测序技术    —

Sequencing technology

测序技术  Sequencing technology

单细胞测序方法即single cell sequencing(SNS),其原理是将分离的单个细胞的微量全基因组DNA进行扩增,获得高覆盖率的完整的基因组后进行高通量测序用于揭示细胞群体差异和细胞进化关系。该技术能准确定量一个单细胞核中基因拷贝数目。由于癌细胞中基因组部分被删除,或者扩增,从而引起关键基因的缺失,或者表达过量,干扰正常细胞生长,因此利用这种方法就能分析基因拷贝数目。这一技术已经成功运用到人类单精子、植入前产前筛查的囊胚和极体、早期发育胚胎、肿瘤细胞、刑侦现场痕量物证和部分微生物。单细胞测序技术经过了10余年的发展,取得了众多的技术进展与突破。


哈佛大学终身教授、美国科学院院士谢晓亮(Sunney Xie)教授团队研发的多重退火和成环循环扩增技术(Multiple Annealing and Looping-Based Amplification Cycles, MALBAC)具有降低PCR扩增偏倚,使得单细胞中93%的基因组能够被测序的优点。这种方法使得检测单细胞中较小的DNA序列变异变得更容易,因此能够发现个别细胞之间的遗传差异。这样的差异可以帮助解释癌症恶化的机制,生殖细胞形成机制,甚至是个别神经元的差异机制。



技术简介


PCR扩增具有偏好型而且基因组具有大量的冗余,造成了基因组测序准确性不高。

谢晓亮研发的MALBAC技术能从一个细胞的基因组中,分离出来自单细胞的DNA,然后添加称作引物的短DNA分子。这些引物可与DNA的随意部分互补,从而使得它们能够附着到DNA链上,充当DNA复制起点。

这些引物由两个部分构成——一个包含8个核苷酸的粘性部分变化多样,可与DNA结合,再加上一个包含27个核苷酸的共同序列。这一共同序列可防止DNA太多次拷贝,大大地降低了扩增偏倚。通过将自身掺入到新拷贝链,从而自身成环,防止了过度拷贝。利用这种方法,进行与加入的引物的DNA复制时,可以完成高达93%的基因组测序。

斯坦福大学Stephen Quake开发了基于芯片实验室技术的单细胞测序。这一方法基于lab on a chip开发




技术简介


本技术设计了一种路线,用液体载运细胞通过一连串显微管道和微阀门,当细胞挨个进入各自的小空位时,它们的DNA就会被提取出来,经过复制用于进一步分析。

此外,本技术不仅能分离细胞,还能用化学试剂将细胞混合起来,通过检测反应过程中的荧光发射获得它们的基因编码。所有这些都能在芯片上完成,不仅操作简单,而且成本效益高。

Stephen Quake已利用此技术完成了第一例人类单细胞测序,现在他正利用这项技术研究精子细胞中的重组并分析突变率。


深圳华大基因研究院开发的基于MDA的单细胞测序方法能够将多重置换扩增(MDA)和测序技术相结合。




技术简介


本技术基于多重置换扩增(MDA),并对该方法的扩增均一性、灵敏度、特异性等方面进行了全面评估。这种将多重置换扩增和测序技术相结合的单细胞测序方法不仅具有更高的分辨率和基因组覆盖度,而且具有更好的敏感性和特异性。该方法从单核苷酸水平上为各种复杂疾病和生物学过程的研究开辟了新思路。


加拿大英属哥伦比亚大学Peter Lansdorp等人研发的Strand-seq测序方法能捕捉DNA一条链上的信息,使得研究人员能对亲本DNA模板链进行单细胞测序,避免单细胞DNA扩增和测序时丢失定向信息。




技术简介


在细胞分裂过程中,当双螺旋解旋后,两条染色体上的遗传信息偶然会出现交换,如果这样的交换水平不断提高,就标志着出现了DNA损伤和癌症。传统的基因组测序,由于在单细胞DNA扩增和测序的时候,会丢失定向信息,难以检测到基因重排,因此也就检测不出这一点。

Strand-seq方法能分别对单细胞的双亲DNA模板链进行测序,获得高分辨率的姊妹染色体交换图谱,检测到基因重排,从而发现细胞复制过程中,DNA序列的翻转或交换。

利用Strand-seq方法,研究人员完成了单链DNA测序,并发现了首个基因组压力和不稳定性的痕迹。

组织工程介绍

Introduction to tissue engineering


蜥蜴和壁虎在危急关头可以自主断尾,不日便自愈如初;蝾螈在短时间内可完整再生晶状体、角膜、尾巴、下肢和大部分心脏等器官,且不留疤痕……这些存在于大自然生物中的奇妙能力,令人类既惊叹又羡慕。

因为人类没有这种自主修复机体较大损伤的能力。大多数情况下,当疾病、创伤给人体造成较大损伤时,人类都无法像蝾螈等动物一样实现完整的自我修复和愈合。但是,人类拥有这个星球上最发达的大脑、科学和技术,组织工程技术的出现和发展,让人类拥有了“再生”的能力。

组织工程的先驱是美国的小儿外科医生Joseph P. Vacanti教授和化学生物工程师Robert Langer教授,他们从20世纪80年代开始进行组织工程研究,1993年首先在世界著名的《科学》杂志上介绍了其研究成果。而“组织工程”这一术语的正式提出,则是由著名美籍华裔科学家Y. C. Fung教授实现的。1987年,“组织工程”一词被美国国家科学基金会正式确定下来。

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10x Genomics



核心技术

       10x Genomics 的技术核心是油滴包裹的凝胶珠(GEM),该系统有 75 万种独特的 barcoded beads,每个 bead 上有 40~80 万探针。满足其最终的细胞聚类、差异基因筛选、差异基因功能分析等需求。


优势

      实现真正意义上的单细胞测序;超高细胞通量,;细胞捕获率较高;细胞可适性高;多态率低;周期短;性价比高。

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