《自然-方法》十周年特刊:盘点十大生物技术

2014-10-10 18:07:45来源: 生物通

日前,《自然-方法》(Nature Methods)杂志在十周年之际推出了纪念特刊,点评了在过去十年中对生物学研究影响最深的十大技术。二代测序、CRISPR、单分子技术、细胞重编程、光遗传学、超高分辨率显微镜等纷纷上榜。

 

二代测序 Next-generationsequencing

二代测序或大规模并行测序的出现,几乎影响了生物学领域的每一个角落。这一技术允许科学家们测序基因组、评估遗传学变异、定量基因表达、研究表观遗传学调控、探索微观生命,将各种分析和筛选轻松升级。技术革新使测序数据的数量和质量不断攀升,测序文库的构建也在不断的进步。现在人们已经可以检测限制性材料或发生降解的样本,灵活靶标序列空间的一部分,标记细胞中各种各样的分子,捕捉分子相互作用和基因组结构。此外,计算工具也为解读二代测序的海量数据立下了汗马功劳,为人们揭示了序列变异、调控和进化的基础信息。

基因组工程 Genomeengineering

基因组工程可以在体外培养的细胞、模式和非模式生物中,进行自定义的改动,这类技术为相关研究带来了极大的便利。研究者们能够在这些工具的帮助下敲除基因、引入突变或者构建融合基因。举例来说,人们用酶切割特定的基因组序列,启动细胞的修复过程,并由此作出想要的序列改变。Meganuclease、锌指酶和TALEN通过各自的DNA结合域来靶向目的序列。最近,CRISPR-Cas9系统成为了这一领域的新宠儿。该系统使用RNA为核酸酶导航,不仅很容易设计,而且能够改写几乎任何基因组序列。

单分子技术 Single-moleculemethods

研究单个分子(比如蛋白或DNA)的行为能够揭示重要的生物学机制,这一点是平均化分子研究无法企及的。近十年来,一些单分子技术逐步成熟。比如,力谱(forcespectroscopy)技术可以检测分子的结合、折叠或机械行为,而荧光显微镜能够在体外和体内对单分子进行追踪。新兴的单分子技术还包括,能够测序单分子的纳米孔技术,不用标记就能检测单分子的光学和plasmonic设备。这些工具的出现,使人们能够以空前的深度探索单分子的功能。

光切成像Light-sheet imaging

光切成像这个老技术迎来了自己的第二春,这是因为成像设备(包括显微镜和相机)、荧光探针和图像分析技术得到了很大的改进。光切成像技术利用很薄的一层光来照射样品,而不是通过点光源或全场照明,能够快速地对生物样品进行高分辨的三维成像,同时降低了光毒性。神经学和发育生物学的研究者们,正在许多生物中用光切成像研究基本的生物学过程,例如胚胎发育和大脑功能。

基于质谱分析的蛋白质组学 Massspectrometry–based proteomics

十年前,基于质谱分析的蛋白质组学研究还是一个相对小众的领域,传统细胞生物学家对它并不熟悉。然而,质谱分析仪的速度和性能在这十年迅速提升,样品制备、实验设计和数据分析也取得了巨大的进步,数据可重复性和全面性的许多问题得以解决。这些发展导致这一领域焕发了蓬勃的生机。对特定细胞状态的蛋白质组进行深入定量的图谱分析,过去需要仪器运行好几天,现在只要几个小时就能完成。现在,许多研究者通过质谱分析在系统水平上研究蛋白的功能,比如对蛋白质翻译后修饰和蛋白质互作进行图谱分析。

结构生物学 Structuralbiology

随着结构测定流程(从蛋白表达到结晶)的不断优化,用X射线晶体学技术分析可溶性小蛋白的原子结构基本已经成为了常规。研究者们在此基础上解析了许多颇具挑战的蛋白结构,比如膜蛋白和大蛋白复合体,这些蛋白生成的量少而且很难结晶。这十年来,X射线晶体衍射的样本制备、结晶和数据分析得到了大幅改良。与此同时,其他结构分析技术也在快速发展,比如核磁共振光谱(nuclearmagnetic resonance spectroscopy)和单颗粒冷冻电镜。更有X射线无电子激光器(X-rayfree electron laser)等新兴技术涌现出来。这些技术进步将帮助人们解决各种各样的分子结构。

细胞重编程 Cellularreprogramming

iPS技术能够通过重编程令细胞重新获得多能性。该技术生成的诱导多能干细胞(iPSC)可以进行扩增,它们理论上可以生成任何类型的细胞,用于研究疾病和筛选药物。现在,许多实验室都能通过iPS生成具有特定遗传学背景的人类细胞,不过人们仍在探索诱导iPSC分化的更好方法。iPS技术热潮也使直接重编程重新受到了关注,直接重编程可通过外源转录因子,直接将一种终末分化细胞转变为另一种终末分化细胞。

光遗传学 Optogenetics

用光照射整合在细胞中的光敏蛋白,可以非侵入性的改变细胞行为。光遗传学技术在神经学领域特别受欢迎,研究者们用这一技术来激活或抑制神经元的活性,实现精确的时间和空间控制。光遗传学工具既可以用于体外也可以用于体内,有助于探索神经元功能、神经元兴奋性、突触传递等问题。此外,光敏工具也可以用来二聚化蛋白或者激活转录。现有光敏蛋白的不断改进和新光敏蛋白的发现,正在不断拓展着光遗传学的工具箱。此外,发光过程也在进行改良,比如采用双光子激发和模式化的光照刺激。

 

合成生物学 Syntheticbiology

设计微生物代谢通路生产药物和生物燃料、建造合成生物、给哺乳动物细胞赋予新功能,这些都是合成生物学的目标。由于实验和计算方法的改进,上述工作都取得了可喜的进展。在基因合成和组装方面,人们已经成功合成了细菌基因组和酵母染色体。鉴定控制转录和翻译的调控元件,可以帮助人们进行更好的回路设计。研究者们还在不断开发预测性的模型,这将为合成生物学未来十年的成功奠定基础。

超高分辨率显微镜 Super-resolutionmicroscopy

几个世纪以来,光学显微镜的“衍射极限”一直被认为是无法超越的。现在人们从不同途径“突破”了这一极限,这类技术统称为超高分辨率显微技术或纳米显微技术(nanoscopy)。近十年来,这些技术被广泛应用到了生物学领域。这意味着研究者们现在可以区分细胞内的微小物体(细胞器甚至大分子复合体),此前它们还只是无法分辨的模糊点。超高分辨率显微技术仍然发展迅猛,尤其是超高分辨率数据的分析,这些技术为研究分子和细胞的科学家们开启了全新的视界。

关键字:盘点

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2014/1010/article_5111.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
盘点

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 医学成像 家庭消费 监护/遥测 植入式器材 临床设备 通用技术/产品 其他技术 综合资讯

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved