Secuenciación unicelular
La secuenciación de una sola célula examina la información de secuencia de células individuales con tecnologías de secuenciación de próxima generación (NGS) optimizadas , lo que proporciona una mayor resolución de las diferencias celulares y una mejor comprensión de la función de una célula individual en el contexto de su microambiente. [1] Por ejemplo, en el cáncer, la secuenciación del ADN de células individuales puede proporcionar información sobre mutaciones transportadas por pequeñas poblaciones de células. En desarrollo, la secuenciación de los ARN expresados por células individuales puede dar una idea de la existencia y el comportamiento de diferentes tipos de células. [2]En los sistemas microbianos, una población de la misma especie puede parecer genéticamente clonal, pero la secuenciación unicelular del ARN o las modificaciones epigenéticas pueden revelar una variabilidad de célula a célula que puede ayudar a las poblaciones a adaptarse rápidamente para sobrevivir en entornos cambiantes. [3]
Una célula humana típica consta de aproximadamente 2 x 3,3 mil millones de pares de bases de ADN y 600 millones de bases de ARNm. Por lo general, se utiliza una mezcla de millones de células para secuenciar el ADN o el ARN mediante métodos tradicionales como la secuenciación de Sanger o la secuenciación de Illumina . Al utilizar la secuenciación profunda de ADN y ARN de una sola célula, las funciones celulares se pueden investigar ampliamente. [1] Al igual que los experimentos típicos de NGS, los protocolos de secuenciación unicelular generalmente contienen los siguientes pasos: aislamiento de una sola célula, extracción y amplificación de ácido nucleico, preparación de la biblioteca de secuenciación, secuenciación y bioinformáticaanálisis de los datos. Es más desafiante realizar la secuenciación de una sola célula en comparación con la secuenciación de células a granel. La cantidad mínima de materiales de partida de una sola celda hace que la degradación, la pérdida de muestras y la contaminación ejerzan efectos pronunciados sobre la calidad de los datos de secuenciación. Además, debido al nivel de picogramos de la cantidad de ácidos nucleicos utilizados, [4] a menudo se necesita una gran amplificación durante la preparación de la muestra de secuenciación unicelular, lo que da como resultado una cobertura desigual, ruido y una cuantificación inexacta de los datos de secuenciación.
Las recientes mejoras técnicas hacen de la secuenciación de células individuales una herramienta prometedora para abordar un conjunto de problemas aparentemente inaccesibles. Por ejemplo, las muestras heterogéneas, los tipos de células raras, las relaciones de linaje celular, el mosaicismo de los tejidos somáticos, los análisis de microbios que no pueden cultivarse y la evolución de la enfermedad pueden dilucidarse mediante la secuenciación de una sola célula. [5] La secuenciación unicelular fue seleccionada como el método del año 2013 por Nature Publishing Group. [6]
La secuenciación del genoma de ADN de una sola célula implica aislar una sola célula, amplificar el genoma completo o la región de interés, construir bibliotecas de secuenciación y luego aplicar la secuenciación de ADN de próxima generación (por ejemplo , Illumina , Ion Torrent , MGI ). En los sistemas de mamíferos, la secuenciación de ADN unicelular se ha aplicado ampliamente para estudiar la fisiología y la enfermedad normales. La resolución unicelular puede descubrir las funciones del mosaicismo genético o la heterogeneidad genética intratumoral en el desarrollo del cáncer o la respuesta al tratamiento. [7]En el contexto de los microbiomas, un genoma de un solo organismo unicelular se denomina genoma único amplificado (SAG). Los avances en la secuenciación de ADN unicelular han permitido la recopilación de datos genómicos de especies procariotas no cultivadas presentes en microbiomas complejos. [8] Aunque los SAG se caracterizan por una baja integridad y un sesgo significativo, los avances informáticos recientes han logrado el ensamblaje de genomas casi completos a partir de SAG compuestos. [9] Los datos obtenidos de los microorganismos podrían establecer procesos de cultivo en el futuro. [10] Algunas de las herramientas de ensamblaje del genoma que se pueden usar en la secuenciación del genoma de una sola célula incluyen: SPAdes , IDBA-UD, Cortex y HyDA. [11]
