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单细胞测序新平台--百创DG1000

百创智造 百迈客生物 2023-04-28









什么是单细胞转录组测序

在回答这个问题之前,让我们先了解一下普通转录组测序和单细胞转录组测序的区别。

普通转录组测序相当于把一群细胞或一个器官混合到一起去提取RNA,获得的是一个大的细胞群体中单个基因的平均表达水平,无法得到每个细胞的表达情况,掩盖了这些不同的细胞类型的差异,即无法解析细胞表达异质性。

单细胞测序分为单细胞基因组测序和单细胞转录组测序,分别对单细胞DNA及RNA表达水平异质性研究与分析。其中单细胞转录组测序技术,是把每个细胞单独分出来提取RNA,然后建库测序,获得的是单个细胞的表达值,从而解析组织内细胞异质性。



微孔法和微流控法

单细胞测序实验流程包括:单细胞悬液制备-单细胞捕获-mRNA反转录和扩增-文库构建与上机测序-数据分析。其中最为核心的环节是单细胞捕获,根据单细胞捕获原理不同,主要分为两种方法包括:微孔法和微流控方法


微孔法

微孔法主要是以微孔为基础,和携带细胞标签的磁珠来捕获成千上万个单细胞并为其打上条形码。当加入细胞裂解液后,细胞释放出的mRNA被微孔中携带有Poly(dT)VN的磁珠(beads)捕获,再利用磁铁回收beads到单管中进行后续逆转录、建库等操作,达到获取并分析基因组信息的目的。


图1 微孔法技术原理(图片来源于网络)


微流控

微流控是利用微流体装置将带有条形码的微珠和细胞一起装入微小的液滴中,装上用于扩增的条形码引物,条形码附着到每个细胞的基因上,一次可以实现数以千计的细胞高通量测序,有分子标签功能,适用于3'端测序文库构建。

图2 微流控技术原理



•产品推荐--百创DG1000•

目前百迈客自主研发的单细胞平台--百创DG1000,百创DG1000是基于微流控技术、油滴包裹和Barcode标记技术来实现高通量的细胞捕获。除了仪器以外,百创DG1000还有配套的2×4的独立芯片及配套试剂盒。

图3 百创DG1000及配套耗材

百创DG1000是基于微流控的方法来捕获单细胞。通过百创DG1000仪器,将带有条形码的单个凝胶微珠和单个细胞包裹在油相中,形成油包水(GEMs)的小微滴结构。然后细胞膜破裂,跟胶珠溶解释放的探针结合,释放出来的mRNA经过一系列的逆转录、二链cDNA合成与扩增、加PolyA尾、加上接头、经过PCR扩增,形成测序文库,最后上机检测。

图4 百创DG1000单细胞转录组测序原理。


引物结构

在胶珠上种上特定的引物,引物片段由4个部分组成:Read 1、Cell Barcode 、UMI、Poly(dT)VN组成。Cell Barcode由大约50个碱基组成,一共大约有100万种Cell Barcode,一个胶珠对应一个Cell Barcode,通过这100万种Cell Barcode,可以把胶珠区分开。UMI是唯一分子识别符,每一个DNA分子,都有自己的UMI序列。

图5 百创DG1000胶珠上的引物结构。

  • Read 1引物: 是一段已知的短核苷酸序列,主要用于后续的上机测序。
  • Cell Barcode序列:大约有100万种,一个胶珠对应一个特异的Cell Barcode序列。
  • UMI序列:消除PCR偏差。
  • Poly(dT)VN序列:与mRNA3'端的poly(A)结合,进行后续的逆转录反应。


•实验数据•

1. PBMC重复测试:

将相同的PBMC细胞悬液,分三次,不同实验人员,不同仪器,分别独立进行DG1000单细胞测序,得到了几乎一致的细胞聚类分群结果,证明DG1000具有非常优秀的可重复性及稳定性。

图6 PBMC重复测试实验结果图。

2.小鼠皮肤细胞药物处理实测:

将药物处理过的小鼠皮肤及对照组,分别由不同的人员,不同的机器进行数据实测,得到了符合预期的实验结果,说明DG1000整个系统的稳定性能够得到保证。

图7 小鼠皮肤细胞药物处理实测结果图。

3.野生动物细胞核实测:

由于一些原生动物的细胞直径都偏大,需要先提取细胞中的细胞核,再进行数据实测,发现捕获效率达到54%,捕获的中位基因数大于1000,百创DG1000系统拥有更高的细胞直径兼容性,很容易就可以通过,形成油包水微液滴。

图8 野生动物细胞核实测结果图。


百创DG1000

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文案:百创智造

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百迈客生物(BioMarker)成立于2009年5月,是一家高新技术企业,公司基于功能基因组学的BT+IT(高通量基因测序技术、生物信息技术、高性能生物云计算技术)技术,拓展出了科技服务、生物云平台、智能制造三大业务板块;拥有以博士和硕士为主体的研发、生产团队;公司自成立以来,注重创新发展,科研成果成果层出不穷,先后在《Nature》、《Cell》、《Nature Genetics》等国际著名期刊上发表高质量合作文章近千篇,累计影响因子超过4500分。拥有国家发明专利技术60余项,软件著作权近200项。公司拥有Illumina、PacBio、Nanopore、BioNano、AB SCIEIX QTRAP, Waters Q-TOF等全面的测序平台,满足科研工作者多种科研需求,努力打造基因产业国际一流企业,“为世界创造新的可能!”

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