Cell：新技术实现复杂表型的正向遗传筛选

近日，德国慕尼黑大学和马克斯·普朗克生物化学研究所等机构的研究人员开发出一种基于显微镜技术的单细胞图像正向遗传筛选平台——SPARCS（空间分辨CRISPR筛选）。借助SPARCS技术，人们可将细胞效应与其背后的遗传变化联系起来。

　　

正向遗传筛选通过引入随机遗传扰动并鉴定改变表型的突变，将基因型与表型关联起来。尽管简单表型的全基因组筛选已是常规操作，但扩展至复杂表型仍具有挑战性。

近日，德国慕尼黑大学和马克斯·普朗克生物化学研究所等机构的研究人员开发出一种基于显微镜技术的单细胞图像正向遗传筛选平台——SPARCS（空间分辨CRISPR筛选）。

新平台融合了人工智能、显微镜和遗传筛选技术，让研究人员能够筛选数百万个转基因细胞，识别其复杂的视觉特征，并选择性地分离出感兴趣的单个细胞。

借助SPARCS技术，人们可将细胞效应与其背后的遗传变化联系起来。这项研究成果于10月6日发表在《Cell》杂志上。

SPARCS技术通过自动激光显微切割技术在物理上分离突变体，以前所未有的规模进行图像筛选以及多模态的阳性表型分析。

在这项研究中，研究人员利用人工智能分析了总共7,000万个细胞的2.1亿张单细胞图像，以便探究由遗传变异引发的变化。

在最初的全基因组概念验证实验中，他们重点研究了自噬过程，一种重要的细胞回收过程。SPARCS技术成功鉴定了几乎所有与巨自噬相关的已知基因，还揭示了与EI24基因相关的一种新型自噬表型。

“SPARCS不仅鉴定出已知调控自噬体形成的大部分基因，还发现了参与该过程的其他基因，”共同第一作者、慕尼黑大学的Niklas Schmacke博士说道。

研究人员还分析了先天免疫系统的关键传感器STING。他们发现，高尔基体的酸度对于STING在细胞内的早期转运至关重要。GPHR蛋白会影响这种pH值，进而影响免疫传感器的后续激活。

由于选择的细胞是完整分离的，研究人员随后能够利用质谱技术分析其蛋白质组成。这使得他们能够精确地在分子水平上表征遗传变化的影响。

“这些结果证实，SPARCS作为一种可扩展平台，能够对复杂的细胞表型进行全基因组遗传筛选，并提供蛋白质组水平的读出结果，” 作者在文中写道。

研究人员认为，将高通量成像、物理细胞分离以及基于质谱的蛋白质组学相结合，可创建一种多模态筛选范式，从而揭示单一模态无法触及的调控机制。