Nature：展望2018發展趨勢

本文轉自生物谷

近日《Nature》上發表了題為 「technology to watch in 2018」的文章，來自世界頂尖學府和研究機構的專家學者們就2018年將會對生命科學領域產生重大影響的多項先進技術進行了精彩介紹。這些技術中涵蓋了從基因組重編碼、轉錄組圖譜繪製、腫瘤疫苗的研發到物聯網技術在生命科學中的應用等方方面面。

1.重編碼基因組 --- George Church，哈佛醫學院，遺傳學家

能同時完成多個基因位點修改的新技術問世了！「密碼子重編碼」 (Codonrecoding)是一種通用的、使各種生物體對大部分或所有病毒產生抗性，並可一次精確改變每個細胞中成千上百個位點的基因編輯技術。利用遺傳密碼中的冗餘來替換任何一個密碼子，一旦完成這些替換，細胞將不再識別該序列。當一種病毒感染具有所有這些密碼子的細胞時，由於缺少tRNA，病毒便不能將其信使RNA?轉錄成蛋白質，病毒就會死亡。

為了一次做出多個精確的改變，實驗人員利用了多重自動基因組工程（multiplexed automated genome engineering, MAGE）技術將包含靶向鹼基對的遺傳物質短片段引入到防止DNA錯配修復的細胞中。經過幾輪細胞複製後，這些遺傳物質被完全整合到細菌基因組中。

事實上，重編碼技術能做的事情遠不止於此。例如研究人員開發了另一種重編碼技術來改進鼠傷寒沙門氏菌（Salmonellatyphimurium）的疫苗株；或是重編碼一種生物體，將非標準的氨基酸引入蛋白質中，以便引入生物體中原先不存在的化學物質：發光或與核酸結合，或形成不尋常的鍵的氨基酸。最後，重編碼技術還為生物防護（bio-containment）提供了強有力的策略。

2. 轉錄組圖譜繪製 --- 庄小威，哈佛大學高級成像中心，主任

最近推出的人類細胞圖譜（Human CellAtlas, HCA）計劃旨在確定人體內所有的細胞類型，並繪製其空間分布，該計劃目標遠大。這個規模的項目將需要許多輔助技術。

單細胞RNA測序是識別不同細胞類型的有效方法，也是繪製HCA的重要工具，傳統單細胞分離再提取RNA的方法損失了組織中細胞的空間環境信息——這些細胞是如何組織在一起並相互作用的相關信息。

該中心正在開發一種基於圖像的單細胞轉錄組學方法——多重抗誤差矯正熒光原位雜交技術（multiplexederror-robust fluorescence in situ hybridization, MERFISH），MERFISH使用出錯率低的條形碼識別細胞中的每種不同類型的RNA，以大規模複合方式標記和連續成像來檢測這些條形碼，從而實現對完整組織中細胞的轉錄譜成像從而研究其空間背景。

MERFISH?技術可以在單細胞中對1000?種不同的mRNA?進行成像。隨著進一步發展，MERFISH有可能檢測完整組織的細胞中的全部轉錄組。

3. 推進腫瘤疫苗的應用 --- Elaine Mardis，俄亥俄州哥倫布市全國兒童醫院基因組醫學研究所，聯合執行主任

通常在癌症患者體內都會存在一些因癌細胞基因突變而產生的異常的蛋白質，被稱為腫瘤新抗原。其中有一些有可能在給定的個體中引發免疫應答，因而可被用於個性化腫瘤疫苗或其他藥物的研發。

研究人員正開始利用一種新的鑒定表達特定蛋白的細胞的高通量方法 --- CyTOF技術來進行新抗原的研究。與流式細胞儀相比，該技術用金屬標籤取代了有限數量的熒游標簽，可多達100多種，在將來甚至會更多。

這項技術可以改變癌症免疫基因組學領域，從而幫助研究人員確定癌症細胞中表達最多的、最能引起免疫系統應答的新抗原。然後研究人員可以使用這些信息來創建個性化的抗癌「疫苗」。

另一方面，在研究那些通過基因組預測的任何給定的新抗原種類以及它是否會引起顯著的免疫應答的過程中，CyTOF可通過量化多個預測肽與人類T?細胞的結合強度，來幫助我們深入了解這個問題。

這不僅僅是癌症基因組學。只要能找到與你感興趣的蛋白結合的抗體，你就可以用CyTOF追蹤由細胞產生的該蛋白質的丰度和組成。這使我們能夠以前所未有的精準度和多維度來追蹤蛋白。

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