谢晓亮：当单分子遇上基因组学

当单分子遇上基因组学，它们会擦出什么样的火花？著名华人学者谢晓亮（Sunney Xie）博士围绕这个话题，在《美国医学会杂志》（JAMA）上发表了文章。谢博士现任哈佛大学化学及化学生物学系教授，也任北京大学生物动态成像中心主任。

谢博士写道，单分子成像和操作的进步导致了单分子生物学的出现。由于全世界多个实验室的努力，单分子生物学已经改变了解决问题的方式，并产生了许多新的知识。

他举了早期一个胆固醇氧化酶的例子。这种酶包含黄素基团，在氧化形式下发出荧光，而在还原形式下不发荧光。荧光的每个开/关循环对应于酶促循环，实现了酶促反应的实时观察。在单分子基础上，化学反应以随机方式发生（即发生化学反应的等待时间是随机的），而不是像大量分子那样是确定性的。

谢博士认为，这种实时观察单分子化学反应的能力非常重要，因为许多分子（如DNA）在活细胞中以单分子（染色体）存在，这意味着基因组中的变化是随机的。因此，个体中每个生殖细胞都是不同的，而原发性肿瘤中的癌细胞也是高度异质性的，这使得单细胞测序成为必需。

不过，单细胞基因组的测序需要全基因组扩增。为此，谢博士及其同事开发出单细胞基因组MALBAC扩增技术，与目前广泛使用的多重置换扩增相比，提供了更加准确的拷贝数变异和单核苷酸变异检测。

目前，MALBAC技术已经应用在体外受精和癌症诊断上。为了协助体外受精，MALBAC现已应用于胚胎植入前基因组筛查（PGS）和胚胎植入前遗传学诊断（PGD），以避免染色体异常和单基因疾病的遗传。

与之前应用于PGS和PGD的技术相比，MALBAC带来了更高的精确度，能同时避免染色体异常和点突变。2014年，首例经MALBAC进行单基因遗传病筛查的试管婴儿出生，不患有父亲所携带的单基因遗传病。这为那些患有遗传疾病的夫妇带来了令人激动的消息。

此外，谢博士也表示，MALBAC也已经用于循环肿瘤细胞的测序。在分析肺癌患者的循环肿瘤细胞时，人们发现，与高度异质的点突变不同，同一患者循环肿瘤细胞中的拷贝数变异是相似的，同一癌症类型的不同患者也相似，但不同类型的癌症就明显不同。这为基于拷贝数变化模式的无创癌症诊断带来了可能。

谢博士认为，计算单细胞中的拷贝数和检测点突变的能力不仅是可能的，而且是极为重要的。这种单分子方法能够在单分子水平上探索、了解并改善生命，也为精准医疗提供了一个具体的例子。