科学家用表型变异重建单个细胞生命史

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英国威尔克姆基金会桑格研究所科学家近日利用基因组测序技术，通过观察健康细胞基因组的变异过程，能把一个细胞的生命历史追溯到最初的受精卵。它们构建了多种组织细胞的发展历程，从早期胚胎开始，直到它们变成成熟器官中的“一员”。相关论文发表在最近出版的《自然》杂志上。

在多细胞生物的生命历程中，身体的所有细胞都会发生变异，即体细胞的表型变异。这种变异并非从父母那里遗传，而且在其一生不断积累，其中携带的密码记录了每个细胞一生的经历。通过观察一个细胞DNA中变异的数量和类型，研究人员能评估在它一生中是否分裂过、分裂了多少次，并能探测DNA损坏或修复过程的特征标记。通过把每个细胞的变异和身体的其他细胞相比较，能绘制出详细的从受精卵开始的细胞发展世系图。
研究小组观察了小鼠胃部、小肠、大肠和前列腺的细胞。物理学家组织网6月30日（北京时间）报道，他们对细胞加以培植以产生足够的DNA用来精确测序。今后单细胞测序技术可能会发展到只用一个细胞就能做这种实验，但一个细胞中的DNA数量太少，得到的变异数据不够精确，无法重建精确的细胞世系。

他们记录了不同组织细胞变异次数的差异。这种差异可能是由细胞分裂速度不同引起的，而且不同组织细胞的变异方式不同，表明它们的DNA损坏和修复过程不同，反应了细胞不同的生命经历。

这些变异能帮人们深入理解细胞世系的发展。“利用这种新方法，我们能追溯一个生物的发展历程。”论文第一作者、韦尔科姆基金会桑格研究所的萨姆·贝雅提说，“如果我们能更多了解在一个人生命历程中，正常健康细胞在分裂时是怎样变异的，就能从根本上理解什么是正常的，这种表型变异带来的差异和癌细胞造成的差异有何不同。”

本实验的细胞来自健康小鼠，如果人体细胞变异的速度与小鼠类似，这些技术也能用于揭示人体细胞的生命史。论文高级作者、研究所主管麦克·斯特拉顿教授说：“成人身体由100万亿个细胞组成。所有这些细胞都来自一个受精卵。这种方法进一步扩展的话，能为我们提供一个清晰画面，显示一个成熟细胞是怎样从受精卵发展而来的。此外，观察每个细胞变异的数量和类型，我们能得到一部DNA‘日记’，记录着每个健康细胞一生的经历，并探索这些变化是如何表现在人体疾病层面的。”