接近單細胞解析度，Cell發文公布高分辨空間組學技術

Cell | 10 µm，接近單細胞解析度，樊榮實驗室發布高分辨空間組學技術

責編 | 兮

空間組學是繼單細胞測序技術之後的另一個生物技術研究熱點，它能夠彌補單細胞測序技術無法獲取細胞空間分布信息的缺陷。空間組學主要研究細胞在組織樣品中的相對位置關係，用於揭示細胞空間分布關係對疾病的影響。

2020年11月13日，耶魯大學樊榮團隊在Cell雜誌上以長文（Article）形式在線發表了題為「High-Spatial-Resolution Multi-Omics Sequencing via Deterministic Barcoding in Tissue」的最新空間組學技術DBiT-seq。DBiT-seq技術實現了高質量和高分辨的空間轉錄組和蛋白組的測序。空間解析度最高可達10 µm，接近單細胞解析度。

DBiT-seq的總體設計和實驗流程

細胞在生物體中相互依存，也受到它周圍的環境影響。傳統的單細胞測序技術（single cell RNA-seq）可以實現對細胞水平的組學研究，但卻無法獲取細胞空間分布信息。為解決這一問題，基於測序的空間轉錄組技術如ST, Slide-seq， HDST等陸續發表。然而，DBiT-seq的設計思想與這些技術有著很大的區別。上述技術都是基於探針抓取RNA到固定的基質的設計，而DBiT-seq是一項在細胞內原位實現逆轉錄的技術，這有助於在保持高數據質量的同時，實現高精度。作者通過實驗證明，在最高10 µm的檢測精度下， DBiT-seq能夠檢測到小鼠胚胎組織總共22969個基因和平均每個數據點2068個基因，而且DBiT-seq也實現了同時對22種蛋白的表達水平的檢測。

以微流控技術為基礎，DBiT-seq可以同時完成組織切片的空間轉錄組合蛋白組的測序。DBiT-seq主要基於二維編碼來實現細胞空間位置的定位。通過細胞內逆轉錄RNA成cDNA來實現第一次編碼，而第二次編碼則是通過DNA連接酶來完成。目前，該技術能夠實現2500個數據點的檢測，具有三個檢測精度（50,25,10 µm）。

DBiT-seq空間轉錄組和蛋白組測序小鼠胚胎眼部區域（10 µm解析度）

在發表的工作中， 樊榮教授團隊完成了對小鼠胚胎的空間組學測序，並首次實現了兩種組學（轉錄組和蛋白組）的空間比對。於此同時，通過對最高精度10 µm的胚胎眼部的分析，發現了環繞眼睛周圍的單獨一層黑色素細胞。而且，測序結果可以直接和單細胞測序數據相結合，實現細胞類型的精確定義。對小鼠胚胎尾部的測序，也成功的發現標誌性的基因定位。

DBiT-seq空間轉錄組和蛋白組測序小鼠胚胎尾部區域（25 µm解析度）

DBiT-seq是一項全新的空間組學技術，需要的設備簡單，便於科研人員操作和實現。該技術不需要像傳統技術一樣釋放mRNA，而且與流行的福馬林固定組織切邊相兼容，具有廣泛的應用前景。同時，此技術DBiT-seq同時也有一些需改進的地方，比如，解析度還可以進一步提高，如提高到亞細胞水平（5 µm）；需要增加可測序面積 （當前為5 mm x 5 mm）以完成更大區域的檢測。據悉，樊榮團隊還在研發更多空間組學技術。

耶魯大學生物醫學工程系終身教授樊榮為該論文的唯一通訊作者，實驗室博士後劉陽，楊明玉和鄧彥翔為該論文的共同第一作者。

原文連結：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.10.026