??? 大多數(shù)全基因組分析提供了大量細(xì)胞的平均水平，但是最近的技術(shù)進(jìn)步可以克服這個(gè)局限。開創(chuàng)性的單細(xì)胞分析現(xiàn)在能夠?qū)蚪M、表觀基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組譜系進(jìn)行分析。Cell旗下的Trends inBiotechnology綜述了為同一的細(xì)胞提供復(fù)雜的譜系，將不同維度的分析組合成多組學(xué)分析的方法。

　　策略

　　和活細(xì)胞熒光成像不同，組學(xué)的方法比如新一代測序和質(zhì)譜是破壞細(xì)胞進(jìn)行分析的。第一代單細(xì)胞分析選擇了一種類型的生物大分子(比如DNA、 RNA、染色質(zhì)、蛋白或代謝產(chǎn)物)就會(huì)丟棄其它所有的材料。而現(xiàn)在證實(shí)了一個(gè)概念：不同的組學(xué)可以在同一個(gè)細(xì)胞進(jìn)行平行分析。例如，基因組/轉(zhuǎn)錄組或基因 /蛋白水平。現(xiàn)在已經(jīng)確定了如圖所示的多組學(xué)單細(xì)胞分析的五種基本策略。

　　結(jié)合

　　在相同或相似的生物分子上的實(shí)驗(yàn)分析可以合并成一個(gè)單一的操作。例如，基于納米孔測序方法和單分子實(shí)時(shí)(SMRT)技術(shù)所獲得的動(dòng)力學(xué)曲線，不僅反映了DNA序列，也進(jìn)行了 DNA甲基化檢測。同樣，精心優(yōu)化質(zhì)譜檢測可以提供相同細(xì)胞的蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)數(shù)據(jù)。要從單個(gè)細(xì)胞獲得高品質(zhì)的集成文件，進(jìn)一步提高檢測的效率將是必不可少的。

　　組分分離

　　不同種類的生物分子可以在從相同的細(xì)胞裂解液提取、分離、和獨(dú)立分析。例如，最近的一項(xiàng)研究用生物素標(biāo)記的寡聚dT接頭沉淀總RNA，進(jìn)行 RNA測序文庫制備，而游離的DNA可擴(kuò)增后進(jìn)行DNA測序。這種策略嚴(yán)重地依賴分離的質(zhì)量，因?yàn)樗辛粼阱e(cuò)誤組分中的材料都丟失了。

　　分別處理

　　當(dāng)精確的生化分離不可行時(shí)，細(xì)胞裂解液可以分別被獨(dú)立處理。最近的一項(xiàng)研究通過將裂解液分別進(jìn)行多步定量PCR反轉(zhuǎn)錄RNA分析和對DNA抗體報(bào)告基因的定量PCR分析。從概念上來說分別處理不如生化組分分離，因?yàn)橛幸恍┎牧喜豢杀苊獾貋G失在錯(cuò)誤的組分中。它是進(jìn)行不同分析的最一般的策略。

　　轉(zhuǎn)換

　　不同組學(xué)之間的生化轉(zhuǎn)換使得它們能一起分析。例如，亞硫酸氫鈉處理將DNA甲基化轉(zhuǎn)換成DNA序列信息，可以進(jìn)一步與GpC甲基轉(zhuǎn)移酶處理結(jié)合來捕獲DNA甲基化和單細(xì)胞核小體定位。它也可以通過對連接細(xì)胞核中三維空間接近的DNA片段的操作，獲得單細(xì)胞染色體結(jié)構(gòu)的信息。

　　預(yù)測

　　作為對上述實(shí)驗(yàn)策略的補(bǔ)充，也可以對一個(gè)或多個(gè)組學(xué)直接檢測，而后通過計(jì)算機(jī)的方法來預(yù)測其它的。這五種策略的設(shè)為計(jì)更加全面的多組學(xué)分析提供了一個(gè)框架，因?yàn)樗鼈兛梢砸栽S多不同的方式相結(jié)合。

　　應(yīng)用

　　單細(xì)胞多組學(xué)分析能發(fā)現(xiàn)其它方法難以處理的問題。

　　復(fù)雜組織和整個(gè)器官的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分析可能會(huì)挑戰(zhàn)我們目前的細(xì)胞類型的概念。隨著分辨率和單細(xì)胞分析的吞吐量，我們可以找出無數(shù)的細(xì)胞狀態(tài)，而不是少數(shù)的穩(wěn)定和不同類型的細(xì)胞。

　　多組學(xué)分析的另一個(gè)關(guān)鍵的應(yīng)用程序是在醫(yī)藥上。許多腫瘤、腫瘤部分區(qū)域在耐藥、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移、變化上不同，綜合數(shù)據(jù)集可以提供足夠詳細(xì)的圖譜來識別的腫瘤內(nèi)差異的生物學(xué)基礎(chǔ)。在平行的多組學(xué)分析可以幫助發(fā)現(xiàn)不同的耐藥性，例如基于遺傳和表觀遺傳學(xué)的改變，從而有助于自適應(yīng)和個(gè)性化治療。

　　第三個(gè)多組學(xué)譜系的應(yīng)用是在生物技術(shù)和生態(tài)系統(tǒng)中研究不可培養(yǎng)微生物。這些細(xì)菌通常很難獲得足夠純的群體進(jìn)行大量分析，而單細(xì)胞的操作是綜合分析的關(guān)鍵，例如將一定的蛋白組學(xué)和相關(guān)的代謝譜系聯(lián)系起來。

　　最后，測量同一細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞狀態(tài)的不同方面的能力有望揭開細(xì)胞的基因組、表觀基因、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組與代謝組之間的相關(guān)聯(lián)系;可以揭示DNA甲基化、染色質(zhì)于轉(zhuǎn)錄起始之間的復(fù)雜關(guān)系。

　　結(jié)語

　　第一個(gè)單細(xì)胞多組學(xué)的檢測已經(jīng)存在了，這預(yù)示了單細(xì)胞系統(tǒng)生物學(xué)是一個(gè)令人興奮的新領(lǐng)域。文章預(yù)測，關(guān)注單細(xì)胞作為生物學(xué)的核心將為基礎(chǔ)科學(xué)提供見解，在生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)方法提供有效的應(yīng)用機(jī)會(huì)。