【原】欢迎进入空间转录组学时代！

 

2019年《Nature Reviews Genetics》的这篇Research Highlights，正式拉开了空间转录组测序的序幕。以往的空间转录组学的研究方法主要是基于FISH技术或者是scRNAseq技术，2019年在Nature和Science同时发表了两个技术seqFISH+和Slideseq，空间转录组开始成为了研究新热点。

 

 

接着被Nature Methods评为2020年度技术。形象的描述bulk RNAseq为奶昔smoothie，scRNA-seq为水果沙拉fruit salad，spatial transcriptomics为水果塔fruit tart。众多科学家一致认为单细胞水平的空间转录组研究是继单细胞之后一波新热潮，特别是已经完成单细胞研究的人类疾病相关领域。可以想象，未来我们将可以在活体组织中获得单细胞的空间转录组。空间转录组学的研究将显微成像和测序技术结合，即影像学和基因组学结合在一起。

从2009年，瑞典皇家理工学院（KTH）的Joakim Lundeberg及Jonas Frisen开始了空间组学方法的研究，对固定的、染色的组织进行成像，然后进行透化。释放的mRNA通过标签寡核苷酸附着在组织下方的阵列上，从而将它们固定在与组织对应的位置。逆转录后，组织被酶移除，剩下的是附着在寡核苷酸阵列上与空间标签互补的DNA分子。接下来对这些cDNA进行测序，标签阵列保存着转录本的空间位置信息，融合了微阵列、成像、测序和基于标签的生信分析等概念和技术，该技术通过衍生公司Spatial Transcriptomics开始商业化，并于2018年被10x Genomics公司收购并产生了Visium产品。

 

此外，还有很多其他的空间组学技术，如单分子荧光免疫杂交技术，SeqFISH+使用带有荧光的探针与带有标签序列的mRNA进行多轮连续的杂交，直接在原位进行测序读数，而不再需要将成像信息转换成测序读数。

Broad研究所Evan Macosko开发了Drop-seq，和扩展显微镜的发明人Fei Chen一起开发了Slide-seq，应用了Drop-seq的标记方案，将磁珠单分子层排列成二维阵列，将RNA转移到磁珠上。从50微米的磁珠开始，然后转变成了10微米的磁珠，捕获效率接近于scRNA-seq技术。

由于细胞类型并不是二元的，许多细胞标志物的样本可能会得到一个连续的细胞身份，因此整合成像和单细胞数据进行空间转录分析，是一个巨大的挑战。

空间组的技术拥有非常丰富的发展历史，随着单细胞技术的成熟以及商业化，在最近两年蓬勃发展，首次应用的是神经科学，另外一个是发育生物学，以及肿瘤生物学，特别是肿瘤异质性以及T细胞浸润。10XGenomics收购了ReadCoor和Cartana。Cartana使用一种padlock探针技术，进行滚环扩增，然后进行测序，达到了亚细胞水平。另一个公司，2019年nanoString推出GeoMx，自动化仪器，捕获基因数量已超过22000，NanoString刚发布GeoMx Digital Spatial Profiler，达到了单细胞的分辨率。另外，BGI收购了Complete Genomics，将细胞或组织嵌入芯片，产生高分辨率的空间解析数据。目前，空间转录组方案仍然是定制的，并只能在一个或少数几个实验室中使用。首次完成的工作往往既困难又昂贵，商业化对于推动空间转录组的发展至关重要。

空间转录组技术是“年度技术”，这仅仅是个开始，未来将成为标准方法。以后可以达到，寄来一个组织，然后得到一个完整的带有空间信息的单细胞遗传信息。