2012年3月2日，深圳華大基因研究院在腫瘤研究上獲得突破性進展，于學術期刊《細胞》（Cell）上同時發表兩篇研究論文。該團隊研發了一種解析單細胞基因組的新方法，并將該方法應用于原發性血小板增多癥（一種血癌）和腎透明細胞癌（一種腎癌）的腫瘤內部遺傳特征研究。此新方法解決了之前在用組織樣本測序時無法解決的腫瘤高異質性難題，為從單核苷酸水平深入研究癌癥發生、發展機制及其診斷、治療提供了新的研究思路并開辟了新的研究方向。此外，這一新方法還可被廣泛用于其他重要的生物研究領域，如組織器官內細胞基因組的異質性研究、干細胞的異質性研究、生殖細胞的遺傳重組研究、胚胎的植入前遺傳學診斷研究等。
目前，高通量測序技術已經被廣泛應用于各種生物學研究中，然而，由于多細胞組織中廣泛存在的細胞異質性，使得研究人員難以通過組織樣品測序來揭示一些復雜的生物現象，如在腫瘤演化研究中，腫瘤組織的異質性使得研究人員難以分析腫瘤內細胞的遺傳結構并識別在腫瘤演化中的重要變化，除非進行額外的細胞分選實驗，否則研究人員很難鑒定出癌癥發展中具有重要影響的遺傳突變。2011年，來自冷泉港實驗室的研究人員運用一種單細胞測序，通過基于拷貝數變異（CNV）的數據結果分析了乳腺癌的癌細胞種群結構，指出腫瘤的進化可能是間斷性的（Navin et al., 2011, Nature），挑戰了傳統的腫瘤漸進式演化模型。這一發現成為了癌癥研究中的一次重大突破，但是此方法的局限是不能從單個核苷酸水平了解單個癌細胞的遺傳特性。
為了攻克這個難題，來自深圳華大基因研究院的研究人員建立了一種基于多重置換擴增（MDA）的單細胞測序新方法，并對該方法的擴增均一性、靈敏度、特異性等方面進行了全面評估。文章*作者、華大基因該項目負責人宋盧挺說：“這種將多重置換擴增（MDA）和測序技術相結合的單細胞測序方法不僅具有更高的分辨率和基因組覆蓋度，而且具有更好的敏感性和特異性。該方法從單核苷酸水平上為各種復雜疾病和生物學過程的研究開辟了新思路。”
為了探究腫瘤的演化及遺傳特性，研究人員對取自一例典型的JAK2陰性ET病人的90個單細胞進行了全外顯子測序，通過諸多分析，研究人員揭示了此ET在腫瘤發生中遵循單克隆演化模型，并鑒定了一些與ET的發生、發展相關的突變基因。
在第二篇文章中，為了更好地解析腎癌內部的遺傳變異情況，研究人員運用此新方法對一例腎癌進行了研究。他們發現此例腎癌并非由常見的兩個突變基因VHL和PBRM1導致，這說明在病人群體中所鑒定的頻發突變（recurrent mutation）可能與腫瘤個體無關，同時也強調了在癌癥分析和診斷過程中進行個性化治療的重要性。通過遺傳學定量分析，研究人員發現在此腎癌中不存在明顯的克隆（細胞）亞群，而且在腫瘤細胞群體內不同細胞突變頻率的突變之間也存在差異明顯的堿基突變譜，研究人員推測這可能與腫瘤演化過程中的選擇緊密相關。此外，研究人員還發現了一些與此腎癌發生相關的重要功能基因。
深圳華大基因研究院副院長徐訊說：“我們對所有數據進行分析后，發現此腎癌內的遺傳結構比我們之前預想的要復雜得多。單細胞測序為實體腫瘤研究開拓了一個新的研究視角，并對促進開發更有效的細胞靶向治療方法具有十分重要的意義。同時，我們的研究也為其他研究人員利用單細胞測序研究腫瘤提供了一個很好的參照。”
文章通訊作者、深圳華大基因研究院副院長李英睿指出：“我們的兩項研究表明，單細胞測序新方法為遺傳異質性腫瘤的高精度、全面評估提供了一個非常的研究工具。這種新方法和產生的數據為鑒定與腫瘤發展相關的候選基因提供了科學依據，也必將會推動癌癥的遺傳機理和生物學過程更深入的研究。”
華大基因執行院長王俊指出：“此單細胞測序技術使基因組學研究提升到了一個全新的層次和高度，使科學家們可以真正從生命活動的zui基本單位——細胞這個層次去研究生物的生長、發育、生殖、遺傳、變異等過程。”
