“通过这些基因图谱发现， 不同人的基因组序列是高度相似的 。 针对同一个人， 不同位置来源的细胞的基因组序列则相似度更高， 有时还会完全一样或存在为数不多的序列差异 。 ”吴金雨说， 通过描绘人类细胞图谱， 能揭示每一个细胞在特定时空的基因表达状态， 也许在未来， 临床医生就可以从中鉴别异常的细胞类型和起源等， 实现对各种疾病更早的诊断 。
例如郭国骥团队通过跨时期、跨组织和跨物种的细胞图谱分析， 揭示了一个普适性的哺乳动物细胞命运决定机制：干细胞和祖细胞的转录状态混杂且随机， 而分化和成熟细胞的转录状态就变得分明且稳定， 也就是说， 细胞分化经历了一个从混乱到有序的发展过程 。
郭国骥表示：“我们的工作在测序深度上存在一定局限性， 完美版的人类细胞图谱还应整合空间信息、多组学数据和人群分析， 这需要全世界科学家的共同努力 。 ”
单细胞测序技术是绘制图谱的关键
吴金雨告诉采访人员， 人类细胞图谱的成功绘制， 依靠的核心技术是单细胞测序技术 。
过去科学家主要利用显微镜和流式分析等技术， 依靠细胞的若干表型特征对自然界里不同物种的细胞进行分类和鉴定 。 这些表型特征的选取往往引入了较多的人为主观性 。 单细胞转录组测序技术是近年来迅速发展的生命科学前沿技术， 是把转录组测序应用到单个细胞层面， 从而识别细胞的类型、功能， 特定细胞状态的变化， 在单细胞水平揭示细胞各个基因表达状态， 反映细胞间的异质性 。
吴金雨说， 从目前情况看， 单细胞测序技术还面临一些问题 。 首先， 比如一滴血， 就有百万级别数量的细胞 。 对于器官组织， 各种细胞都是紧密结合在一起的， 如何把这些细胞一个一个单独分离出来又不造成大的细胞损耗是第一个难题 。 其次， 这么多的细胞每一个都需要被高深度测序， 费用非常高 。 再次， 如何高效挖掘高通量测序产生的海量数据， 又是一个非常大的挑战 。 目前， 由于样品准备复杂， 测序费用高、周期长， 与直接的临床应用还存在一定差距 。
单细胞测序技术在肿瘤、发育生物学、微生物学、神经科学等领域发挥着重要的作用， 其应用价值可以通过涡虫这个有意思的例子来展现 。 涡虫是一种比苹果种子还小的生物， 虽然小， 它却有一项令其它动物都羡慕的能力 。 如果把一条涡虫切成若干段， 每一段都会重新生长成一条完整的涡虫 。 早在几十年前， 研究人员就知道帮助涡虫再生的是一组被称为neoblast的非特异性干细胞， 但具体是哪一种neoblast细胞发挥作用却不得而知 。 美国密苏里州堪萨斯城斯托尔斯医学研究所的亚历杭德罗·桑切斯·阿尔瓦拉多， 利用单细胞测序技术成功分离出被称为neoblast2号亚型（Nb2）的细胞类型， 通过切割涡虫并观察伤口发展时发现， Nb2细胞数量迅速增加， 使涡虫身上的伤口愈合；濒死涡虫被注射单个Nb2细胞， Nb2细胞大量繁殖分化拯救了濒死涡虫 。
【人体细胞如何分工 这张图谱带来新的认识】吴金雨说， 就如涡虫Nb2细胞类型这样重大的发现， 现在说这些发现可用于治疗、器官再生、重建人体部分还为时过早， “但发现自然再生的机制是一个好的开始” 。 利用单细胞测序技术绘制细胞图谱， 或能帮助我们打开人类生老病死的“黑匣子”， 引领众多可用于临床的重大发现 。 （采访人员 李 禾）
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