高能科普！如何找到新冠病毒入侵人体的突破口？

从2013年"单细胞mRNA测序"被评为《自然 方法》的年度技术以来，单细胞基因活性分析不停生长，让科学家们得以清楚地看到每个细胞作为一个个体和作为组织的一员所发挥的作用，极大水平地淘汰了繁杂的假设-求证的步骤，是如今生命科学生长的有力助推器。

近期，这一技术也为展现新型冠状病毒熏染人体的倾向性立下劳绩。

早在一月中下旬，我国科学家就发现，和SARS冠状病毒一样，血管紧张素转化酶2（ACE2）也是新冠病毒熏染人体细胞的窗口 。

这样，"寻找新冠病毒入侵人体的突破口"这个难题就有相识决措施！

首先，我们知道了血管紧张素转化酶2（ACE2）在新冠病毒熏染中起到的关键作用，其次，我们还知道肺是一个很是庞大的器官，有许多种类型的细胞组成。现在，如果我们对肺部种种细胞中ACE2的表达量（"表达"即为细胞制造某种卵白质）做一个详细分析，就有可能找到容易被新冠病毒熏染的细胞类型。

就这样，视察微观世界发生的微观事件的难题，被转化成了数据分析题。

不外，数据分析题的难度也不低，而且值得注意的是，这些科研人员们并没有做任何新实验，只是从已有的数据库当中，就找到了所需的样本。

那么在肺炎疫情发作之前取得的样本，为什么可以作为我们研究新冠病毒熏染的参考？这些数据是如何被取得和分析的？

要回覆这些问题，都需要对单细胞基因活性分析有更深入的相识。

基因活性如何预测细胞的易感水平？

这项研究的目的其实很简朴：看看肺里那么多种类的细胞，哪些表达大量的ACE2，它们就一定是新冠病毒的主要攻击目的。

中学生物课上我们学过，一个细胞想要制造某种卵白质，首先要将纪录这种卵白质编码信息的基因（DNA）转录成信使RNA（mRNA），然后核糖体会凭据mRNA上的信息翻译成卵白质。因此如果一个细胞中有某种卵白的表达，我们可以推测其中一定有相应的mRNA；而且就差别细胞中的同种卵白来说，多数情况下mRNA越多，意味着卵白表达量也越高。

因此，寻找高表达ACE2的肺细胞，就可以简化为寻找ACE2 mRNA含量高的肺细胞。所以在这项研究中，"基因活性分析"实际上就是分析细胞为了制造卵白而转录出来的mRNA，即为单细胞mRNA测序。

如何取得所需要的数据？

这项新冠病毒研究的数据，泉源于2019年6月揭晓的另外一项关于肺细胞的研究中包罗的8个康健人的样本。其时，研究者通过单细胞mRNA测序技术读取这些样本的数据之后，上传到公共数据库当中，与世界各地的科研人员共享。

最新的技术更是可以将每个细胞都打上差别的标签，这样可以同时测序多个细胞并获得每个细胞的单独数据，实验成本和效率获得极大改善。

得益于第二代测序技术，每个细胞中的所有基因表达数据都被读取并生存，甚至包罗那些并不是实验设计者本意的数据，使得实验竣事之后还能够源源不停地提供信息。有了这项技术和共享模式的数据库，科研人员就可以随时随地从前人的数据当中寻找自己想要的信息，而不必重复做实验，省时省力，高效经济。

基因活性分析的另一种方法

除了单细胞mRNA测序，另有另外一种技术也称得上是基因活性分析，即为single-cell assay for transposase-accessible chromatin-seq (scATAC-seq, 单细胞ATAC测序)。transposase意为转座酶，可以将有特定序列的DNA插入到另外的双链DNA位点当中。这里有特定序列的DNA就是芭芭拉 麦克林托克 (Barbara McClintock) 在玉米中发现的谁人转座子，也称跳跃基因。

我们知道，真核生物的基因组DNA很是长，在不复制、不表达的时候都市缠绕在核小体上精密压缩起来，防止情况带来的损伤。当某个基因需要表达的时候，相应位置的DNA双链就会从核小体上解脱下来，形成一个松散的状态，利便细胞中跟转录有关的酶联合上去，从而开始基因的转录。所以我们可以说，在非破裂期的细胞中，通常结构松散的基因都是正在表达的活跃基因。

事实上，发育生物学也正是单细胞基因活性分析技术大展拳脚的领域，在动物胚胎从受精卵发育成个体的历程中，通过追踪每个细胞的基因活性变化，科学家们能够展现单个基因在发育历程中的起到的作用，而这些知识将对再生医学做出卓越孝敬。

除此之外，对于像肺一样由较多类型的细胞（即细胞异质性较高）组成的器官、组织和肿瘤，单细胞基因活性分析也可以对其举行详尽的研究，然后准确地找出某些数量少少可是极重要的细胞类型。

自2002年尾SARS病毒泛起，到这次的2019-nCoV，时间已经由去了17年。这17年里，科学与技术在不停进步，我们也对生命有了更多的认识，可是，我们中的一部门人，看待生命和自然的看法却始终没有进步。希望我们在努力推动科学生长的同时，也能够铭刻这些深刻而沉痛的教训，敬畏生命，尊重生命，与自然和谐共处。

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