由于抗生素大量使用及新型抗生素研发迟缓，细菌耐药性问题已严重影响全球公众健康。基于此背景，M20 Genomics在全球范围内首次正式发布单细菌转录组测序平台MscRNA-seq （全称：Microbial-single-cell RNA sequencing)，意味着在微生物检测领域中，单细菌转录组测序技术迈入商业化阶段，将进一步推进细菌的耐药、致病、持留及细菌与宿主的相互作用等方面的研究。
单细菌测序技术的现状
自1928年青霉素被首次发现以来，目前应用在临床上的抗生素已达几百种，为人类抵御结核、痢疾等感染性疾病做出了重要贡献。但滥用抗生素导致了严重的细菌耐药性问题：
世卫组织（WHO）2014年发表的 《抗菌素耐药:全球监测报告》 中显示，当年全球至少有70万人死于耐药细菌感染，并预测到2050年，全球每年将有1000万人以上死于耐药细菌的感染，超过当年因癌症死亡人数820万。
图：2050年全球因感染超级耐药细菌死亡人数预测
（来源/《抗菌素耐药:全球监测报告》, WHO, 2014）
近年来，在新的抗生素技术没有重大突破的现状下，每年死于耐药细菌感染的人数在不断上升，保守估计已经突破百万。单个细菌之间的耐药性存在巨大的个体差异性，通过传统高通量测序方法对细菌耐药性展开研究时，很难解决这一问题。
随着单细胞测序技术的发展，研究者们希望能将这一技术应用到细菌上。 单细胞测序技术可以在单个细胞的水平上对细胞的基因表达等信息进行检测，解决了传统研究以组织或细胞群作为样本进行测序时，单个细胞与细胞之间的差异有可能被群体的平均值所掩盖的问题。
目前，一些应用单细菌基因组技术的研究已经展开，有研究表明，单细菌基因组测序对未培养的微生物有着极高的分辨率，通过这项技术研究人员可一次性获得5万个以上细菌的数据，从而了解微生物群落中抗生素抗性基因、毒性因子等特征的分布情况[1]。
此外，单细菌基因组技术还可应用于微生物的分类和功能注释，新分支和物种的发现，帮助研究者探索微生物亚种之间的差异。
图：显微镜下的大肠杆菌
（来源/M20 Genomics提供）
单细菌RNA测序将开启细菌研究的新阶段
虽然单细菌基因组测序已在一些研究中有所应用，但是在单细菌转录组测序技术上，受到细胞尺寸小，细胞分离困难、细胞壁的存在、mRNA分子缺乏polyA尾等因素的影响，现有的技术难以直接应用到细菌等微生物上。
10X Genomics作为目前全球最大的单细胞测序商业平台之一，自2016年以来发布了一系列单细胞测序相关产品，但其平台并不支持单细菌转录组测序。为满足单细菌RNA测序的需求，有科研人员发表了针对原核细胞的单细胞RNA测序方法PETRI-seq和microSPLiT，分别刊登在Nature Microbiology[2]和Science[3]上。
两种技术手段原理类似，均是通过Split-pool的方式实现单个细菌细胞的标记，来完成原核细胞的单细胞RNA测序。但是Split-pool方法的稳定性较低，取得的基因数也较少，目前很难进行商业自动化的应用。因此，开发适合商业自动化的单细菌转录组测序技术将非常有必要。
M20 Genomics单细菌测序平台：成为领航者
M20 Genomics是一家从事单细胞测序技术开发及其相关应用的生命科技公司，致力于成为全球新一代单细胞技术和疾病诊疗领域的领跑者。
公司创始团队由来自浙江大学和良渚实验室的科研人员，以及来自麻省理工学院、杜克大学和北京大学等多所国内外顶尖高校的科学家和管理人员共同组成。团队成员长期从事单细胞测序技术的研究及相关转化，在相关领域具有全球领先的科研和转化成果。
在自主研发的微流控平台上，M20实现了细菌的高通量单细 胞RNA测序，并获得了非常好的检测结果。
目前已经检测过大肠杆菌、鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌等多种类型的细菌，大部分样本的单个细菌中可以检测到上千个基因，助力了细菌新的耐药和持留机制的研究发现。
图：单细菌转录组测序测得基因表达数量分布图（纵坐标：单个细菌中检测得到的基因数目；横坐标：样品名称）
（来源/M20 Genomics）
通过单细菌测序技术，可以对无法在实验室培养的菌群进行深度测序，或者直接进行感染的早期诊断和耐药检测，并能够挖掘出一些环境微生物，其基因和通路能够为生物技术和医学所用。
图：M20新一代单细胞测序仪
（来源/M20 Genomics）
M20单细菌转录组测序平台的发布打破了单细胞测序的核心关键技术长期被国外垄断的现状，有望突破国内科研机构和企业在相应技术和应用方面受到的限制，并降低相应的使用成本。
M20单细菌测序平台服务预计将于今年四月上旬全面上线！敬请期待！ 可关注M20 Genomics公众号，以便及时获得相关信息。 如有疑问欢迎致信咨询： Info@m20genomics.com
参考文献：
[1]Lan, F., Demaree, B., Ahmed, N., Abate, A.R. (2017). Single-cell genome sequencing at ultra-high-throughput with microfluidic droplet barcoding. Nature biotechnology, 35(7), 640–646.
[2]Blattman, S.B., Jiang, W., Oikonomou, P., Tavazoie, S. (2020). Prokaryotic single-cell RNA sequencing by in situ combinatorial indexing. Nature Microbiology, 5(10):1192-1201.
[3]Kuchina, A., Brettner, L.M., Paleologu, L., Roco, C.M., Rosenberg, A.B., Carignano, A., Kibler, R., Hirano, M., DePaolo, R.W., Seelig, G. (2021). Microbial single-cell RNA sequencing by split-pool barcoding. Science, 371(6531):eaba5257.
作 者丨M20 Genomics 编辑丨Kathy
校对 | Shadow 审核 | Kathy
首发丨基因慧 关键 词 | 单细菌测序；M20 Genomics
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☆ 中国遗传学会生物产业促进委员会委员
☆ 参与组织机构发布多项和
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☆ 主办、
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☆ 广东省精准医学应用学会政策研究应用分会常委
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