国度生物信息中心开发通用型高通量单细胞多组学新技术
细胞是性命的根基单元。近年来 ，单细胞组学技术的急剧发展前所未有地改革了人类对细胞多样性和异质性的认知 ，推动了生物医学沉大法规的发现 ，为成立可预测可编程的虚构细胞基础大模型提供语料。细胞图谱技术被Nature?期刊列为2024七大关注技术之一。2024年11月 ，国际人类细胞图谱打算在Nature?期刊及其子刊颁发了40余篇论文合集 ，标志取“细胞身份普查”获得了阶段性成就。下一阶段的沉心 ，则是单细胞多模态和人群尺度的钻研 ，深刻解析遗传布景、环境、病理前提与性状和表型之间的复杂互作。然而 ，当前的单细胞多组学技术的成熟度严沉滞后于单细胞转录组技术 ，在人群队列的大规模钻研中面对着通量、普适性等诸多挑战 ，亟待突破。
近日 ，国度生物信息中心推算生物学部蒋岚团队在Nature Methods?期刊颁发了题为 UDA-seq: universal droplet microfluidics-based combinatorial indexing for massive-scale multimodal single-cell sequencing的钻研论文。该工作报路了自主研发的新型单细胞多组学测序技术UDA-seq ，基于组合象征技术路线优化升级宽泛使用的液滴微流控平台 ，成功实现细胞通量和假单细胞率的“解偶联” ，从而突破了通量限度。该技术是广谱型的通量提高战术 ，支持常见的单细胞多组学 ，例如统一细胞的RNA和VDJ共检测、RNA和ATAC共检测 ，以及RNA和CRISPR扰动共检测等。在兼容多模态的同时将单通路细胞通量提高到刷新纪录的10万细胞以上 ，比现有技术提升了10-20倍。同时 ，利用遗传多样性结合生物信息学拆解 ，以免象征的方式实现了单通路20-40例人类样本的多路复用 ，大幅降低单例样本的数据成本。此表 ，还形成了大规模的从微量冰冻血液样本和微量冰冻活检样本中获取高质量、多模态、单细胞精度数据的齐全解决规划。
钻研团队将UDA-seq 利用于三个利用场景中 ，蕴含衰老、疾病人群队列钻研以及高通量CRISPR筛选钻研。首先 ，对健全人和多种疑难肾病患者的肾脏组织构建了单细胞RNA和ATAC双组学图谱 ？朔了微量冰冻样品前处置的难点 ，每例样本仅需五分之一条针穿活检样品 ，在液滴微流控中利用2个通路的反映网络到来自35例捐献者的一共20万高质量双模态单细胞数据。通过成立新算法 ，鉴定出与蛋白尿和肾危险表型有关的罕见细胞类型POD细胞和EC-GC细胞 ，以及关键细胞亚群的调控网络和关键因子。利用UDA-seq ，钻研者还构建了天然衰老人群队列的PBMC单细胞转录组和免疫受体序列双组学图谱。利用2个通路的反映 ，网络到12万高质量单细胞数据 ，解析了衰老有关的细胞亚型 ，并报路了衰老有关的新细胞亚型：ITGB1+PREX1+ Naive CD4+ T细胞。最后 ，UDA-Seq也展示了对高通量CRISPR筛选的兼容 ，在胃癌细胞系中系统解析了细胞对溴结构域蛋白基因家族扰动的响应。
综上 ，该工作突破现有技术的瓶颈 ，在兼容多模态的同时大幅提高了单细胞测序的通量 ，在真实世界样本中证了然靠得住性和高质量 ，实现了低成本的高效数据出产 ？⒘诵滤惴俅脖硇陀泄氐墓丶赴侨骸⒌骺赝绾凸丶蜃 ，为人群尺度健全队列和疾。ɡ绨┲ ，自身免疫 ，习染等）队列细胞图谱大规模钻研成立了一个新型钻研范式。此表 ，该工作集成常见可及的液滴微流控平台刷新提升 ，有望大规模推广 ，添补多模态、扰动前后单细胞数据集的匮乏 ，为下一代的多模态虚构细胞基础大模型提供数据支持。
上述工作由国度生物信息中心蒋岚团队和多家单元合作实现。蒋岚钻研员、北京协和医院陈丽萌教授、GA黄金甲动物钻研所刘光慧钻研员、国度生物信息中心张维绮钻研员、衢州市人民医院张峰教授、北京大学舒绍坤教授为本文的共同通讯作者。蒋岚团队出格钻研助理李芸、博士钻研生黄正 ，北京协和医院徐鲁斌医生 ，国度生物信息中心助理钻研员范艳玲 ，衢州市人民医院助理钻研员平骏为文章的并列第一作者。该钻研得到国度沉点研发打算、GA黄金甲先导专项、GA黄金甲全球共性挑战专项、国度天然科学基金委等项主张赞助。
通用型高通量单细胞多组学技术UDA-seq 流程图及利用场景
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