The Scientist：2016年五大技術進展

來源：作者：人氣：-發表時間：2016-12-19 09:18:00【大中小】

今年最令人印象深刻的成就包括觀察細胞中的基因表達、追蹤細胞命運、避免線粒體突變、編輯DNA和從頭構建抗生素的方法。

追蹤基因表達

追蹤基因表達

今年，4個獨立的研究團隊接二連三地開發出當蛋白產生發生時觀察這種產生過程的方法（Science, doi:10.1126/science.aaf0899; Science, doi:10.1126/science.aaf1084; Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.04.034; Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.04.040）。其中的三個研究團隊依賴于另一種新開發出的被稱作SunTag的工具---它讓經過改造含有一種特定抗原決定簇的蛋白發出熒光。研究人員將SunTag和含有這些蛋白對應的mRNA（也是經過熒光標記的）的環狀結構結合在一起。第四個研究團隊并未使用SunTag，而是設計出一種不同類型的抗原決定簇標記。

來自美國科羅拉多州立大學的Tim Stasevich---其實驗室已開發出一種這樣的技術---今年告訴《科學家》雜志，“發現4家實驗室從事這方面的研究足以說明這個話題是如此之火熱。”

來自加拿大麥吉爾大學的Nahum Sonenberg（未參與這項研究）說，這四種方法“針對利用生化方法不可能解決的問題提供深入認識和解決之道”。

繪制細胞譜系

繪制細胞譜系

多個研究團隊發現利用不同的方法解決長期存在的關于多種細胞類型起源的問題。一個研究團隊對一種被稱作腦彩虹（Brainbow）的大腦成像技術進行改造以便監控小鼠體內的心肌細胞；另一個研究團隊將非常準確地分離一種細胞類型的技術與轉錄組學結合在一起；還有一個研究團隊開發出插入DNA條形碼到宿主基因組中的CRISPR-Cas9來追蹤斑馬魚體內分裂細胞的命運。

這些技術中的每一個都是對確定細胞命運的費力的、昂貴的和甚至之前不可能實現的方法進行改進。美國約翰霍普金斯大學醫學院遺傳學家Aravinda Chakravarti今年告訴《科學家》雜志，除此之外，“沒有一項研究表現得非常好”。

GESTALT，即將人工合成條形碼插入到單個受精的斑馬魚胚胎中并且利用突變對這些條形碼進行標記的技術，可能能夠被用來研究發育、腫瘤發生和組織再生（Science, doi:10.1126/science.aaf7907）。Chakravarti說，“這種方法能夠被用來揭示任何參與細胞分裂的過程。它是研究中非常重要的一部分。”

線粒體替換療法

線粒體替換療法

進行更少切割的CRISPR

進行更少切割的CRISPR

自從過去幾年CRISPR首次作為一種基因組編輯工具以來，今年取得的多項進展已拓展了它的應用性。比如，在4月，科學家們利用一種改進的CRISPR-Cas9版本將胞嘧啶替換為尿嘧啶而無需切割DNA雙鏈，因而不是利用同源介導的雙鏈DNA修復來封閉DNA中的雙鏈斷裂（Nature, doi:10.1038/nature17946）。美國加州大學伯克利分校創新基因組計劃科學主任Jacob Corn告訴《科學家》雜志，“通過設計這種Cas9，他們找出一種不錯的方法來誘導細胞偏好它在正常條件下并不偏好的途徑。”

8月，另一個研究團隊證實利用一種不同的偶聯到Cas9上的酶也能夠將胞嘧啶轉化為尿嘧啶（Science, doi:10.1126/science.aaf8729）。這種酶被稱作激活誘導胞啶脫氨酶（activation-induced cytidine deaminase, AID）。來自日本神戶大學的Akihiko Kondo告訴《科學家》雜志，“在雙鏈斷裂修復期間，很多事情同時在發生，有時核苷酸以一種我們無法控制的方式被刪除和插入或者說發生突變。”論文共同作者Keiji Nishida補充道，“[在AID存在時，]這種突變率是可接受的，要比天然的背景突變率高出不到10倍。”

抗生素構成單元

抗生素構成單元

研究人員基于他們開發出的一種技術利用8種化學構成單元（chemical building block）構建出300多種新的抗生素（Nature, doi:10.1038/nature17967）。來自美國東北大學的Kim Lewis（未參與這項研究）今年告訴《科學家》雜志，“它是合成化學的一項精心杰作。這是首次存在一種相對容易的途徑來從頭合成紅霉素類型的大環內酯類抗生素。”

通常而言，設計這類新的抗生素需要對紅霉素加以調整，但是這種“半合成”方法并不能夠產生這些研究人員能夠從頭合成出的東西。

實驗室研究已表明這些化合物中的一些可有效地殺死細菌，包括一些對現存的抗生素產生耐藥性的微生物。來自加拿大麥克馬斯特大學的Gerry Wright當時告訴《科學家》雜志，“在這項研究結束時，仍不知道它們是否可能用于診所中。”不過，這是在抵抗耐藥性感染中重占優勢方面取得的一項重大進步。

原文來源

Top Technical Advances 2016