2016年五大技術(shù)進展
中國微生物菌種查詢網(wǎng) 來源：生物探索 / 2016-12-20 08:00:19
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(gòu)建抗生素的方法。
追蹤基因表達
今年，4個獨立的研究團隊接二連三地開發(fā)出當?shù)鞍桩a(chǎn)生發(fā)生時觀察這種產(chǎn)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(fā)出的被稱作SunTag的工具---它讓經(jīng)過改造含有一種特定抗原決定簇的蛋白發(fā)出熒光。研究人員將SunTag和含有這些蛋白對應(yīng)的mRNA（也是經(jīng)過熒光標記的）的環(huán)狀結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。第四個研究團隊并未使用SunTag，而是設(shè)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TimStasevich---其實驗室已開發(fā)出一種這樣的技術(shù)---今年告訴《科學家》雜志，“發(fā)現(xiàn)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?！?/span>
來自加拿大麥吉爾大學的NahumSonenberg（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
多個研究團隊發(fā)現(xiàn)利用不同的方法解決長期存在的關(guān)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(shù)進行改造以便監(jiān)控小鼠體內(nèi)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(shù)與轉(zhuǎn)錄組學結(jié)合在一起；還有一個研究團隊開發(fā)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(nèi)分裂細胞的命運。
這些技術(shù)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(xiàn)的方法進行改進。美國約翰霍普金斯大學醫(yī)學院遺傳學家AravindaChakravarti今年告訴《科學家》雜志，除此之外，“沒有一項研究表現(xiàn)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(shù)，可能能夠被用來研究發(fā)育、腫瘤發(fā)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?！?/span>
線粒體替換療法
在利用所謂的三父母體外受精技術(shù)誕生首個嬰兒后不久，今年發(fā)表的兩篇論文對讓胚胎受精的方法進行改進，同時不會產(chǎn)生來自母親線粒體DNA的破壞性突變。一個英國研究團隊采用了“原核轉(zhuǎn)移（pronucleartransfer）”技術(shù)：將精子和來自一個近期受精的人卵子的原核轉(zhuǎn)移到攜帶健康線粒體的不含細胞核的供者細胞中（Nature,doi:10.1038/nature18303）。
人們的擔憂是一些不健康的線粒體在這個過程期間緊隨著，但是研究人員能夠讓它們的轉(zhuǎn)移最小化。美國加州大學戴維斯分校干細胞研究員PaulKnoepfler今年告訴《科學家》雜志，“這些作者們能夠?qū)⒃宿D(zhuǎn)移技術(shù)優(yōu)化到線粒體殘留不再是一種常見問題的程度。一種關(guān)鍵的待解決的問題是較少的線粒體殘留如何在臨床上足夠安全地繼續(xù)開展下去?！?/span>
另一種被稱作減數(shù)分裂紡錘體轉(zhuǎn)移（meioticspindletransfer）的方法將來自母親卵子的核DNA轉(zhuǎn)移到一個去核的供者細胞中，然后對它進行受精（Nature,doi:10.1038/nature20592）。美國哥倫比亞大學神經(jīng)生物學教授MichioHirano（未參與這項研究）在今年發(fā)送給《科學家》雜志的電子郵件中寫道，“這項令人關(guān)注的研究很好地證實了利用紡錘體轉(zhuǎn)移可有效地替換卵母細胞中發(fā)生突變的線粒體DNA、體外受精的可行性和產(chǎn)生健康的胚球和分化細胞。”
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(yīng)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(chuàng)新基因組計劃科學主任JacobCorn告訴《科學家》雜志，“通過設(shè)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?！?/span>
8月，另一個研究團隊證實利用一種不同的偶聯(lián)到Cas9上的酶也能夠?qū)奏まD(zhuǎn)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-inducedcytidinedeaminase,AID）。來自日本神戶大學的AkihikoKondo告訴《科學家》雜志，“在雙鏈斷裂修復期間，很多事情同時在發(fā)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(fā)生突變?！闭撐墓餐髡逰eijiNishida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?！?/span>
抗生素構(gòu)成單元
研究人員基于他們開發(fā)出的一種技術(shù)利用8種化學構(gòu)成單元（chemicalbuildingblock）構(gòu)建出300多種新的抗生素（Nature,doi:10.1038/nature17967）。來自美國東北大學的KimLewis（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(huán)內(nèi)酯類抗生素。”
通常而言，設(shè)計這類新的抗生素需要對紅霉素加以調(diào)整，但是這種“半合成”方法并不能夠產(chǎn)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(xiàn)存的抗生素產(chǎn)生耐藥性的微生物。來自加拿大麥克馬斯特大學的GerryWright當時告訴《科學家》雜志，“在這項研究結(jié)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(yōu)勢方面取得的一項重大進步。