超分辨率seqFISH:GenePS基因定位系统 空间基因组学和多组学整合分析又一利器

将原位成像与序列分析相结合的方法，揭示基因在细胞内的定位以及它如何影响细胞命运。Spatial Genomics公司的GenePS基因定位系统利用seqFISH与分子条形码技术结合，标识单细胞内的分子及其位置，引领空间基因组学整合分析领域往前迈出重要一步

　　

加州理工的Long Cai实验室近年来发表了一系列有关seqFISH技术的文章（参看介绍：升级版seqFISH+——超分辨率单细胞转录组测序），Cai参与成立的Spatial Genomics公司在22年获得了5600万A轮融资，致力于将seqFISH技术商业化。新推出的GenePS基因定位系统的就是基于seqFISH技术的商业化产品。

为什么使用seqFISH
现有的测序技术相当成熟，但缺点在于没有办法提供基因的位置信息。由于所有的组织和器官都是由具有不同功能、环境和不同发育阶段的细胞类型的组合而成的，当空间位置信息对细胞命运、功能存在决定性或不可忽视的影响时（例如胚胎发育），丢失位置信息对解析细胞在组织内部的功能信息造成了障碍；想要进一步了解已知基因的定位和在组织中的分布，可行的方法之一是进行原位分析而不是把它们“提取”出来后再分析。考虑到光学衍射极限以及转录组的高密度分布，想要同时实现全基因组的标记/成像的方法并不容易。多探针原位杂交可以实现多基因的原位分析，但是现有的荧光分子种类有限，要分辨出成千上万种基因需要在荧光的基础上借助barcode条码技术。

序列荧光原位杂交(seqFISH，sequential fluorescence in situ hybridization）是一种先进的生物分子分析方法，将成像技术与组合分子条形码技术相结合，利用已知序列的探针，对细胞/组织内的全RNA做多轮杂交成像，通过分析探针两臂区域barcode的荧光信号组合来判断基因ID，讲特定位置信息与基因ID关联生成图像。seqFISH方法能够在原生组织和器官环境中获得高分辨率的细胞类型、状态、和邻域关系信息。

GenePS
GenePS空间平台是单一整合的平台，使用seqFISH技术，通过RNA、DNA和蛋白质的亚细胞成像，可以轻松成像和解码复杂的分子身份和位置，直接在单细胞和完整的组织微环境中，能精确定位细胞内的基因表达。它提供了评估多种基因表达的灵活性，能通过检测和识别多至数以万计的生物分子来确定细胞类型、状态和关系，同时保留完整的单细胞和空间组织结构。人们可以利用多基因表达特征来确定细胞类型，或者探测更多的基因来研究细胞间的相互作用和分子途径。厂家提供几百到1000多个基因的现成和定制panel，以及提供多组学选项。研究人员可通过在组织水平上可视化细胞类型组织来探索样本，或放大以亚细胞分辨率查看每个基因的位置。配套的分析套件让使用者能够轻松地探索样品，查看不同细节层次的结果，以揭示新的见解。

 

细胞是分子密集的空间，密集地塞满了遗传和生物分子信息。为了减少光拥挤，GenePS在几轮成像中依次探测相同细胞中的选定生物分子。通过这种方法，seqFISH可以在完整的组织切片中进行多种基因甚至全转录组分析，还能与蛋白质，DNA或其他生物分子检测相结合。

 

seqFISH是如何工作的
使用seqFISH，转录本可以通过建立在多个图像上的荧光条形码来识别。这一系列的荧光信号唯一地识别基因，并允许数百到数千个基因被有效地区分。seqFISH也适用于研究DNA的核结构，并可与序列免疫荧光相结合用于蛋白质检测。

单分子RNA特异性
每个mRNA分子是由多个独立的和高度精心策划的探针靶向，从而提高信号，检测和灵敏度。检测单个mRNA分子的探针都在相同的通道和条形码程序的相同周期中发出荧光，提供强大的单分子检测和识别。

条码的过程
在每一轮条形码中，荧光标记的次级寡核苷酸探针与每个基因相关的特定解码序列杂交，成像并剥离。重复这个过程以建立一个完整的条形码，最终提供组织和细胞中具有单分子分辨率的高保真转录组图。

解码与识别
在多个条形码轮结束时，一系列观察到的荧光点提供了使用纠错编码方案进行精确基因鉴定的关键。有了我们的分析软件，这一切都变得很容易。

单分子敏感性：seqFISH是一种直接对核酸靶序列进行单分子定量的方法，具有很高的灵敏度。

再现性：分析结果在不同样品的相应切片以及分离或培养的细胞中是可重复的。

特异性：seqFISH具有高度特异性，其探针设计和策划可以限制脱靶效应。

单细胞分辨率：seqFISH能够分析完整组织或培养物中的单个细胞，而不会因解离而导致细胞损失或细胞状态变化。

多组学分析：seqFISH可以分析整个转录组，以及蛋白质和基因组位点。

灵活性：优化的分子条形码和成像技术提供数百或数千个基因的高度复用分析，同时避免光拥挤。