為驗證smRNAPSN-seq實(shi)驗技術和(he)數(shu)(shu)據分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)流程的(de)可(ke)行(xing)性(xing)(xing)(xing)，我們進行(xing)了內測實(shi)驗，部分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)據分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)結(jie)果如圖(tu)2所(suo)示，UMAP分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)顯(xian)示出(chu)(chu)17個(ge)細(xi)胞亞群，其(qi)次每個(ge)亞群間的(de)高表(biao)達(da)(da)基因(yin)和(he)基因(yin)表(biao)達(da)(da)量也出(chu)(chu)現明顯(xian)差(cha)異(yi)(圖(tu)2a、b、c)。同(tong)時確定(ding)每個(ge)亞群的(de)差(cha)異(yi)表(biao)達(da)(da)基因(yin)并進行(xing)了熱圖(tu)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(圖(tu)2d)。此外(wai)，樣本間的(de)數(shu)(shu)據分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)顯(xian)示：空白組(zu)與處(chu)理組(zu)的(de)細(xi)胞亞群比例和(he)部分(fen)(fen)(fen)功能基因(yin)表(biao)達(da)(da)量存在(zai)顯(xian)著(zhu)差(cha)異(yi)(圖(tu)2e、f)。以(yi)上結(jie)果表(biao)明細(xi)菌(jun)在(zai)處(chu)理的(de)條件(jian)下會出(chu)(chu)現異(yi)質(zhi)性(xing)(xing)(xing)，而(er)傳統的(de)轉錄(lu)組(zu)測序會掩(yan)蓋這種(zhong)異(yi)質(zhi)性(xing)(xing)(xing)的(de)存在(zai)，而(er)smRNAPSN-seq可(ke)以(yi)發(fa)現并區(qu)分(fen)(fen)(fen)這種(zhong)異(yi)質(zhi)性(xing)(xing)(xing)。 圖2 smRNAPSN-seq實測數據結果(guo)展示
主(zhu)要應(ying)用方向 本(ben)公司采用(yong)smRNAPSN-seq實驗(yan)(yan)方法分(fen)析(xi)了(le)在實驗(yan)(yan)處理(li)條件(jian)下微(wei)(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)菌(jun)群的(de)(de)異質性，大大增加了(le)發(fa)現稀有罕見細(xi)(xi)胞(bao)(bao)亞(ya)群的(de)(de)概率，同時(shi)可以根據細(xi)(xi)胞(bao)(bao)亞(ya)群間的(de)(de)差異和高表(biao)(biao)達(da)基(ji)(ji)因(yin)進(jin)行基(ji)(ji)因(yin)選擇敲除(chu)，以此在單(dan)個(ge)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)層次(ci)來(lai)探(tan)究細(xi)(xi)胞(bao)(bao)代謝(xie)調控等通路的(de)(de)分(fen)子機制。此外微(wei)(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)單(dan)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)轉(zhuan)錄組測序還可應用(yong)于(yu)(yu)以下研(yan)究：(1)抗(kang)生(sheng)素(su)耐(nai)藥分(fen)析(xi)：無需進(jin)行分(fen)離培(pei)養，從單(dan)個(ge)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)層次(ci)的(de)(de)基(ji)(ji)因(yin)表(biao)(biao)達(da)情況研(yan)究細(xi)(xi)菌(jun)的(de)(de)耐(nai)藥機制；(2)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)時(shi)序表(biao)(biao)達(da)分(fen)析(xi)：鑒定外在特(te)殊狀態的(de)(de)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)并確定它們分(fen)化發(fa)育(yu)過程，結合(he)基(ji)(ji)因(yin)表(biao)(biao)達(da)變化，實現單(dan)個(ge)細(xi)(xi)菌(jun)內(nei)表(biao)(biao)達(da)量的(de)(de)檢(jian)測來(lai)解(jie)(jie)析(xi)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)時(shi)序表(biao)(biao)達(da)；(3)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)群落功能定位分(fen)析(xi)：可以在研(yan)究單(dan)個(ge)細(xi)(xi)菌(jun)基(ji)(ji)因(yin)表(biao)(biao)達(da)的(de)(de)基(ji)(ji)礎上(shang)，將每個(ge)細(xi)(xi)菌(jun)(物(wu)(wu)種)與其基(ji)(ji)因(yin)表(biao)(biao)達(da)信息相關聯，有助(zhu)于(yu)(yu)了(le)解(jie)(jie)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)群落內(nei)的(de)(de)異質性，生(sheng)態進(jin)化壓力和進(jin)化過程等，如圖3所示。 圖(tu)3 微(wei)生物單(dan)細胞轉錄組測序的應(ying)用方向 在微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)學研究(jiu)領域(yu)，微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)單細(xi)胞測序技術(shu)的(de)(de)應用已經成(cheng)為了不(bu)可或(huo)缺的(de)(de)工(gong)具。然(ran)而，這項技術(shu)對(dui)數據處(chu)理(li)和(he)分析(xi)能力(li)的(de)(de)要求也在不(bu)斷(duan)提高(gao)著。作為一(yi)家(jia)國內(nei)知名(ming)的(de)(de)科技服務公(gong)司(si)，我們(men)(men)一(yi)直致力(li)于開(kai)發最先進的(de)(de)工(gong)具和(he)流(liu)程(cheng)，以(yi)幫助研究(jiu)人(ren)員更好地理(li)解(jie)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)世界的(de)(de)復雜性(xing)和(he)多樣(yang)性(xing)。我們(men)(men)的(de)(de)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)單細(xi)胞測序數據分析(xi)流(liu)程(cheng)，不(bu)僅可以(yi)提供高(gao)效、準確的(de)(de)數據處(chu)理(li)和(he)分析(xi)結果，還可以(yi)為您(nin)提供個性(xing)化(hua)的(de)(de)解(jie)讀(du)和(he)建議，幫助您(nin)深入(ru)探索(suo)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)群(qun)落(luo)中的(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)學信息。感(gan)謝您(nin)的(de)(de)耐(nai)心閱讀(du)，我們(men)(men)期待為您(nin)的(de)(de)研究(jiu)提供更優質、更全面(mian)的(de)(de)支持。
