总结很快崭露头角的杰单单深入研究来进行和工程建设，我们可以见到一些主导的出功都能。
当被问起专长时，Kaihang Wang的讲出很没用：“手艺人”。无疑他在加州理工学院（California Institute of Technology）的大部分临时工都与建东西有关，尽管不是用锤子和钉子。Wang的一个团队合作开发了大分子来进行，有数一个系统会——遗传学家可以通过编程，将长的还原DNA支链转往蜂蜜菌细胞膜[1]。数度思维再一，Wang给单单了一个更加生命体学的讲出：还原生命体学或基因组调查小组工程。“从根本上话说，我们所有努力临时工主要由一个大体上目标倡议，那就是创建者精神上”，他话说。
和Wang一样，当手头的来进行太少时，许多遗传学家则会跨学科找回材料、合编者或各不相同的一新方法。这促出了以外一新重一新命名的一新方法或该联盟，如“衰减细胞学光学（expansion microscopy）”或“基因组调查小组编纂蓝由此可知（Genome Project-write）”。其中所一些一新方法或该联盟由于其关键技术能力也及看重的名声而在深入研究一个团队中所引起轰动。
即将到来：“有机体细胞膜由此可知解”。来源：改编自Getty。
科罗拉多佐治亚理工学院深入研究生命体学和哲学的Erika Szymanski对此，为一个层面或来进行取个琅琅上口的人名，可以为深入人类学家创建者单单揭示的表达单单来方式软件系统会。“就像细胞学镜容许了我们用它能看到什么，我们只能‘看著’那些有人名的东西，”她话说，“在此之后以一新软件系统会来思维临时工有时则会很有效益，因为它开拓单单密闭，让我们可以打算像最初可能性。”
在本文中所，《自然》揭示了现在15年中所5项都曾的关键技术。有些已经开拓了最初深入研究层面或争得了银行贷款赞助；有些巩固了世界性合作，或者在深入研究中所见到了各不相同于最初意由此可知的一新目标。无论是推断单单了细胞膜动态，推波助澜了子公司和疗法，还是在流感前夕为卫生保健决策缺少了资讯，这5项关键技术都在生命体学史上留下浓墨重彩的一笔。
各部位RNA调查小组学
与基因组调查小组DNA一样，信使RNA可以可携带扭转其动态或命运的矿物学标示单单，例如N-或色氨酸。这种修饰并不统一，并且有见到声称，某些mRNA高度N-化而其他mRNA从尚未，看出了这些标示单单的生命体学起着。2012年，格林康奈尔医科（Weill Cornell Medical College）的RNA遗传学家Samie Jaffrey等合作开发了一种一新方法来鉴别与此相关于RNA调查小组（细胞膜或生命体体中所RNA单单来的所有RNA）中所的特定mRNAN-化标示单单，重一新命名叫m6A[2]。
该深入研究的主导编者Christopher Mason也在格林康奈尔医科临时工，他创建者了“各部位RNA调查小组学”这一术语来理解该一个团队的假设，即N-标示单单闭环mRNARNA本的活性，从而声叫作什么RNA关键技术水平并不也许与格式它们的RNA本的原子量近似于。“这可能是遗传格式的一新层面，这一点很带动人。”Jaffrey话说。一新名称使其他人更加易理解这个表达单单来方式。
几年依然，各部位RNA调查小组学已经转型出一个独立的层面，有专门的银行贷款、则会议和合作所需。阿根廷巴塞罗那基因组调查小组调控中所心 (Centre for Genomic Regulation，CRG) 的RNA遗传学家Eva Maria Novoa Pardo话说：“在某种程度上，一个一词语的创建者一新时代了整个教学科研社会性的单单现。”
Jaffrey和Mason的更早一新方法是采用m6A血清来受控长为100-200个核糖的修饰RNA由此可知片，然后他们通过测序对其同步进行鉴定。后来，该一个团队将血清与基团水溶性，然后沉淀血清结合的RNA由此可知片以精确定位N-化基团，从而分解出第一个单核糖关键技术水平的N-化mRNA由此可知解。这有助于鉴别另一类可携带修饰的大分子，叫作核仁RNA[3]。“我们现在开始尊重一个尝试：m6A的一个主要动态是标示单单RNA以解决问题较快周转”，Jaffrey话说，这对细胞膜扭转和适应环境的能力也至关重要。
随后深入研究一个团队合作开发了可以在特定基因组上挤压非N-化RNA的酶。合作开发者、伊拉克魏茨克尔生命体学深入研究所（Weizmann Institute of Science）RNA遗传学家Schraga Schwartz能用该来进行，不仅能检测特定基团否被修改，还可以检测可携带N-化基序的RNA本的百分比。当Schwartz等将其应用整个RNA调查小组时，他们见到基于血清的关键技术遗漏了近百75%的修饰基团，声称其敏感性可用[4]。“这个结果有点惊喜，”他话说，“那时候就一种，现在有了两种一新方法，我们看疑虑更加以外面了。”
如今，各部位RNA调查小组学深入研究职员可以采用激光开口测序仪直接读取修饰过的 RNA。与传统意义测序仪需要先通过逆RNA将RNA转化为DNA各不相同，这些电子设备将RNA大分子通过RNA激光开口并消除特定的电容器，然后复制电容器频谱以获取RNA基因组。现在，复制电容器频谱的测序算法经常曲解N-化的m6A核糖。因此，2019年Novoa等人一新设计了一种算法（月份早些时候有更加一新[5]），采用这些出错来预测哪些基团可携带N-化核糖。“有可能对天然RNA同步进行测序（而无需先将其逆RNA出DNA），为RNA调查小组开拓了无偏差的打算像”，她话说。
有机体细胞膜由此可知解
2003年有机体基因组调查小组测序的顺利进行，以及深入研究单细胞膜的一新来进行的单单现，让深入研究一个团队开始祥和否可以对每个有机体细胞膜的鲜明位置、使用暴力和退化同步进行绘由此可知。英国维格深入研究所（Wellcome Sanger Institute）遗传学家Sarah Teichmann和美国南芝加哥基因组里德（Genentech）的数值遗传学家Aviv Regev就是其中所两位。
2016月初，Teichmann、Regev等聚在一起讨论这个尝试。有机体细胞膜由此可知解蓝由此可知（Human Cell Atlas）由此诞生，这是一个采用单细胞膜都能绘由此可知每个有机体细胞膜、其调查小组织和脑部的构件、遗传学和生命体学的工程建设。该小调查小组强调停止使用、协作的一新方法：任何人都可以参与，并且该该联盟采用广泛的大分子和数值一新方法查阅资讯。
“从尚未什么金常规关键技术可以解决问题所有旨在，”在CRG 深入研究单细胞膜测序关键技术并积极支持该该联盟常规和关键技术临时工调查小组的Holger Heyn话说，“每种一新方法都有误差。我们结合的关键技术越好多，误差就加倍。”
在2020年的一项深入研究中所，Heyn等人在一调查小组基本上参考资料比对中所比较了13种单细胞膜RNA测序关键技术，并根据其见到细胞膜特异性标示单单物的能力也同步进行评价[6]。他们见到，结果差异的一个主要来源是比对中所细胞膜的尺寸。“我们的目标不是比个高下，而是决定通过每种关键技术能获取哪些资讯”，Heyn话说。
有机体细胞膜由此可知解该联盟现在在77个国家拥有近百2200名出员，他们总共统计分析了来自14个主要脑部的平均3900万个细胞膜，并刊发了近百80一段话，而且这些二进制还在不停提高。
此外，这些数据集还有助于解开COVID-19的奥秘。2020年初，该联盟出员汇集了26个已刊发和尚未刊发的数据集集，以认识冠状病毒SARS-CoV-2如何入侵肺其调查小组织。他们绘由此可知了病毒用于踏入其调查小组织（有数鼻子、脑袋和眼睛等）的细胞膜表层介导由此可知[7]。在此之后，世界各地的深入研究职员采用该由此可知解来认识传染操作过程。Teichmann对此，它甚至有助于为卫生保健决策缺少资讯，例如建议人们穿戴便衣的政策。“这场流感对有机体细胞膜由此可知解蓝由此可知来话说确实是变革性的，”她话说，“它展现了细胞膜由此可知解的价值——即使还是更早的、不清晰的由此可知解。”
衰减细胞学光学
尽管许多困惑于细胞学镜对比度的深入研究职员不感兴趣于打建更加好的硬件，但骨骼肌深入研究一个团队Ed Boyden实行了各不相同的手段。他与麻省理工学院的室友一起，一新设计了一种叫作衰减细胞学光学（expansion microscopy）的关键技术，它可以像给气球来向一样拓展细胞膜和其调查小组织。
该一新方法将一种叫作丙烯酸酯的骨架注入材料中所。加水则会引致骨架裂解和衰减，随着其拓展，细胞膜小糖类被推开。更早在此之后时细胞膜则会裂痕或衰减不均匀。但通过在裂解前添加酶来变质其调查小组织，深入研究职员可以将肠道脑其调查小组织拓展到更加早尺寸的4.5倍[8]。两年后，该一个团队将该一新方法相接至十几种其调查小组织特性，其中所一些可以拓展16倍[9]。“能确保物理放大乘积的分之一准确，这个关键技术才宝贵，”Boyden话说。
月份，Boyden一个团队能用这个表达单单来方式来定位其调查小组织中所的特定RNA，这是一个叫作密闭RNA调查小组学的子层面。他们首先扩展了肠道脑其调查小组织的一部分，然后对锚定的RNA同步进行了而会测序[10]。
衰减细胞学光学联合RNA测序(左)主导推断单单了肠道视觉皮层骨骼肌元的构件(右)。 来源：S. Alon et al./Science
德国马克斯普朗克脑深入研究所（Max Planck Institute for Brain Research）的骨骼肌深入研究一个团队Erin Schuman深入研究RNA在名叫肝细胞的骨骼肌细胞膜连接处如何还原，时至今日他一直依靠银染色等间接一新方法来由此可知形此操作过程。Schuman打算直接在肝细胞中所看到一新还原的RNA。但肝细胞是由长而细的织物形出的，这些被叫作轴突的织物依赖于不错的大分子标示单单。“它们其实是那种最难深入研究的东西”，她话说。
通过衰减细胞学光学关键技术，Schuman一个团队第一次看到，完全所有的轴突外侧都有还原一新RNA的前提[11]。“它确实表哥我们以高置信度接触肝细胞，并同步进行高通量统计分析”，她话说。
斯坦福大学（Stanford University）生命体工程师Bo Wang采用该来进行创建者了一张成像由此可知像，简介了典型小肠病原体致病如何与人体细胞膜大体上粒子。在最佳化“变质”步骤时，Wang和室友见到该一新方法可用于计算蜂蜜菌动物细胞膜的导电性。这个中空的致密，是该病原体对制剂和病原体威慑的关键。计算微型静止的机械特性很不方便，但衰减细胞学光学关键技术表哥助一个团队计算了单个批次中所数千个动物细胞膜的气压，以认识蜂蜜菌如何对病原体威慑前提要用单单反应[12]。“值得注意的手段可以表哥助讲出植物、真菌和许多各不相同品种的表征疑虑”，Wang话说。
骨骼肌星星
2007年，由哈佛大学骨骼肌深入研究一个团队Jeff Lichtman和Joshua Sanes积极支持的一个团队合作开发单单一种一新方法来区别肠道脑部中所产生矛盾的骨骼肌元[13]。深入研究职员构建了一个系统会，其中所格式较少数萤光蛋白的基因组由骨骼肌元特有的闭环基因组控制，该基因组两侧是关键字，关键字将引导重调查小组酶对这些萤光基因组同步进行随即表达单单来。细胞膜则会受益基因组“盒”的多个日志，当深入研究职员介导鉴别重调查小组关键字的RNA时，它则会将这些基因组改调查小组为各种随机小配对，并体现为如星星般的萤光。他们称此来进使用暴力脑虹（Brainbow）。
Gabriel Victora回老家见到自己在耶鲁大学（New York University）主修深入研究生时，对那些如一个大般绚烂的脑部由此可知片大感震撼，每个细胞膜色都不一样。但Victora的深入研究集中所于所谓中所心（淋巴结的一种微观构件，免疫细胞膜在此内部矛盾和土壤）。“我们从尚未赶紧明白可以用这项关键技术，”如今已是纽平均市惠特尼大学（Rockefeller University）免疫学家的Victora话说，“我打算起当年在打算，‘可惜是那是在脑部里’。”
Lichtman曾打算标示单单单个细胞膜的能力也将有助于解决精细尺度的细节疑虑，例如脑部中所的肝细胞连接。但是小的细胞膜构件萤光大分子较少，消除的萤光频谱最亮实在——上则会都太暗了没法用。Lichtman对此，他对结果感到失望，在此之后转向了诸如连续切片读取电子细胞学镜之类的关键技术，在这种关键技术中所，石头其调查小组织被重复光学、切削、再次光学，以绘由此可知骨骼肌连接由此可知。“你得为这项临时工寻觅合理的来进行，在这种前提，Brainbow实在用，”他话说。
脑虹标示单单的所谓中所心。 来源：Carla Nowosad
Lichtman确实采用Brainbow在外面骨骼肌系统会要用了实验，其中所细胞膜之遥较几倍，因此微弱的萤光也可以通过观察到。其他一个团队已经针对各不相同生命体相应了来进行——例如灵长类动物脑部的 Flybow和尖尾其调查小组织的Zebrabow。Brainbow与衰减细胞学光学关键技术相结合，使深入研究职员都能检查哺乳动物其调查小组织中所的细胞膜形状和控制点[14]。
而在Victora那里，有一种名叫Confetti的肠道三维将脑虹关键技术拓展了非骨骼肌元细胞膜，这重一新点燃了他对Brainbow的兴趣。在淋巴结的所谓中所心内，出群的B细胞膜分泌各不相同血清，并彼此竞争。大多数所谓中所心持续保持着血清大分子的多样性。但Victora一个团队见到，在5-10%所谓中所心内，能消除高亲和力血清的B细胞膜量可以很快超过其它B细胞膜，并收回老家所谓中所心[15]。通过Brainbow这些“复制激化（clonal burst）”的深入研究职员在第一次标示单单细胞膜时，看到所谓中所心的所有细胞膜都呈现各不相同的色。然后，当一个优势复制收回老家时，它的后裔——所有这些都与亲代细胞膜具有相同的色——将所谓中所心从彩色换成单色。他话说：“Brainbow非常清楚地显示了B细胞膜错综复杂这种的分工。”
基因组调查小组编纂蓝由此可知
如果深入研究一个团队都能还原清晰的等位基因组，他们就可以赋予细胞膜最初动态，换出致病的遗传都能或一新设计最初实验系统会同步进行深入研究。但是，等位基因组还原不能一蹴而就。
2010年，深入研究职员拼凑单单第一个蜂蜜菌的还原基因组调查小组[16]。他们将蜂蜜菌DNA改建出短由此可知片，再将它们拼接在一起，然后一次一个由此可知片地绑定一部分等位基因组，直到更加早DNA完全被还原对应物所代替。加州理工学院的Wang话说，自从第一次在此之后以来，这个操作过程大体上持续保持不变。尽管在蜂蜜菌和蜂蜜方面争得了显著进展，但该关键技术从尚未拓展至基因组调查小组更加适合于的生命体。因此，在2016年，深入研究职员宣布了基因组调查小组编纂蓝由此可知（Genome Project-write），旨在还原适合于的基因组调查小组，有数有机体的基因组调查小组。
该工程建设（Nature 557, 16-17; 2018）启动时野心勃勃，由于银行贷款和关键技术的双重面对，上去却不得不降低努力，不感兴趣一新设计一种能抵抗病毒的有机体细胞膜系。但这种影响力也的DNA还原无论如何很难，一新设计格式一新动态的遗传城铁也一样。麻省理工学院的还原遗传学家Christopher Voigt对此，目前，这类临时工不大程度上仍属于个别深入副研究员或小一个团队的劲敌。如果打算要大影响力也基因组小配对出变得可行，那么这个操作过程必须扭转。“这就像单人建起飞，从一新设计到小装配什么都要用，”他话说，“这话说明了我们西南方在基因组调查小组这个影响力也上要用一新设计有多遥几倍。”
尽管如此，Wang认为这个高贵的目标无论如何可以倡议层面向右转型。“还原以外基因组调查小组的或许倡议了关键技术的转型。这是一个良性循环：一旦我们有了来进行，它就则会使基因组小配对出更加加可行，人们也则会将更加多能源顺利完出该层面。”
参考资料文献：
1. Fredens, J. et al. Nature 569, 514–518 (2019).
2. Meyer, K. D. et al. Cell 149, 1635–1646 (2012).
3. Linder, B. et al. Nature Methods 12, 767–772 (2015).
4. Garcia-Campos, M. A. et al. Cell 178, 731–747 (2019).
5. Begik, O. et al. Preprint at bioRxiv (2021).
6. Mereu, E. et al. Nature Biotechnol. 38, 747–755 (2020).
7. Sungnak, W. et al. Nature Med. 26, 681–687 (2020).
8. Chen, C., Tillberg, P. W. Max Boyden, E. S. Science 347, 543–548 (2015).
9. Chang, J.-B. et al. Nature Methods 14, 593–599 (2017).
10. Alon, S. et al. Science 371, eaax2656 (2021).
11. Hafner, A.-S., Donlin-Asp, P. G., Leitch, B., Herzog, E. Max Schuman, E. M. Science 364, eaau3644 (2019).
12. Lim, Y. et al. PLoS Biol. 17, e3000268 (2019).
13. Livet, J. et al. Nature 450, 56–62 (2007).
14. Shen, F. Y. et al. Nature Commun. 11, 4632 (2020).
15. Nowosad, C. R. et al. Nature 588, 321–326 (2020).
16. Gibson, D. G. et al. Science 329, 52–56 (2010).
原文以Five trendy technologies: where are they now?标题刊发在2021年6月21日的《自然》的关键技术还用版块上
© nature
doi: 10.1038/d41586-021-01684-7
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