時空組學技術和應用實現重大突破全球首批生命全景地圖釋出

中國青年報客戶端深圳5月5日電（中青報·中青網 記者 劉芳）5月4日晚，深圳華大生命科學研究院聯合多家機構在Cell出版社官網以時空組學聯盟（STOC）專題的形式釋出了全球首批生命時空圖譜。這是首次從時間和空間維度上對生命發育過程中的基因和細胞變化過程進行超高精度解析，為認知器官結構、生命發育、人類疾病和物種演化提供全新方向。

研究人員利用華大自主研發的時空組學技術Stereo-seq，首次繪製了小鼠、斑馬魚、果蠅、擬南芥四種模式生物胚胎髮育或器官的時空圖譜。其中，利用高精度大視場Stereo-seq技術繪製的小鼠胚胎髮育時空圖譜相關成果在《細胞》（Cell）期刊線上發表，斑馬魚、果蠅、擬南芥時空圖譜相關成果在《細胞》子刊《發育細胞》（Developmental Cell）線上發表。

時空組學技術Stereo-seq，具有亞細胞解析度與釐米級視場，堪稱“超廣角百億畫素生命照相機”，同時“拍到”組織裡每個細胞的基因資訊和空間位置，其使用的晶片是研究人員基於華大自主研發的DNBSEQ測序技術研製的具有空間位置資訊的、陣列式排布的DNA奈米球空間捕獲晶片。該晶片可以實現超高精度和超大視野的生命分子成像，其解析度可達500奈米（單個細胞可被400個畫素點捕獲），實現亞細胞定位。同時，該技術還可以達到最大13釐米 x 13釐米的超大視野，實現器官和生命全景分子細胞圖譜的繪製。

“透過Stereo-seq技術，人類首次以500奈米的空間解析度實現了生命全景時空圖譜的繪製。在過去，要做幾千甚至上萬次的實驗才能完成的時空圖譜，現在，在華大自主研發的時空晶片上，只需一次定位就能實現。這是生命科學工具的里程碑式突破。”《細胞》論文第一作者、深圳華大生命科學研究院時空組學首席科學家陳奧表示。

17世紀，人類透過顯微鏡第一次看到了生命的微觀結構——細胞；20世紀，DNA測序技術讓科學家第一次解析了生命大分子——DNA。如今，Stereo-seq技術不僅可以精確地瞭解每個細胞內的分子表達，還能定位該細胞的空間位置。如果我們把擁有37萬億個細胞的人體比作我們賴以生存的地球，之前的技術或許能讓我們瞭解地球上有哪些生物，而Stereo-seq技術則可以讓我們看到每個生物分佈在哪個國家，哪個地區，哪個城市，還能看到他們在做什麼，怎麼和其他物種交流，甚至，看到他們的過去和未來。

“時空組學技術的出現，實現了生命在時間和空間維度上細胞‘地圖’的全面繪製，讓我們可以在細胞甚至亞細胞解析度下，觀察到正常狀態和疾病狀態下分子和細胞的分佈及細胞之間的互作情況，真正實現了從高精度結構的角度去理解功能，這將大大推動我們對於生命複雜性和人類疾病的全面認知。”系列論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學研究院單細胞組學首席科學家劉龍奇表示。

中國工程院院士曹雪濤表示，華大在時空組學技術和應用方面實現的重大突破，是生命科學領域方法學的突破，也是我國在核心技術自主研發方面領先世界的一個範例和里程碑。透過時空組學技術，科學家們已經可以實現在大尺度範圍內進行器官的細胞組成和細胞互作的分析，這些資訊將極大幫助我們理解人類的發育、衰老和重要疾病的發生發展機制。例如，在腫瘤或者衰老器官中，時空組學技術能夠幫助我們理解免疫細胞、機制細胞和器官內主要細胞型別之間的關係發生了哪些改變，背後調控的機制又是什麼，生理和病理意義是什麼，相信這些資訊將為人類疾病的預防、診斷與治療帶來革命性的突破。