單分子遇上基因組學：會擦出什么火花？

　　當單分子遇上基因組學，它們會擦出什么樣的火花?著名華人學者謝曉亮(Sunney Xie)博士圍繞這個話題，在《美國醫學會雜志》(JAMA)上發表了文章。謝博士現任哈佛大學化學及化學生物學系教授，也任北京大學生物動態成像中心主任。

　　謝博士寫道，單分子成像和操作的進步導致了單分子生物學的出現。由于全世界多個實驗室的努力，單分子生物學已經改變了解決問題的方式，并產生了許多新的知識。

　　他舉了早期一個膽固醇氧化酶的例子。這種酶包含黃素基團，在氧化形式下發出熒光，而在還原形式下不發熒光。熒光的每個開/關循環對應于酶促循環，實現了酶促反應的實時觀察。在單分子基礎上，化學反應以隨機方式發生(即發生化學反應的等待時間是隨機的)，而不是像大量分子那樣是確定性的。

　　謝博士認為，這種實時觀察單分子化學反應的能力非常重要，因為許多分子(如DNA)在活細胞中以單分子(染色體)存在，這意味著基因組中的變化是隨機的。因此，個體中每個生殖細胞都是不同的，而原發性腫瘤中的癌細胞也是高度異質性的，這使得單細胞測序成為必需。

　　不過，單細胞基因組的測序需要全基因組擴增。為此，謝博士及其同事開發出單細胞基因組MALBAC擴增技術，與目前廣泛使用的多重置換擴增相比，提供了更加準確的拷貝數變異和單核苷酸變異檢測。

　　目前，MALBAC技術已經應用在體外受精和癌癥診斷上。為了協助體外受精，MALBAC現已應用于胚胎植入前基因組篩查(PGS)和胚胎植入前遺傳學診斷(PGD)，以避免染色體異常和單基因疾病的遺傳。

　　與之前應用于PGS和PGD的技術相比，MALBAC帶來了更高的精確度，能同時避免染色體異常和點突變。2014年，首例經MALBAC進行單基因遺傳病篩查的試管嬰兒出生，不患有父親所攜帶的單基因遺傳病。這為那些患有遺傳疾病的夫婦帶來了令人激動的消息。

　　此外，謝博士也表示，MALBAC也已經用于循環腫瘤細胞的測序。在分析肺癌患者的循環腫瘤細胞時，人們發現，與高度異質的點突變不同，同一患者循環腫瘤細胞中的拷貝數變異是相似的，同一癌癥類型的不同患者也相似，但不同類型的癌癥就明顯不同。這為基于拷貝數變化模式的無創癌癥診斷帶來了可能。

　　謝博士認為，計算單細胞中的拷貝數和檢測點突變的能力不僅是可能的，而且是極為重要的。這種單分子方法能夠在單分子水平上探索、了解并改善生命，也為精準醫療提供了一個具體的例子。