2016年五大技術(shù)進(jìn)展
中國(guó)微生物菌種查詢網(wǎng) 來(lái)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(xì)胞中的基因表達(dá)、追蹤細(xì)胞命運(yùn)、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(dá)
今年，4個(gè)獨(dú)立的研究團(tuán)隊(duì)接二連三地開(kāi)發(fā)出當(dāng)?shù)鞍桩a(chǎn)生發(fā)生時(shí)觀察這種產(chǎn)生過(guò)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(gè)研究團(tuán)隊(duì)依賴于另一種新開(kāi)發(fā)出的被稱作SunTag的工具---它讓經(jīng)過(guò)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(duì)應(yīng)的mRNA（也是經(jīng)過(guò)熒光標(biāo)記的）的環(huán)狀結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。第四個(gè)研究團(tuán)隊(duì)并未使用SunTag，而是設(shè)計(jì)出一種不同類型的抗原決定簇標(biāo)記。
來(lái)自美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)的TimStasevich---其實(shí)驗(yàn)室已開(kāi)發(fā)出一種這樣的技術(shù)---今年告訴《科學(xué)家》雜志，“發(fā)現(xiàn)4家實(shí)驗(yàn)室從事這方面的研究足以說(shuō)明這個(gè)話題是如此之火熱?！?/span>
來(lái)自加拿大麥吉爾大學(xué)的NahumSonenberg（未參與這項(xiàng)研究）說(shuō)，這四種方法“針對(duì)利用生化方法不可能解決的問(wèn)題提供深入認(rèn)識(shí)和解決之道”。
繪制細(xì)胞譜系
多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)利用不同的方法解決長(zhǎng)期存在的關(guān)于多種細(xì)胞類型起源的問(wèn)題。一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)一種被稱作腦彩虹（Brainbow）的大腦成像技術(shù)進(jìn)行改造以便監(jiān)控小鼠體內(nèi)的心肌細(xì)胞；另一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)將非常準(zhǔn)確地分離一種細(xì)胞類型的技術(shù)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)結(jié)合在一起；還有一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出插入DNA條形碼到宿主基因組中的CRISPR-Cas9來(lái)追蹤斑馬魚(yú)體內(nèi)分裂細(xì)胞的命運(yùn)。
這些技術(shù)中的每一個(gè)都是對(duì)確定細(xì)胞命運(yùn)的費(fèi)力的、昂貴的和甚至之前不可能實(shí)現(xiàn)的方法進(jìn)行改進(jìn)。美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)家AravindaChakravarti今年告訴《科學(xué)家》雜志，除此之外，“沒(méi)有一項(xiàng)研究表現(xiàn)得非常好”。
GESTALT，即將人工合成條形碼插入到單個(gè)受精的斑馬魚(yú)胚胎中并且利用突變對(duì)這些條形碼進(jìn)行標(biāo)記的技術(shù)，可能能夠被用來(lái)研究發(fā)育、腫瘤發(fā)生和組織再生（Science,doi:10.1126/science.aaf7907）。Chakravarti說(shuō)，“這種方法能夠被用來(lái)揭示任何參與細(xì)胞分裂的過(guò)程。它是研究中非常重要的一部分。”
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(gè)嬰兒后不久，今年發(fā)表的兩篇論文對(duì)讓胚胎受精的方法進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生來(lái)自母親線粒體DNA的破壞性突變。一個(gè)英國(guó)研究團(tuán)隊(duì)采用了“原核轉(zhuǎn)移（pronucleartransfer）”技術(shù)：將精子和來(lái)自一個(gè)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(xì)胞核的供者細(xì)胞中（Nature,doi:10.1038/nature18303）。
人們的擔(dān)憂是一些不健康的線粒體在這個(gè)過(guò)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(guó)加州大學(xué)戴維斯分校干細(xì)胞研究員PaulKnoepfler今年告訴《科學(xué)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(jiàn)問(wèn)題的程度。一種關(guān)鍵的待解決的問(wèn)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(kāi)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(lái)自母親卵子的核DNA轉(zhuǎn)移到一個(gè)去核的供者細(xì)胞中，然后對(duì)它進(jìn)行受精（Nature,doi:10.1038/nature20592）。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)教授MichioHirano（未參與這項(xiàng)研究）在今年發(fā)送給《科學(xué)家》雜志的電子郵件中寫(xiě)道，“這項(xiàng)令人關(guān)注的研究很好地證實(shí)了利用紡錘體轉(zhuǎn)移可有效地替換卵母細(xì)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(xì)胞?！?/span>
進(jìn)行更少切割的CRISPR
自從過(guò)去幾年CRISPR首次作為一種基因組編輯工具以來(lái)，今年取得的多項(xiàng)進(jìn)展已拓展了它的應(yīng)用性。比如，在4月，科學(xué)家們利用一種改進(jìn)的CRISPR-Cas9版本將胞嘧啶替換為尿嘧啶而無(wú)需切割DNA雙鏈，因而不是利用同源介導(dǎo)的雙鏈DNA修復(fù)來(lái)封閉DNA中的雙鏈斷裂（Nature,doi:10.1038/nature17946）。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校創(chuàng)新基因組計(jì)劃科學(xué)主任JacobCorn告訴《科學(xué)家》雜志，“通過(guò)設(shè)計(jì)這種Cas9，他們找出一種不錯(cuò)的方法來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞偏好它在正常條件下并不偏好的途徑。”
8月，另一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)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(dǎo)胞啶脫氨酶（activation-inducedcytidinedeaminase,AID）。來(lái)自日本神戶大學(xué)的AkihikoKondo告訴《科學(xué)家》雜志，“在雙鏈斷裂修復(fù)期間，很多事情同時(shí)在發(fā)生，有時(shí)核苷酸以一種我們無(wú)法控制的方式被刪除和插入或者說(shuō)發(fā)生突變?！闭撐墓餐髡逰eijiNishida補(bǔ)充道，“[在AID存在時(shí)，]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(gòu)成單元
研究人員基于他們開(kāi)發(fā)出的一種技術(shù)利用8種化學(xué)構(gòu)成單元（chemicalbuildingblock）構(gòu)建出300多種新的抗生素（Nature,doi:10.1038/nature17967）。來(lái)自美國(guó)東北大學(xué)的KimLewis（未參與這項(xiàng)研究）今年告訴《科學(xué)家》雜志，“它是合成化學(xué)的一項(xiàng)精心杰作。這是首次存在一種相對(duì)容易的途徑來(lái)從頭合成紅霉素類型的大環(huán)內(nèi)酯類抗生素?！?/span>
通常而言，設(shè)計(jì)這類新的抗生素需要對(duì)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(shí)驗(yàn)室研究已表明這些化合物中的一些可有效地殺死細(xì)菌，包括一些對(duì)現(xiàn)存的抗生素產(chǎn)生耐藥性的微生物。來(lái)自加拿大麥克馬斯特大學(xué)的GerryWright當(dāng)時(shí)告訴《科學(xué)家》雜志，“在這項(xiàng)研究結(jié)束時(shí)，仍不知道它們是否可能用于診所中?！辈贿^(guò)，這是在抵抗耐藥性感染中重占優(yōu)勢(shì)方面取得的一項(xiàng)重大進(jìn)步。