The Scientist：2016年五大技术进展

来源：作者：人气：-发表时间：2016-12-19 09:18:00【大中小】

今年最令人印象深刻的成就包括观察细胞中的基因表达、追踪细胞命运、避免线粒体突变、编辑DNA和从头构建抗生素的方法。

追踪基因表达

追踪基因表达

今年，4个独立的研究团队接二连三地开发出当蛋白产生发生时观察这种产生过程的方法（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）。其中的三个研究团队依赖于另一种新开发出的被称作SunTag的工具---它让经过改造含有一种特定抗原决定簇的蛋白发出荧光。研究人员将SunTag和含有这些蛋白对应的mRNA（也是经过荧光标记的）的环状结构结合在一起。第四个研究团队并未使用SunTag，而是设计出一种不同类型的抗原决定簇标记。

来自美国科罗拉多州立大学的Tim Stasevich---其实验室已开发出一种这样的技术---今年告诉《科学家》杂志，“发现4家实验室从事这方面的研究足以说明这个话题是如此之火热。”

来自加拿大麦吉尔大学的Nahum Sonenberg（未参与这项研究）说，这四种方法“针对利用生化方法不可能解决的问题提供深入认识和解决之道”。

绘制细胞谱系

绘制细胞谱系

多个研究团队发现利用不同的方法解决长期存在的关于多种细胞类型起源的问题。一个研究团队对一种被称作脑彩虹（Brainbow）的大脑成像技术进行改造以便监控小鼠体内的心肌细胞；另一个研究团队将非常准确地分离一种细胞类型的技术与转录组学结合在一起；还有一个研究团队开发出插入DNA条形码到宿主基因组中的CRISPR-Cas9来追踪斑马鱼体内分裂细胞的命运。

这些技术中的每一个都是对确定细胞命运的费力的、昂贵的和甚至之前不可能实现的方法进行改进。美国约翰霍普金斯大学医学院遗传学家Aravinda Chakravarti今年告诉《科学家》杂志，除此之外，“没有一项研究表现得非常好”。

GESTALT，即将人工合成条形码插入到单个受精的斑马鱼胚胎中并且利用突变对这些条形码进行标记的技术，可能能够被用来研究发育、肿瘤发生和组织再生（Science, doi:10.1126/science.aaf7907）。Chakravarti说，“这种方法能够被用来揭示任何参与细胞分裂的过程。它是研究中非常重要的一部分。”

线粒体替换疗法

线粒体替换疗法

进行更少切割的CRISPR

进行更少切割的CRISPR

自从过去几年CRISPR首次作为一种基因组编辑工具以来，今年取得的多项进展已拓展了它的应用性。比如，在4月，科学家们利用一种改进的CRISPR-Cas9版本将胞嘧啶替换为尿嘧啶而无需切割DNA双链，因而不是利用同源介导的双链DNA修复来封闭DNA中的双链断裂（Nature, doi:10.1038/nature17946）。美国加州大学伯克利分校创新基因组计划科学主任Jacob Corn告诉《科学家》杂志，“通过设计这种Cas9，他们找出一种不错的方法来诱导细胞偏好它在正常条件下并不偏好的途径。”

8月，另一个研究团队证实利用一种不同的偶联到Cas9上的酶也能够将胞嘧啶转化为尿嘧啶（Science, doi:10.1126/science.aaf8729）。这种酶被称作激活诱导胞啶脱氨酶（activation-induced cytidine deaminase, AID）。来自日本神户大学的Akihiko Kondo告诉《科学家》杂志，“在双链断裂修复期间，很多事情同时在发生，有时核苷酸以一种我们无法控制的方式被删除和插入或者说发生突变。”论文共同作者Keiji Nishida补充道，“[在AID存在时，]这种突变率是可接受的，要比天然的背景突变率高出不到10倍。”

抗生素构成单元

抗生素构成单元

研究人员基于他们开发出的一种技术利用8种化学构成单元（chemical building block）构建出300多种新的抗生素（Nature, doi:10.1038/nature17967）。来自美国东北大学的Kim Lewis（未参与这项研究）今年告诉《科学家》杂志，“它是合成化学的一项精心杰作。这是首次存在一种相对容易的途径来从头合成红霉素类型的大环内酯类抗生素。”

通常而言，设计这类新的抗生素需要对红霉素加以调整，但是这种“半合成”方法并不能够产生这些研究人员能够从头合成出的东西。

实验室研究已表明这些化合物中的一些可有效地杀死细菌，包括一些对现存的抗生素产生耐药性的微生物。来自加拿大麦克马斯特大学的Gerry Wright当时告诉《科学家》杂志，“在这项研究结束时，仍不知道它们是否可能用于诊所中。”不过，这是在抵抗耐药性感染中重占优势方面取得的一项重大进步。

原文来源

Top Technical Advances 2016