人類動物基因圖譜（自然發布全球首個非人靈長類動物全細胞圖譜）

2023-05-18 03:16:44 1

澎湃新聞首席記者 賀梨萍

由六國科學家參與的人類基因組計劃（HGP）完成之後，我們初步掌握了遺傳「密碼本」。 然而，遺傳信息是由細胞攜帶的，但時至今日，人類尚未能一窺自己的細胞圖譜。

全面解碼細胞的數位化特徵將推動生命科學的研究，為生物醫學的發展提供基礎性的資源和工具。由深圳華大生命科學研究院主導的一項最新研究將目光投向了和人的基因相似度高達93%的獼猴，繪製了一張獼猴的全身器官的細胞圖譜。這也是全球首個非人靈長類動物全細胞圖譜。

該研究於4月13日晚間在線發表於頂級學術期刊《自然》（Nature），題為「非人類靈長類獼猴的細胞轉錄組圖譜」（ Cell transcriptomic atlas of the non-human primate Macaca fascicularis）。研究由深圳華大生命科學研究院聯合北京華大生命科學研究院、深圳國家基因庫、吉林大學、中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院、瑞典卡羅林斯卡醫學院、英國劍橋大學、西班牙ICREA研究所、新加坡ASTAR等來自6個國家的35個科研團隊共同參與完成。

「這個圖譜就像一張『地圖』，有了它就相當於有了一個探索生命細胞解析度的高精度儀器，可以『看到』每個器官都有哪些細胞，還可以精細到每個細胞裡具體的分子特徵及與其他細胞的互作關係。」論文的第一作者、深圳華大生命科學研究院韓磊博士介紹說，「這為我們更好地認識生命的基本結構，探究疾病和細胞的關係打下了基礎，也為疾病的精準治療提供了新的方向。」

研究團隊基於華大自主研發的單細胞建庫和測序平臺對成年獼猴的45個器官的約114萬個細胞進行了單細胞測序分析，將其分成了113種主要的細胞類型和463種細胞亞類，並搭建了非人靈長類動物百萬單細胞交互式資源網站NHPCA (https://db.cngb.org/nhpca/)。

論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學研究院劉龍奇在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者專訪時表示，「從基因組序列來看，獼猴和人的差異相比小鼠等模式動物要小很多，這是選擇猴的第一個原因；第二，如果想真正了解人類的疾病，比如帕金森、阿爾茲海默症等，你不能在人身上直接做研究，我們必須構建動物疾病模型，非人靈長類尤其在認知和神經系統疾病研究中具有顯著優勢。」

劉龍奇談到，目前這類數據較少，獼猴還是一個空白，「所以這些數據的發布對於未來進行一系列的研究都非常重要，包括疾病機制理解、藥物篩選等。」

值得一提的是，基於該圖譜，研究團隊還構建了包含新冠、B肝、狂犬病毒等126種病毒易感細胞類型的病毒資料庫，這就像一本「病毒字典」，可以通過它快速查詢病毒最有可能侵染的細胞類型，同時看到該細胞類型可能分布的器官。

研究團隊認為，有了這本「病毒字典」，醫生在檢查新冠肺炎確診患者肺部情況的時候，可能也會同步檢查腎臟、肝臟和膽囊。因為「病毒字典」裡提到，這幾個器官同樣分布有新冠病毒可能感染的細胞。

除了病毒導致的疾病，研究人員也可以輸入特定遺傳疾病的致病基因或遺傳位點來查詢該疾病可能的致病細胞類型。

「大規模細胞圖譜的繪製工作，對於我們理解器官結構組成、胚胎發育和衰老、人類疾病及生命演化等都具有重要的意義。未來我們還將開發更高通量的單細胞技術以及具備空間解析度的多組學技術，為全面構建生命單細胞解析度的時空圖譜提供重要工具。」論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學研究院院長徐訊表示，「同時細胞圖譜數據正在迅速增長，其中蘊含巨大的信息量，這些數據解讀和挖掘工作需要全球科學家的共同協作和努力。」

食蟹獼猴細胞圖譜。

值得一提的是，該細胞圖譜的繪製，離不開單細胞測序技術的進步和測序成本的下降。劉龍奇介紹，技術和成本制約也是目前影響人類細胞圖譜（Human Cell Atlas）計劃進展的重要原因。

人類細胞圖譜是生命科學領域近年來興起的國際大科學計劃，於2017年由英美等科學家提出。長遠來說，該計劃旨在描述人體中每個細胞（約37萬億個）的詳細特徵，呈現不同類型細胞在人體組織的3D結構，勾勒所有人體系統的相互聯繫，揭示圖譜變化與健康和疾病的關係。人類細胞圖譜計劃將徹底改善人們對疾病的理解、診斷和治療。

劉龍奇認為，華大得以大規模繪製獼猴細胞圖譜，前期準備主要在於工具上的突破，「讓我們可以真正打通從上遊建庫到下遊的測序。」研究團隊稱，目前，基於華大自主開發的單細胞建庫平臺（DNBelab C4）和DNBSEQ測序技術，領域內的專家及科研工作者可以以低成本、高通量、高靈敏度和準確性的方法進行大規模的單細胞測序分析。

論文連結：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04587-3

責任編輯：李躍群

校對：施鋆