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The Scientist:2016年五大技术进展

时间:2016-12-20 08:05 作者:生物观察
 

 

 

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
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。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
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。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
在利用所谓的三父母体外受精技术诞生首个婴儿后不久,今年发表的两篇论文对让胚胎受精的方法进行改进,同时不会产生来自母亲线粒体DNA的破坏性突变。一个英国研究团队采用了“原核转移”技术:将精子和来自一个近期受精的人卵子的原核转移到携带健康线粒体的不含细胞核的供者细胞中。人们的担忧是一些不健康的线粒体在这个过程期间紧随着,但是研究人员能够让它们的转移最小化。美国加州大学戴维斯分校干细胞研究员Paul Knoepfler今年告诉《科学家》杂志,“这些作者们能够将原核转移技术优化到线粒体残留不再是一种常见问题的程度。一种关键的待解决的问题是较少的线粒体残留如何在临床上足够安全地继续开展下去。”另一种被称作减数分裂纺锤体转移的方法将来自母亲卵子的核DNA转移到一个去核的供者细胞中,然后对它进行受精。美国哥伦比亚大学神经生物学教授Michio Hirano在今年发送给《科学家》杂志的电子邮件中写道,“这项令人关注的研究很好地证实了利用纺锤体转移可有效地替换卵母细胞中发生突变的线粒体DNA、体外受精的可行性和产生健康的胚球和分化细胞。”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。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。这种酶被称作激活诱导胞啶脱氨酶。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。”