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生物技术领域兵器谱(续)

已有 953 次阅读 2020-9-11 12:53 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

文 l 徐鑫

「工欲善其事,必先利其器。」生命科学领域的发展对技术尤其依赖:如果没有显微镜,很难想象列文胡克能发现细胞。

 2004年,英国著名科学杂志Nature旗下增添了新的一员:Nature Methods。这个杂志主要致力于介绍生物技术领域的新进展。

3年后,杂志有感于技术进步对生命科学研究的巨大推动作用和对社会生活日益广泛的影响,决定在每年年末评选年度技术。从那时起,13年过去了,13种新技术上榜。

2007年:二代测序(Next-generation sequencing

这是Nature Methods第一次评选年度技术,二代测序毫无悬念入选。如果说细胞的发现让人们对生命的认识从器官、组织到了细胞水平,那么二代测序让人们进一步把对生命的了解从细胞推进到了DNA水平。

2008年:超高分辨率荧光显微镜(Super-resolution fluorescence microscopy

With its tremendous potential for understanding cellular biology now poised to become a reality, super-resolution fluorescence microscopy is our choice for Method of the Year.

百闻不如一见。「可见」是一种非常有说服力的认知方式。超高分辨率荧光显微镜甚至可以在活细胞中直接看到生物大分子。

2009年:诱导多能干细胞(Induced pluripotency

The ability to return mature body cells to a pluripotent state has wide-ranging potential as a tool for discovery in both disease and basic biology.

这项在2006年发表的成果,在2009年就得到了Nature的认可,而在2012年更获得了斯德哥尔摩的认可,获得诺贝尔奖。

2010年:光学遗传学(Optogenetics

With the capacity to control cellular behaviors using light and genetically encoded light-sensitive proteins, optogenetics has opened new doors for experimentation across biological fields.

生命体就是一个黑箱,对机制的了解常常需要对黑箱进行干扰,通过干扰的结果来判断黑箱内部情况。人们一直以来都是用化合物、外源的基因等来进行对黑箱的干扰,但是这种干扰的背景太大,作用又缓慢。光学遗传学通过利用光来对黑箱进行干扰,快速,简洁,优美。

2011年:基因组编辑(Genome editing

The ability to introduce targeted, tailored changes into the genomes of sevral species will make it feasible to ask more precise biological questions.

基因组编辑毫无疑问是影响最大的技术之一,甚至可以和显微镜的发生,抗体技术,PCR技术,测序技术等相提并论而不逊色。需要说明的是,2011年入选的基因组编辑指的还是TALEN和ZFN为基础的编辑,而不是今天很热门的CRISPR/CAS9技术。

2012年:靶向蛋白质组分析(Targeted proteome analysis

New method and tool developments are helping to bring targeted proteome analysis technologies to a broader array of biologists.

Nature Methods一般把年度技术授予新技术。质谱依赖的靶向蛋白质组分析实际是一种老技术。但基于以下原因当选:对抗体技术的补充(可获得性和质量稳定,耗时少,检测材料要求量低),操作简易,临床应用界面友好。

2013年:单细胞测序(Single-cell sequencing)

Methods to sequence the DNA and RNA of single cells are poised to transorm many areas of biology and medicine.

每个细胞都不相同,单细胞测序提高了人类对微管世界观察的DNA/RNA序列尺度的分辨率。这种技术可以对癌症的起源进行谱系追踪,还能对大脑的复杂有更深入的了解。

2014年:薄层荧光显微镜(Light-sheet fluorescence microscopy

Light-sheet fluorescence microscopy can image living samples in three diensions with relatively low phototoxicity and at high speed.

活细胞成像最重要的考虑是对细胞没有或者只有很少的损害。薄层荧光显微镜很好的解决了这个问题。

2015年:单粒子冷冻电镜(single-particle cryo-electron microscopy

The end of'blob-ology': single-particle cryo-electron microscopy (cryo-EM) is now being used to solve macromolecular structures at high resolution.

特别适合具有多个构象和复杂组成的大蛋白复合物的结构解读。

2016年:表观转录组分析(Epitranscriptome analysis)

Chemical modifications on ribonucleotides are being profiled with increased efficiency and appreciated as important regulatory features.

在单细胞测序获奖后的3年就再次在该领域获奖。人们一直致力于DNA相关的修饰,如DNA甲基化,组蛋白修饰等等。但是后来发现RNA本身也经历复杂的修饰,这种修饰对于转录后调控有很大的影响。表观转录组分析可以系统地研究RNA的修饰。。

2017年:类器官(Organoids

The ability to prodstem cells into three-dimensional tissue models makes for a powerful way tostudy human biology. But these exciting tools are still works in progress.

生命是存在于三维尺度的,比如癌症的发生发展都涉及微环境的作用。但是现在的研究常常用二维系统。所以类器官的培养体系对于揭示生命的真实非常重要。

2018年:动物自由行为成像(Imaging in freely behaving animals

Neuronal imaging in unrestrained animals has expanded the range of behaviors amenable to circuit-level studies in several model organisms.

生命科学的实验动物大都是被限制行动的,比如笼子中养的小白鼠。但是如果进行动物行为的研究,很显然圈养并不是很合适。对于散养的动物,可以进行自由行为的成像就显得至关重要了。

2019年:单细胞多模态组学(Single-cell multimodal omics)

Multimodal omics measurement offers opportunities for gaining holistic views of cells one by one.

在单细胞测序获奖后的6年就再次在该领域获奖。可以同时在单细胞层面了解DNA,RNA,染色质结构,表观修饰的多重信息。

13年13种技术,其中显微镜占了4项(08,14,15,18),测序占了4项(07,13,16,19)。对结构和序列的探索,始终是生命科学的基础。需要说明的是,以上13中技术大都用于观察,只有基因组编辑是用于改变的。如果说其它工具是一窥神迹的话,基因组编辑则是巧夺天工。

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