IF36.1-Nature Methods | 11種空間轉(zhuǎn)錄組學技術(shù)系統(tǒng)性比較評估

2024年7月4日，廣州實驗室田魯亦團隊和西湖大學劉曉東團隊聯(lián)合墨爾本大學、哈佛大學等研究團隊在Nature Methods發(fā)表了一篇題為“Systematic comparison of sequencing-based spatial transcriptomic methods”的研究成果。系統(tǒng)對常見的11種（包括百創(chuàng)智造BMKMANU S1000、10X Genomics Visium（基于poly-A 和基于探針）、DynaSpatial、HDST、Slide-seq V2、Curio Seeker（Slide-seq 的商業(yè)版本）、Slide-tag、Stereo-seq、PIXEL-seq、Salus 和 DBiT-seq）基于測序的空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)（sequencing-based spatial transcriptomics，簡稱sST）進行了比較，并發(fā)現(xiàn)空間轉(zhuǎn)錄組具有獨特的屬性，并不是簡單的為單細胞數(shù)據(jù)提供空間維度數(shù)據(jù)這么簡單，擁有捕獲特殊罕見狀態(tài)細胞及marker的能力，這一點與百邁客生物在空間項目中的案例相符。

文章標題：Systematic comparison of sequencing-based spatial transcriptomic methods

期刊名稱：Nature Methods

研究對象：小鼠胚胎（眼球）、成年小鼠腦（海馬區(qū)）和嗅球

研究團隊：廣州實驗室、西湖大學、墨爾本大學、哈佛大學等

影響因子：36.1

DOI：10.1038/s41592-024-02325-3

研究背景

盡管sST技術(shù)通過促進轉(zhuǎn)錄組尺度的空間基因表達測量催化了生命科學領(lǐng)域重要的進展，但目前還缺乏對不同平臺進行全面基準測試的評估?，F(xiàn)有的技術(shù)和數(shù)據(jù)集的可變性對制定標準化評估指標提出了挑戰(zhàn)。但由于技術(shù)和數(shù)據(jù)集之間的差異性，該領(lǐng)域目前仍缺乏全面的基準測試研究。

實驗基準數(shù)據(jù)

使用11種sST技術(shù)，對三種組織進行實驗，測序及分析，并對可以實現(xiàn)更高分辨率的BMKMANU S1000、Stereo-seq及Slide-seqV2?在細胞級（10μm）分辨率下進一步進行了分析。

文中使用的上一代BMKMANU S1000空間轉(zhuǎn)錄技術(shù)，per spot?直徑2.5μm，中心距4.8μm，達到了亞細胞級別的分辨率，并是其中可以提供高清原片明場成像的高分辨率技術(shù)。BMKMANU S1000在腦海馬的數(shù)據(jù)組中除了展現(xiàn)出卓越的分子逸散控制性能外，還在基因的檢出中有優(yōu)秀表現(xiàn)，研究成本溫和，綜合性能優(yōu)秀，是空間組學研究者的高效手段工具。

捕獲能力測試

在各個平臺的捕獲性能測試中，文章通過對相同捕獲面積內(nèi)的UMI數(shù)進行統(tǒng)計，以此來進行捕獲效率的評判，文中分別對原始測序下，以及數(shù)據(jù)歸一化條件下，進行了統(tǒng)計，展示出了較大的差異，這意味著不同的測序量對UMI的檢出存在較大的影響，高的數(shù)據(jù)量可以明顯提升UMI的檢出，隱性表示空間組學應(yīng)需要比單細胞更高的測序深度。

同時在歸一化的結(jié)果下，高分辨率技術(shù)中，BMKMANU S1000展現(xiàn)出了極為優(yōu)秀的基因捕獲能力。

文中對visium(polyA-based)未能捕獲到的基因，在其它技術(shù)平臺中的表現(xiàn)也做了統(tǒng)計，其中BMKMANU S1000、Stereo-seq及Slide-seqV2都展現(xiàn)出了統(tǒng)一且全面的基因捕獲性能。

分子橫向擴散測試

通過小鼠嗅球（Pixel-seq，Stereo-seq，Slide-seqV2）,小鼠腦海馬（BMKMANU S1000，Slide-seqV2，Salus，Stereo-seq），小鼠胚胎眼球（BMKMANU S1000，Stero-seq，Slide-seqV2）經(jīng)典marker（Slc17a7、Ptgds及Pmel）的回溯來評估分子的橫向逸散問題，發(fā)現(xiàn)BMKMANU?S1000在腦海馬的表現(xiàn)優(yōu)秀，在小鼠胚胎眼球中表現(xiàn)不足，不同的技術(shù)表現(xiàn)出的差異，文中也給出了推論：可能跟樣本切片操作及組織透化等實驗存在關(guān)聯(lián)，提示后續(xù)的研究者在樣本準備及透化實驗應(yīng)該更加的謹慎。

聚類及注釋

通過對各種技術(shù)平臺小鼠胚胎眼球數(shù)據(jù)的聚類注釋并與經(jīng)典結(jié)構(gòu)做對比，進行了評估測試，在全部數(shù)據(jù)下Slide-seqV2,Stereo-seq表現(xiàn)出了預期結(jié)果，BMKMANU S1000?在黑色素細胞的分型中未能預期，這也跟之前的分子橫向擴散結(jié)果相匹配。同時在歸一化的數(shù)據(jù)下，BMKMANU S1000與其它兩種技術(shù)有了相似的細胞類型檢出，這樣證明測序的數(shù)據(jù)量也會對后續(xù)的細胞類型鑒定造成影響。

跨技術(shù)平臺的marker及通訊分析差異

通過各個聚類差異marker的鑒定，發(fā)現(xiàn)不同的技術(shù)上有不同的表現(xiàn)，這可能與實驗中的條件，尤其是透化條件，測序深度等存在一定的關(guān)系。

不同sST方法和通訊分析方法（如CellChat和CellPhoneDB_v4）并未獲得一致結(jié)果。

文章總結(jié)

本次項研究中，使用11種sST方法對目標組織進行了空間轉(zhuǎn)錄組學分析，生成了一個跨平臺的數(shù)據(jù)集（稱為cadasSTre），旨在對基于測序的空間轉(zhuǎn)錄組（sST）方法進行基準測試，深入比較了這些方法的靈敏度、擴散性、聚類能力和標記基因檢測性能，以及不同聚類方法，通訊分析方法存在的差異。更是通過空間數(shù)據(jù)與單細胞數(shù)據(jù)的比較提出了空間轉(zhuǎn)錄組并非僅有為單細胞數(shù)據(jù)添加空間維度信息一個屬性，更在特殊狀態(tài)細胞等方面存在意義。

研究結(jié)果表明，上一代BMKMANU S1000在圖像，基因檢出，研究成本控制上表現(xiàn)突出。研究者也同樣認為雖然spot直徑是一個相對重要的指標，但是相比于此，整體基因的捕獲，分析擴散的控制更為重要。

三種高分辨率的技術(shù)，分別在嗅球，眼球，腦海馬樣本中的表現(xiàn)不一，沒有恒定優(yōu)秀的平臺，這說明空間數(shù)據(jù)的差異，很有可能除了技術(shù)平臺的差異，很大程度上會受樣品類型以及實驗差異的影響。提醒后續(xù)的研究者在前期的備樣及實驗中應(yīng)更加的謹慎。

百邁客生物在長期的空間高分辨率空間產(chǎn)品服務(wù)中，積攢了足夠的樣本經(jīng)驗，可以確保前期實驗對結(jié)果差異影響降到最低，同時新一代百創(chuàng)S3000產(chǎn)品更是在分子捕獲方面有了非常大的提升（30%-70%，不同物種及組織UMI數(shù)目）同時結(jié)合百創(chuàng)獨有的“三片合一”細胞分割策略可以更好提升結(jié)果準確性，能夠獲取到更為豐富、深入的細胞及空間位置信息。這不僅提高了研究的準確性和可靠性，還能夠為科研工作者提供更加清晰、直觀的空間細胞級別圖像，幫助更好地理解和分析實驗結(jié)果。

百邁客生物也期待更多的科學家和業(yè)界專家加入到這一領(lǐng)域的研究中來，共同推動生命科學領(lǐng)域的繁榮與發(fā)展。