学和免疫学领域的重大进步是单细胞多组学技术的开发和实施。这些技术可充当高功率显微镜、法医实验室测试套件和通信窃听设备，它们都捆绑在一起，并且都面向单细胞基因组学。

　　这是什么意思？

　　这是一种令人费解的说法，多组学技术使研究人员能够深入了解细胞的各个方面，而这些方面过去是分开测量和分析的。单细胞多组学分析提供了一种研究单个细胞的强大方法，可以更好地关联这些方面，而这些方面以前通过同时测量大量细胞而变得复杂。

　　从“多组学”开始| 这个术语是什么意思

　　在深入了解细节之前，这里有一个有用的入门知识，了解多组学在单细胞分析的背景下意味着什么。多组学技术旨在一次全面测量和分析多个细胞（或分子）特征。在查看生物样本时，您可以分解其：

　　基因组学概况——基因组学——分解细胞的基因组意味着能够读取细胞的“基础代码”。以表型表示的有关细胞可能特征的所有信息都存储在细胞核内（在 DNA 中）。基因分型涉及单细胞 RNA seq 和 DNA 测序和/或识别细胞内的生物标志物。这有助于从疾病和免疫学研究到了解下面列出的所有其他分析的基础。

　　表观遗传学概况——表观基因组学——细胞的表观遗传学深入研究了细胞的染色质（染色体的组成部分）。基于染色质可及性的表观遗传学详细说明了某些 DNA 特征如何因环境原因而变化。这可能是世代相传（通过进化）或在相对较短的时间内（改变饮食）。

　　转录本 –转录组学– 细胞的转录组是生物体中表达的 mRNA 的总和。这些信使 RNA 分子来源于细胞的 DNA，并通过细胞核（DNA 不能离开）转移，被细胞中的核糖体读取，从而产生各种蛋白质。mRNA 与 rRNA 和 tRNA 不同，后者有助于构建蛋白质（mRNA 仅充当配方传递系统）。该信息表明哪些基因正在积极表达，与仅表明静态基因表达的基因组测试不同。下一代测序可用于分析细胞的转录组学，这有助于确定大规模细胞系的开发在糖尿病、内分泌功能、心肌梗塞、神经元生成等方面。

　　蛋白质生产——蛋白质组学——要了解细胞和亚细胞结构和功能，需要研究细胞的蛋白质组学。这有助于量化翻译后修饰、与蛋白质的相互作用以及蛋白质生产水平。

　　代谢功能——代谢组学——除了转录组学和蛋白质组学之外，还有代谢组学。评估细胞的代谢组学开始将科学镜头向外看，因为它研究细胞、组织或有机体中的代谢物。这包括查看碳水化合物、脂质（脂肪分子）、核肽和分解代谢分子的产生和功能。这些在细胞水平上的结构和功能有助于更好地理解细胞的宏观视图。

　　微生物组——微生物组学——最后，宏观细胞如何在其单个细胞群落或细胞群中相互作用被称为微生物组学。微生物组存在于皮肤、粘液和（现在著名的）肠道中。每个微生物组都非常多样化和复杂，肠道生物组由大约100 万亿个细菌组成。众所周知，微生物群会影响或参与从癌细胞发育到糖尿病、心脏病、自闭症等严重疾病的所有事情。它的全部含义仍在研究中。

　　单细胞多组学方法将许多这些特性结合在一起并进行分析。通过这样做，您可以获得有关这些元素如何相互关联的信息，从而更全面地了解细胞中正在发生的事情。它是大数据，但是以微生物（生物学）的方式。新的关联和生物标志物的飞跃在疾病、生理学等方面创造了深刻的进步。

　　单细胞多组学在理解基因-表型-环境型关系中的作用

　　也许最明显的进步之一是研究基因型、表型和影响它们的环境因素之间的关系。

　　在（动物）种群研究中，已知某种动物的表型（可观察到的身体特征）是动物基因型（基因表达）和环境因素的一个因素。这些基因型并不总是导致阳性表型：

　　例如——五颜六色的鸟类可能会与热带环境中丰富的花朵和色彩融为一体，使它们更难被捕食者发现。这种颜色的基因突变（可能）是环境的直接结果，加上世代相传的自然选择。如果将这些鸟带到草原环境，那里颜色稀疏（绿色和黄色除外），这种基因型不会产生特别有用的表型。

　　在细胞群中，基因型-表型-环境关系起着类似的作用。正如在相同的细胞群中观察到的，不同的环境会导致曾经相同的基因表达（基因型）导致不同的物理特性（表型）。

　　这三个特征——基因型、表型和环境——在细胞的生命中扮演着错综复杂的角色。他们这样做很好！否则，人就只是一团完全相同的细胞……

　　来自单个细胞的人类

　　这是一个重要的可观察到的区别，并且在理论上是完全合理的。例如，考虑一条内皮组织——排列在肠道内的组织。一些形成的细胞吸收营养并帮助消化，而其他细胞则分泌粘液，这有助于推动这一过程。

　　两个细胞都是来自同一个细胞的后代。相同的基因型，不同的表现型。

　　更进一步，在卵子受精的那一刻，一个具有 23 对染色体的完整细胞被创造出来，其中包含所有遗传信息，从而创造出一个活生生的、会呼吸的人类。在那个单独的单元格中，您可以确定人眼睛的颜色以及他们的脚趾甲生长的速度。

　　当然，事情并不完全那么简单。这甚至还没有涉及到转录因子、不对称细胞分裂、表观遗传学以及与生命创造有关的一系列生物过程。

　　然而，将其分解为高级概念（基因型、表型和环境）的关系，允许研究人员利用单细胞多组学分析对细胞特征做出更明智的预测。

　　免疫学中的单细胞多组学

　　特定的疾病和障碍——自身免疫性、退行性和神经性——已经暗示了研究人员，并给他们留下了复杂的谜团。

　　例如：有证据表明自闭症与微生物条件和基因组因素有关。这预示着自闭症的根本原因涵盖了上面列出的所有 6 个“组学”因素。以前，这些因素将在单细胞分离中进行研究。但多组学分析使研究人员能够进一步深入了解这些因素之间的关系，并就其起源提供更确凿的证据。

　　当然，还有很多工作要做。但是，开发多组学技术并将其与更快、更智能的计算能力相结合，对免疫学领域大有希望。

　　革新医学的多组学

　　除了对免疫学的影响之外，预计多组学将彻底改变医学的实践方式。

　　当前的护理标准 | 一种尺寸适合所有型号

　　目前有两种标准的护理机制是想要融入当前免疫学研究的医学从业者的痛点。

　　在个人出现症状后对其进行治疗。当然，虽然您希望个人在生病后得到治疗，但同样的关心和关注并没有放在保持健康上。朝着健康和保健方向迈出了一大步，但我们仍在学习饮食、运动和环境如何影响我们的细胞，而且每个人的情况都不同，这导致了下一个痛点。

　　人们采用一刀切的模型进行治疗。考虑两个不同城市的两名年龄相对相似的患者，他们因呼吸急促和胸部皮疹出现在各自的医院。他们将经历类似的程序，接受类似的治疗，只有一旦出现差异，他们才会在治疗上有所区别。虽然这种一刀切的模型允许研究人员简化模型并提出非常有用的解决方案，但这还不够。研究人员越来越意识到，从单细胞基因组学一直到微生物组学，个体在构成上是完全独特的。因此，需要量身定制的解决方案。

　　一些人预测，这些问题将通过多组学单细胞分析得到解决。

　　未来的护理标准 | 多组学解决方案

　　我们目前对一个人的基因组进行测序和分析的能力使得医生可以在治疗之前深入了解患者的整体和历史健康状况。这可以对上述两个痛点产生积极影响。

　　饮食和健康生活，长寿的关键。关于当前饮食研究的一个预测是，它将一直争论不休，直到远离“人口”的规模并回到“个人”的规模。像现在臭名昭著的中国研究这样的研究仍然因声称来自大规模系统的个人主义饮食而受到批评。并不是说这里没有实用性，而是类似于一刀切的痛点，多组学研究可能允许个人根据他们的基因组、表观基因组、代谢组等寻找个人健康模型。

　　在治疗前分析个体。通过深入了解一个人的多组学，您可以更好地预测药物反应、排除某些疾病并提供更好的患者护理。这是一种更昂贵的选择，由于技术的进步，成本正在缓慢下降。

　　多组学集成

　　多组学数据适用于多少“组学”，上述领域仅仅是个开始。这些技术将引领研究人员走向何方，只有时间旅行者和后代才会知道。科学是进步的缓慢推动力，很难预测在医学和其他领域实现多组学方法的好处需要多长时间。

　　然而，可以完成的更好的数据研究，人类将更快地到达那里。为了更好的数据研究，所有实验室都需要健康、可行的细胞群。

　　如果您使用标准流式细胞仪对细胞进行分类，您可能会处理大量细胞死亡。NanoCellect 的WOLF 细胞分选仪使用的压力比下一个最温和的流式细胞仪低十倍——在低于 2 psi 的压力下，您可以放心您的样品将是可行的和健康的。

　　资料来源：

　　自然。使研究人员可以访问多组学数据。https://www.nature.com/articles/s41597-019-0258-4

　　新闻医学生命科学。什么是多组学？. https://www.news-medical.net/life-sciences/What-is-Multiomics.aspx

　　千伏。表型、基因型和环境。http://www.ihh.kvl.dk/htm/kc/popgen/genetics/1/1/sld009.htm

　　可理解的。细胞分化和组织。https://www.nature.com/scitable/topicpage/cell-differentiation-and-tissue-14046412/

　　今日医学新闻。自闭症和肠道微生物组：进一步的证据加强了联系。https://www.medicalnewstoday.com/articles/325338

　　美国国立卫生研究院。自闭症谱系障碍。https://ghr.nlm.nih.gov/condition/autism-spectrum-disorder#definition