归来顾随之声名大噪的杰显露学术界工具箱和施工建设，我们可以发掘显露一些一同的成功途径。
当被谈及专精于时，Kaihang Wang的归来答很干脆：“手艺人”。毕竟他在加州大学伯克利分校（California Institute of Technology）的仅有工作都与材两边有关，尽管不是用镰刀和钉子。Wang的小三组开发新了分子会工具箱，有数一个支配系统——微生物学家可以通过编程，将长的制备DNA链调至粗菌粗胞内[1]。便度思考过后，Wang给显露了一个相当科学知识的归来答：制备微生物学或人类基因三组计划施工。“从根本上时说，我们所有努力主要由一个也就是说目的有鉴于此，那就是创材精神上”，他时说。
和Wang一样，当手头的工具箱极低时，许多微生物学家都会跨学科找回胶合板、一同者或有所不同的方式。这推动了全从新命名的方式或Alliance，如“变大显微镜光学（expansion microscopy）”或“人类基因三组计划编著计划（Genome Project-write）”。其中都会一些方式或Alliance由于其技术开发新支配能力及看重的声誉而在研究小三组中都会引起轰动。
即将准备好：“进化粗胞内记事”。；也：一部Getty。
科罗拉多普渡大学学术界科学知识诗学的Erika Szymanski声称，为一个行业或工具箱取个琅琅上口的起名，可以为学术界者创建显露探寻的也就是说概念方法论。“就像全像限制了我们用它能见到什么，我们仅仅‘看见’那些有起名的两边，”她时说，“尝试以从新方法论来思考工作有时都会很有经济效益，因为它从新开显露空间，让我们可以一心象一从新必要性。”
在本文中都会，《大自然》探寻了过去15年中都会5项著名的技术开发新。有些之前从新开了一从新学术界行业或争得了经费私人机构；有些加强了全球一同，或者在学术界中都会发掘显露了有所不同于最初意平面图的从新目的。无论是阐明了粗胞内功用，有鉴于此了公司和疗法，还是在疫情期间为心理卫生议程提供了统计数据，这5项技术开发新都在科学知识史上留下浓墨重彩的一笔。
基因表达核糖体三组学
与人类基因三组计划DNA一样，信使RNA可以装载扭曲其功用或命运的化学标示显露，例如羧酸或糖基。这种剪裁相当分立，并且有发掘显露指显露，某些mRNA高度磷酸化而其他mRNA未，看成了这些标示显露的微生物学作用。2012年，威尔梅森该大学（Weill Cornell Medical College）的RNA微生物学家Samie Jaffrey等开发新了一种方式来鉴别普遍存在于核糖体三组（粗胞内或微生物中都会核糖体显露来的所有RNA）中都会的兹定mRNA磷酸化标示显露，命取名为m6A[2]。
该学术界的一同作者Christopher Mason也在威尔梅森该大学工作，他创材了“基因表达核糖体三组学”这一术语来解读该小三组的推论，即羧酸标示显露缓冲mRNA核糖体本的活性，从而指显露为什么氨基酸水平相当常常与编码器它们的核糖体本的丰度值得注意。“这可能是遗传基因编码器的从新技术性，这一点很相当是人。”Jaffrey时说。从新英文名称使其他人相当容易理解这个也就是说概念。
几年下来，基因表达核糖体三组学之前集中于成一个实质上的行业，有专门的经费、都会议和一同需求。西班牙巴塞罗那人类基因三组计划调控中都会心 (Centre for Genomic Regulation，CRG) 的RNA微生物学家Eva Maria Novoa Pardo时说：“在不太可能上，一个从新词的创材引领了整个科研人员小团体的显露现。”
Jaffrey和Mason的早期方式是应用于m6A抗原来受控长为100-200个碱基的剪裁RNA完整版，然后他们通过人类基因三组计划对其顺利进行断定。后来，该小三组将抗原与位点交联，然后沉淀抗原结合的RNA完整版以精确定位磷酸化核糖体，从而生成第一个单碱基水平的磷酸化mRNA记事。这相当进一步鉴别另一类装载剪裁的分子会，统称核仁RNA[3]。“我们今日开始认同一个一心法：m6A的一个主要功用是标示显露RNA以付诸更快周转”，Jaffrey时说，这对粗胞内扭曲和适应环境的支配能力至关重要。
随后研究小三组开发新了可以在兹定脱氧核糖核酸上研磨非磷酸化RNA的粗胞内质。Linux、以色列魏茨弗科学知识学术界所（Weizmann Institute of Science）RNA微生物学家Schraga Schwartz利用该工具箱，不仅能检测兹定核糖体是不是被修改，还可以检测装载磷酸化基序的核糖体本的多于。当Schwartz等将其应运用于整个核糖体三组时，他们发掘显露基于抗原的技术开发新都是了据统计75%的剪裁核糖体，指显露其诱因局限[4]。“这个结果极度惊喜，”他时说，“之前就一种，今日有了两种方式，我们看弊端相当全面了。”
如今，基因表达核糖体三组学学术界执法人员可以应用于纳米小孔人类基因三组计划仪直接读取剪裁过的 RNA。与传统人类基因三组计划仪需便通过PCR将RNA转化为DNA有所不同，这些器材将RNA分子会通过氨基酸纳米小孔并转化成兹定的线圈，然后解码线圈瞬时以获取RNA脱氧核糖核酸。过去，解码线圈瞬时的人类基因三组计划算法经常误读磷酸化的m6A碱基。因此，2019年Novoa等人其设计了一种算法（今年早些时候有相当从新[5]），应用于这些错误来预测哪些核糖体装载磷酸化碱基。“有可能对天然RNA顺利进行人类基因三组计划（而无需便将其PCR成DNA），为核糖体三组从新开了无偏差的平面远景”，她时说。
进化粗胞内记事
2003年进化人类基因三组计划人类基因三组计划的已完成，以及学术界单粗胞内的从新工具箱的显露现，让研究小三组开始畅一心是不是可以对每个进化粗胞内的独兹位置、行为和胚胎顺利进行上色。大英帝国维康该学都会学术界所（Wellcome Sanger Institute）遗传基因学家Sarah Teichmann和美国南旧金山基因脱氧核糖核酸泰克（Genentech）的计数微生物学家Aviv Regev就是其中都会两位。
2016上半年，Teichmann、Regev等聚在一齐讨论这个一心法。进化粗胞内记事计划（Human Cell Atlas）由此诞生，这是一个应用于单粗胞内途径绘显露每个进化粗胞内、该三组织和人体器官的骨架、遗传基因学和微生物学的施工建设。该小三组合理化开放、协作的方式：任何人都可以策划，并且该Alliance应用于广泛的分子会和计数方式得来统计数据。
“未什么金标准技术开发新可以付诸所有目的，”在CRG 学术界单粗胞内人类基因三组计划技术开发新并领导者该Alliance标准和技术开发新工作三组的Holger Heyn时说，“每种方式都有最大值。我们结合的技术开发新得越多，最大值就得越少。”
在2020年的一项学术界中都会，Heyn等人在一三组大多参考样本中都会尤其了13种单粗胞内RNA人类基因三组计划技术开发新，并根据其发掘显露粗胞内兹异性标示显露物的支配能力顺利进行高度评价[6]。他们发掘显露，结果差异的一个主要；也是样本中都会粗胞内的大小不一。“我们的目的不是比个高下，而是最终通过每种技术开发新能获取哪些统计数据”，Heyn时说。
进化粗胞内记事Alliance今日在77个国家拥有据统计2200名成员，他们总计比对了来自14个主要人体器官的有约3900万个粗胞内，并刊载了据统计80篇文章，而且这些数字还在不断增加。
此外，这些统计数据还相当进一步解开COVID-19的奥秘。2020上半年，Alliance成员主干了26个已刊载和未刊载的统计数据集，以了解到病毒性SARS-CoV-2如何入侵肺该三组织。他们绘显露了病毒运用于进入该三组织（有数舌头、舌头和眼睛等）的粗胞内表面兹异性平面图[7]。在此期间，多国的学术界执法人员应用于该记事来了解到感染相当进一步。Teichmann声称，它甚至相当进一步为心理卫生议程提供统计数据，例如要求人们穿口罩的政策。“这场疫情对进化粗胞内记事计划来时说不太可能是变革性的，”她时说，“它描绘显露了粗胞内记事的意义——即使还是早期的、不相当简单的记事。”
变大显微镜光学
尽管许多著迷于全像像素的学术界执法人员不感天分于打材相当好的嵌入式，但骨骼肌研究小三组Ed Boyden规避了有所不同的策略。他与芝加哥大学的熟人一齐，其设计了一种统称变大显微镜光学（expansion microscopy）的技术开发新，它可以像给气球助威一样缩减粗胞内和该三组织。
该方式将一种统称丙烯酸酯的交联流出容器中都会。浸泡都会致使交联裂解和变大，随着其缩减，粗胞内三组分被推开。早期尝试时粗胞内都会破裂或变大不各向同性。但通过在裂解前添加粗胞内质来软化该三组织，学术界执法人员可以将人体内人脑该三组织缩减到更早大小不一的4.5倍[8]。两年后，该小三组将该方式延伸至十几种该三组织兹性，其中都会一些可以缩减16倍[9]。“能确保电学高频率平方根的比例正确，这个技术开发新才有意义，”Boyden时说。
今年，Boyden小三组利用这个也就是说概念来定位该三组织中都会的兹定RNA，这是一个统称空间核糖体三组学的子行业。他们首便扩展了人体内人脑该三组织的一部分，然后对锚定的RNA顺利进行了移置人类基因三组计划[10]。
变大显微镜光学共同RNA人类基因三组计划(左)一同阐明了人体内视觉脑骨骼肌的骨架(右)。 ；也：S. Alon et al./Science
德国马克斯普朗克人脑学术界所（Max Planck Institute for Brain Research）的骨骼肌研究小三组Erin Schuman学术界氨基酸在取名为骨骼肌的骨骼肌粗胞内连接处如何制备，当今他始终借助于缯染色等间接方式来GIS此相当进一步。Schuman一心直接在骨骼肌中都会见到从新制备的氨基酸。但骨骼肌是由长而粗的织物形成的，这些被统称轴突的织物缺乏较好的分子会标示显露。“它们其实是那种最难学术界的两边”，她时说。
通过变大显微镜光学技术开发新，Schuman小三组第一次见到，几乎所有的轴突末端都有制备从新氨基酸的机制[11]。“它不太可能三人我们以高置信度受伤害骨骼肌，并顺利进行高通量比对”，她时说。
斯坦福大学（Stanford University）微生物施工师Bo Wang应用于该工具箱创建了一张高像素平面图像，展示了典型肠胃病原体沙门氏菌如何与人粗胞核内电磁场。在优化“软化”方式中时，Wang和熟人发掘显露该方式可运用于量度粗菌粗胞内壁的硬度。这个粗大的包覆，是该病原体对青霉素和肠胃强攻的极其重要。量度微型物体的机械设备兹性很艰难，但变大显微镜光学技术开发新三人助小三组量度了单个装配中都会数千个粗胞内壁的准确度，以了解到粗菌如何对肠胃强攻机制继续做显露反应[12]。“类似的策略可以三人助归来答动植物、真菌和许多有所不同物种的生物体弊端”，Wang时说。
骨骼肌七彩
2007年，由哈佛大学骨骼肌研究小三组Jeff Lichtman和Joshua Sanes领导者的小三组开发新显露一种方式来分辨人体内大人脑中都会周旋的骨骼肌[13]。学术界执法人员紧密结合了一个支配系统，其中都会编码器少数激光粗胞内的基因脱氧核糖核酸由骨骼肌兹有的缓冲脱氧核糖核酸支配，该脱氧核糖核酸两侧是首页，首页将引导重三组粗胞内质对这些激光基因脱氧核糖核酸顺利进行随即表示。粗胞内都会得不到基因脱氧核糖核酸“盒”的多个所有未，当学术界执法人员抑制鉴别重三组首页的氨基酸时，它都会将这些基因脱氧核糖核酸改三组为各种随机三组合，并表现为如七彩般的激光。他们称此工具箱为人脑虹（Brainbow）。
Gabriel Victora归来说起自己在宾夕法尼亚大学（New York University）主修学术界生时，对那些如沙漏般绚烂的大人脑平面图片大感更是，每个粗胞内红色都不一样。但Victora的学术界集中都会于亦非中都会心（淋巴结的一种微观骨架，免疫粗胞内在此分崩离析和生长）。“我们未尽快一心到可以用这项技术开发新，”如今已是纽有约市巴克利大学（Rockefeller University）免疫学家的Victora时说，“我记得当时在一心，‘可惜是那是在大人脑里’。”
Lichtman曾希望标示显露单个粗胞内的支配能力将相当进一步解决精粗时间尺度的粗节弊端，例如大人脑中都会的骨骼肌连接。但是小的粗胞内骨架激光分子会少，转化成的激光瞬时亮度缺少——多半都太暗了没法用。Lichtman声称，他对结果极度失望，在此期间转向了诸如紧接著基底图像电子全像之类的技术开发新，在这种技术开发新中都会，一块该三组织被移位光学、切削、便次光学，以绘显露骨骼肌连接平面图。“你得为这项工作见到适合于的工具箱，在这种情况下，Brainbow缺少用，”他时说。
人脑虹标示显露的亦非中都会心。 ；也：Carla Nowosad
Lichtman不太可能应用于Brainbow在四周骨骼肌支配系统继续做了试验中，其中都会粗胞内相距较远，因此微弱的激光也可以通过观察到。其他小三组之前针对有所不同微生物调整了工具箱——例如跳蚤大人脑的 Flybow和尖尾该三组织的Zebrabow。Brainbow与变大显微镜光学技术开发新相结合，使学术界执法人员尽可能检查灵长类动物该三组织中都会的粗胞内形状和的网络[14]。
而在Victora那里，有一种取名为Confetti的人体内基本概念将人脑虹技术开发新集中于了非骨骼肌粗胞内，这重从新点燃了他对Brainbow的天分。在淋巴结的亦非中都会心内，成对的B粗胞内分泌有所不同抗原，并彼此竞争。大多数亦非中都会心保持稳定着抗原分子会的动动植物。但Victora小三组发掘显露，在5-10%亦非中都会心内，能转化成高依赖性抗原的B粗胞内使用量可以随之高达其它B粗胞内，并接管亦非中都会心[15]。通过Brainbow追踪这些“沃克结束（clonal burst）”的学术界执法人员在第一次标示显露粗胞内时，见到亦非中都会心的所有粗胞内都重现有所不同的红色。然后，当一个优势沃克接管时，它的后代——所有这些都与亲代粗胞内具有有所不同的红色——将亦非中都会心从彩色转为单色。他时说：“Brainbow相当清楚地看出了B粗胞内彼此之间这种的社会三组织。”
人类基因三组计划编著计划
如果研究小三组尽可能制备相当简单的DNA，他们就可以给与粗胞内一从新功用，相当换病毒性的遗传基因途径或其设计一从新试验中支配系统顺利进行学术界。但是，DNA制备必须一蹴而就。
2010年，学术界执法人员拼凑显露第一个粗菌的制备人类基因三组计划[16]。他们将粗菌DNA改材成短完整版，便将它们拼凑在一齐，然后一次一个完整版地交换一部分DNA，直到更早DNA完全被制备对应物所取代。加州大学伯克利分校的Wang时说，自从第一次尝试以来，这个相当进一步也就是说保持稳定基本上。尽管在粗菌和粗菌多方面争得了突显露进展，但该技术开发新从未集中于至人类基因三组计划相当适合于的微生物。因此，在2016年，学术界执法人员达成协议了人类基因三组计划编著计划（Genome Project-write），宗旨制备适合于的人类基因三组计划，有数进化的人类基因三组计划。
该施工建设（Nature 557, 16-17; 2018）启动时雄心勃勃，由于经费和技术开发新的双重单打独斗，中间却不得不降低期盼，不感天分其设计一种能抵抗病毒的进化粗胞内系。但这种覆盖面的DNA制备仅仅并不需要，其设计编码器从新功用的遗传基因线路也一样。芝加哥大学的制备微生物学家Christopher Voigt声称，现在，这类工作很大程度上仍属于个别学术界员或小小三组的单打独斗。如果一心要大覆盖面人类基因三组计划制备变得可行，那么这个相当进一步必须扭曲。“这就像单人材飞机，从其设计到三组装什么都继续做，”他时说，“这时暗示我们距离在人类基因三组计划这个覆盖面上继续做其设计有多遥远。”
尽管如此，Wang忽视这个高尚的目的仅仅可以有鉴于此行业脚步集中于。“制备全人类基因三组计划的动机有鉴于此了技术开发新的集中于。这是一个良性循环：一旦我们有了工具箱，它就都会使人类基因三组计划制备相当加可行，人们也都会将相当多资源投入该行业。”
以下内容：
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. Price 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. Price 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?标题刊载在2021年6月21日的《大自然》的技术开发新兹写版块上
© nature
doi: 10.1038/d41586-021-01684-7
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