【科学家成功实现活细胞转录组测序】中国科学报:在我们呱呱坠地之前,受精卵是如何发育成复杂个体的?为何正常的细胞会慢慢变成癌细胞?

细胞是生命的基本单位,了解它的过去、现在和未来不仅有助于我们了解正常发育的过程,也对理解疾病的产生和发展至关重要。然而,想要“看清”细胞的“前世今生”仍然存在显著的技术困难。

8月17日,现任中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员(原瑞士洛桑联邦理工学院博士后)陈万泽以共同第一作者身份在国际顶级期刊Nature上发表长文,介绍了研究团队在国际首创的活细胞转录组测序技术(Live-seq),该技术首次让单细胞进行转录测序后,依然能保持细胞存活,首次实现了活细胞全基因表达的连续观测。

“该研究实现了使用Live-seq技术对同一个活细胞多次分离部分细胞质进行多次转录组测序的可行性,表明这一技术有望在将来用于构建单个活细胞的转录组系列变化动态。该研究为单细胞转录组测序提供了全新的研究策略,为我们理解生命过程的动态变化提供了强有力的手段,是这一领域的又一重大突破。” 北京大学生命科学学院教授汤富酬评论道。

不杀死细胞就能测序

人类体内的细胞拥有几乎一样的基因组,但是为什么能够产生多种多样的细胞?基因组中数万个的基因表达与否和高低,很大程度上决定了细胞的种类和功能,比如神经细胞、免疫细胞、各种肿瘤细胞等等。

因此,如果知道细胞不同时间的基因表达的变化,就能够了解细胞的过去、现在和未来。

当前,单细胞转录组测序技术是了解细胞状态的重要手段,就像看一张“高清照片”,通过单细胞测序能够看清细胞现在所有基因的表达状态。但是这些技术在理解细胞状态“电影”般的动态变化上却有很大的挑战。

“利用单细胞转录组测序技术来观测细胞状态的前提,是需要将细胞裂解,提取其中的RNA来测定每个基因表达量的高低,但这样就不能避免地杀死了细胞。”陈万泽说道,“使用单细胞测序技术,也只能了解到一个细胞当下的状态,却不能获得它的过去,也无法知晓它将来的功能。”

通过近七年的努力,陈万泽与合作者开发了活细胞转录组测序技术Live-seq,其核心是通过对活细胞中的部分细胞质进行微创提取,并对极其微量的细胞质RNA进行扩增,实现在进行单细胞转录组测序后,依旧保持细胞的存活和功能,从而可以跟踪细胞的动态变化。

论文通讯作者、瑞士洛桑联邦理工学院教授Bart Deplancke表示,该技术兼具全基因表达分辨率和动态解析能力,是目前对单细胞转录组直接动态测量、偶联细胞现有状态和其后续表型的唯一解决方案。

两次碰壁,终于“钓”出RNA

如何在不杀死细胞的前提下,看到细胞的动态变化?

“我们首先想到的是外泌体,它是细胞向外面吐出来的小泡,里面有蛋白、RNA等物质。如果我们把单个细胞的外泌体都收集起来,再对其中的RNA进行测量,或许就可以在一定程度上反映细胞状态而又不杀死细胞。”陈万泽说道。

单个细胞中仅有10 pg(皮克)的RNA,这相当于一克的一千亿分之一的重量,而细胞分泌的外泌体中的RNA更是少之又少。研究团队设计了微流控芯片来完成单细胞捕获、外泌体收集等过程,发现由于外泌体中的RNA数量太少,根本无法实现单细胞分子水平的观测。

随后,陈万泽尝试利用在生命科学领域非常小众的原子力显微镜,它有一个很尖的硅探针,多用来检测物质表面性质。研究团队通过对探针进行表面活化、修饰、洗脱等改造后,让其能够把细胞中的RNA“钓”出来。

“这种探针很细,对细胞的损伤很小,就像‘鱼钩’一样,改造后可以把细胞中的RNA‘钓’出来,又能保证细胞继续存活。我们改造了数十个探针后,结果只在两个细胞上成功“钓”到了基因。”陈万泽回忆道,当时购买一个原子力显微镜探针需要800美元,研究成本太高,成功率太低,让这项研究再次面临阻碍。

瑞士洛桑联邦理工学院学科交叉氛围浓厚,在一次偶然的学术交流中,陈万泽与导师了解到,瑞士苏黎世联邦理工学院的Julia Vorholt实验室开发了一种特殊的原子力显微镜,能够吸出一部分的细胞质。

一番交流后,两个课题组一拍即合,展开了联合攻关。联合团队对一系列的实验过程进行了优化,包括解决了RNA降解、低温下的快速操作、超微量样品转移、采样通道清洗避免交叉污染、图像下追踪细胞等多种问题,以保证实验结果的可靠性。

联合团队利用重新改造后的Live-seq,对五种类型共295个细胞进行了测序,发现Live-seq能够有效区分不同类型的细胞,且平均每个细胞能检测到约4112个基因的表达信息。

仅对少量的细胞质进行测序,是否就能代表细胞的状态?

“我们平行比较了单细胞测序结果,发现活细胞测序结果与普通的单细胞测序结果高度吻合,证明Live-seq能够很好地体现细胞的全转录组状态。”陈万泽说道。

细胞的存活率又如何保证呢?

“原子力探针尖端只有几百个纳米大小,而且能和细胞膜密封,对细胞损伤极小。吸取约5%至50%的细胞质后,细胞体积可以快速恢复到正常水平,存活率在85%至89%之间,细胞能进行正常分裂。通过一系列的功能分析和分子表征,我们没有发现Live-seq对细胞的状态有显著的影响。”陈万泽表示。

对此,审稿人在评审意见中也写道:“由于细胞测序后仍旧存活,Live-seq首次实现对同一个细胞全基因表达的连续测量。”

细胞测序史从“高清图片”到“高清电影”的跨越

在细胞观测技术史上,显微成像和基因编辑介导的分子记录等技术不仅能观察细胞水平的生长、分裂、死亡等过程,还能观测细胞中的单个或几个基因指标。

2009年,单细胞转录组测序技术为更系统全面地定义细胞类型和状态提供了变革性手段。但人们仍然只能观察到细胞的静态状态,无法连续观测细胞的动态或者检查细胞后续的表型。

如果将利用单细胞转录组测序技术观测细胞比喻为看一张细胞在分子水平的高清图片,那么利用Live-seq观测细胞,就好比看一部高清电影,能够看见细胞的“前世今生”。

“Live-seq可以回答细胞怎样的过去决定了它的现在,不只知道细胞中为何存在差异,还知道这些差异从何而来。”陈万泽介绍道。

在验证实验中,研究团队利用Live-seq直接测定了同一个巨噬细胞在不同时间的状态变化,发现细胞起始状态的少数基因的表达差异和噪音(如Nfkbia、Gsn等)是决定细胞后续反应差异的重要原因。对应地,普通的单细胞转录组无法找到这些规律。

陈万泽表示,尽管Live-seq仍然存在诸多挑战,需要进一步完善,比如低通量、暂不能在体内应用、在高度极化且mRNA分布不均的细胞中无法实现全细胞转录组测序、对细胞更多次的采样还需进一步研究等,但该技术首次实现了活细胞连续观测,也为单细胞测序技术发展带来了更多可能性。未来,团队将进一步进行深入研究,提高Live-seq技术的可用性。

#Ocula 观点# | “镜像:中国身份的转换”对“中国性”的态度——“不主动,不负责,不拒绝”

亚洲协会举办的展览“镜像:中国身份的转换”(Mirror Image: A Transformation of Chinese Identity,展期:2022 年 6 月 15 日至 12 月 31 日)打破“中西二元”的老生常谈,折射出年轻一代对中国性截然不同的心理状态——“不主动,不负责,不拒绝。”

开篇的引言里颇为怀旧意味地提到24年前在此展出的首个有关中国身份的展览“蜕变突破:华人新艺术”(inside out: New Chinese Art,展期:1998 年 9 月 15 日至 1999 年 1 月 3 日,图2️⃣)。彼时的中国刚刚从封锁走向开放和国际,进入“黄金年代”。无论前辈艺术家声称自己情愿与否,“中国身份”一度成为张打入西方的牌,也是二元对立下被局限的纠结产物。

而此次展览选择的#艺术家# 全部出生成长于改革开放后,包括娜布其、崔洁、刘诗园、陶辉、廖逸君、苗颖和陈天灼。全球化和技术进程无孔不入地影响着他们和世界的关联,个体也以成为复杂的跨国体。越来越多的人不愿被国籍标签化定义。

此展体量虽小,但巧妙的规避了笼统的概括,选择从个体方位来呈现全球化浸染下年轻一代的态度样本。对于中国性,这代人不再主动提纯亦或一味抹除,而是如出生于马提尼克岛的法国诗人和哲学家爱德华·格利桑(Édouard Glissant)的“流动的根”,思考如何在混杂的今天延展成为新的主体。而此刻疫情,战争,日益紧张的种族关系和变幻诡谲的国际格局下,其走向再次充满未知。

临走前偶遇策展人 Barbara Pollack。她跟我说依然有美国人看完展后面目沮丧地问她,“我到哪才能看到真正的中国艺术?”(“where can I see some real Chinese art?”)

某种程度上,他的落空也应证了此次展览的有效性。

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一、忙是人生的滋养剂

一个人如果怕做事,偷懒,如何会有成就?人之会起烦恼心、不安,都是因为不懂得用功、时间太多所致,所以忙是人生的滋养剂。

忙,是多数人的生活形态,只是每个人所忙的事情不一样。有的人为国家忙,有的人为社会忙,有的为家庭忙,有的人为自己忙。忙,是整个人类所不能少的生活。人要不忙,除非他让金钱去替自己忙;再要不忙,两手一摊,双脚一伸,跟死神打交道,就不会忙了。

“忙”,也有不同的层次:

1、气定神闲的忙。

同样是忙,有的人忙得一团纷乱,忙得很辛苦;有智慧的人,按部就班,忙得气定神闲。所谓“人忙心不忙”,有的人懂得交办,有的人懂得授权,有的人懂得分工,有的人懂得指挥。很多复杂的事物,经过能干的人化繁就简、提纲挈领,虽然事情多,但一点也不觉得忙。因此,懂得忙中偷闲的人,就是再忙也有安闲的时刻,不至于忙得讨厌生活、讨厌忙,他反而喜爱忙,从忙的当中只觉得人生很充实。这样的忙,人生会活得很有意义。

2、心浮气躁的忙。

有的人不会忙,做事没有条理,不分轻重,不分先后,乱忙一气,忙得自己心浮气躁。我们看苍蝇、蚊子投窗想要寻找出路,它猛撞玻璃,不知道旁边有空隙可以钻出。我们再看成群的蚂蚁忙着奔来跑去,但它们有分工、有讯号、有指挥,忙得有条理。有的人跟瞎撞的蚊蝇一样,口口声声说忙,只是乱忙。人要懂得分轻重缓急去做事,举重若轻,才不至于忙得心浮气躁。

3、开开心心的忙。

忙是生活的意义,忙是生命的动力,忙的人生是骄傲的人生。你看,工商大亨哪个不忙?官员领导们有谁说他不忙?忙带来生活的充实,带来生命的意义,带来事业的成就,带来财富的增加。人要忙,而且要忙得欢喜,忙得快乐。假如一个人不肯忙,表示他的生命已经没有光彩了。忙是有用,不忙就没有用;没有用的人生,谁会在乎他的存在呢?所以,人要开开心心地忙,为充实生活而忙。

4、不甘不愿的忙。

有的人忙得心不甘情不愿,那是最苦的人生。忙得不甘愿的人,必然是他没有从忙中得到快乐,没有体会到身心寄托的地方就是忙——不忙做什么呢?当然,有人会说:“为谁作嫁为谁忙?”因为他不懂人生为什么要忙,当然不甘愿帮人家的忙。其实世间没有白吃的午餐,也没有白干的活,你帮人家的忙就是帮自己的忙。不愿意忙的人应转化观念:一切为人忙的事,对自己都有益,例如可以升官,可以升级,可以得奖,甚至可以放慰劳假。假如你能想到一切的忙与自己的未来都有关系有帮助,懂得忙就是营养、忙就是力量、忙就是成就,你可能反而会问:“人生为什么不要忙呢?”

二、贫富贵贱

我们活在人间,必须有一些资粮。世间有所谓“开门七件事,柴米油盐酱醋茶”,意思是日常生活要有起码的条件。可惜人们错把追求物质当作了人生的目的,发展出计较与比较之后的贫富差别,比如“贫居闹市无人问,富在深山有远亲”、“富家一席酒,穷汉半年粮”、“宁吃少年苦,不受老来贫”、“有钱能使鬼推磨,无钱难倒英雄汉”,这些都是来自民间深刻的感叹。贫与富自有其因果来由,以下四点说明:

1、富足来自知足。

知足第一富,如颜回“一箪食,一瓢饮,在陋巷,人不堪其忧,回也不改其乐”。这正是安贫乐道的典范。一个人拥有再多,如果内心不知满足,那种精神上的贫穷更加可怜!所以,人的富足并不是看在金钱数字上的多少,而是看一个人知足与否。

2、尊贵来自谦卑。

老子曰:“上善若水,水善利万物而不争。”由于水性谦下,总是往低处流,所以世间万物都受到流水默默的哺育。世界屋脊喜马拉雅山冰川所蕴育的恒河、印度河、雅鲁藏布江、怒江、长江、黄河、湄公河等七大河流,供给了印、中、尼、泰等数十亿人民的水源。山顶上冰雪的高贵,恰是来自谦下的流水。有德的君子,他的尊贵,正是他的谦下利民而不自以为崇高。

3、贫穷来自吝啬。

什么是真正的穷人?欲望无穷是一种心的贫穷。人的心田不是用来生长欲望的,而是用来生长菩提慧命以圆满人生。其实,任何人出生,这宇宙间的财富都有他的一份,所谓“一枝草,一点露”。而要取得财富,必须先把手掌放开。如果你始终紧握着手里的旧物,又如何能取得新的资源呢?想要圆满人生,首先要有“同体共生”的认识,能“喜舍”才是真正的富有。

4、卑贱来自傲慢。

傲慢就是自大,就是以己之长辱他之短。佛经云:“若骄慢生,则长养一切杂染之法。心不谦下,由此则生死轮转,受无穷苦。”凡夫不知宿命,故常骄慢,因为骄慢,所以不畏造恶受果报、不愿悔过,也不精进于修行万善。

所以,人之富是知满足,人之贵是能谦下,人之贫是不知舍,人之卑贱是因为骄慢自大。

三、夫妻之道有三等

感情的交流,以公理正义为原则;语言的沟通,以体谅包容为雅量;人我的相处,以不违情理为自然;金钱的运用,以量入量出为正常。

夫妻之间应该怎样相处?夫妇之道有三等,你是哪一个等的呢?有以下六点参考:

上等的丈夫会想到太太忙于工作,还要忙于家务,必定辛苦,下班回到家里,他会体恤太太的辛劳,协助太太操持家事。

中等的丈夫,不会帮忙做家事,回到家里,虽然喝茶看报纸,但至少嘴巴还会赞美太太,感谢太太的付出。如此,太太再怎么辛苦,也能甘之如饴。

下等的丈夫,回到家里,就是一副自己最辛苦、自以为对家庭付出最多的姿态。要么嫌太太菜煮得不好,要么嫌太太不会打扮,看不顺眼,东嫌西嫌,气势凌人。

上等的太太,治家整洁,贤惠有礼。俗语说:“家有良妻,如国有良相。”一位贤良妻子能开源节流,将家打理得妥当,维护环境整洁,态度温敬柔软,周到体贴,行仪慈孝和顺,让先生无后顾之忧。

中等的太太,慰问、赞美丈夫的辛劳。莎士比亚说:“一个好妻子,除了处理家务外,还兼有慈母、良伴、恋人三种身份。”所以,治家能力差一点的太太,至少要能多说好话,要常常慰问、赞美丈夫的辛劳与付出。

下等的太太,不但不善于治家,丈夫辛苦一天回到家时她还会喋喋不休,要么嫌弃他的职业赚钱太少,要么埋怨住得不好、穿得不暖,如此只会让丈夫觉得家如监狱。

很多失败的婚姻都是因为不能谅解对方的辛劳,不能体会对方的付出。所以,夫妇之道从互相欣赏、互相体谅开始,遇到困难险阻时能互助斩荆、共离困境,婚姻才能美满。
#情感##
每日一禅# https://t.cn/RI43yf9


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