回老家顾迅速崭露头角的杰显现出研究临时工应用软件和项目，我们可以辨认显现出一些共同的变成功间接地。
当被谈到专长时，Kaihang Wang的讲显现出很索性：“手艺人”。毕竟他在加州所大学伯克利分校（California Institute of Technology）的大部分临时工都与造东西有关，尽管不是用铃铛和钉子。Wang的结构设计团队研发了原子应用软件，以外一个该系统——人类文明学家可以通过编程，将长的人工合变成DNA链转至寄生虫巨噬细胞[1]。先行度理性过后，Wang证明了了一个更为科学知识的讲显现出：人工合变成人类文明学或基因序列工程。“从根本上却说，我们所有奋斗主要由一个基本上能够推展，那就是体现生命”，他却说。
和Wang一样，当手头的应用软件过剩时，许多人类文明学家不会跨学科找回老家材质、共同研发者或有所不同的作法。这促变成了全原先命名的作法或三巨头，如“衰减放射变光学（expansion microscopy）”或“基因序列编写构想（Genome Project-write）”。其中所一些作法或三巨头由于其新科技技能及显要的威望而在化学家中所引起轰动。
即将到来：“人类文明巨噬细胞图解”。举例来说：改编自Getty。
亚利桑那州立所大学研究临时工科学知识修辞学的Erika Szymanski透露，为一个领域或应用软件取个琅琅上口的名字，可以为研究临时工者创建显现出探究的定义软件该系统。“就像放射镜受到限制了我们用它能注意到什么，我们只能‘看见’那些有名字的东西，”她却说，“尝试以原先软件该系统来理性临时工有时不会很有变实效，因为它修筑显现出紧致，让我们可以想象原先的有可能。”
在本文中所，《大自然》探究了依然15年中所5项享有盛誉的新科技。有些仍然修筑了原先的研究临时工领域或取得了资金投入支助；有些加强了在世界上共同研发，或者在研究临时工中所辨认显现出了有所不同于原先急于的原先能够。无论是探究了巨噬细胞机能，催生了公司和麻醉药，还是在疫情期间为卫生执行者提供了反馈，这5项新科技都在科学知识史上埋没浓墨重彩的一笔。
基因表达磷酸化一组学
与基因序列DNA一样，信使RNA可以携带忽略其机能或命运的化学标示，例如乙基或酰基。这种剪裁这不确立，并且有辨认显现出得显现出结论，某些mRNA很低度一组蛋白而其他mRNA很难，指向了这些标示的人类文明学作用。2012年，威尔怀普的所大学（Weill Cornell Medical College）的RNA人类文明学家Samie Jaffrey等研发了一种作法来识别该系统值得注意于磷酸化一组（巨噬细胞或人类文明体中所磷酸化显现出来的所有RNA）中所的普定mRNA一组蛋白标示，命原是m6A[2]。
该研究临时工的共同作者Christopher Mason也在威尔怀普的所大学临时工，他体现了“基因表达磷酸化一组学”这一同义词来解释该结构设计团队的论据，即乙基标示恒定mRNA磷酸化本的活性，从而得显现出结论为什么核糖体水平这不平常与字符它们的磷酸化本的丰度相匹配。“这可能是遗传字符的原先层面，这一点很众多人。”Jaffrey却说。原先名称使其他人更为容易解释这个定义。
几年仍然，基因表达磷酸化一组学仍然的发展变成一个独立的领域，有专门从事的资金投入、不会议和共同研发需求。西班牙马德里基因序列调控中所心 (Centre for Genomic Regulation，CRG) 的RNA人类文明学家Eva Maria Novoa Pardo却说：“在某种程度上，一个原先词的体现充满活力了整个人才培养群体的显现显现出。”
Jaffrey和Mason的以前作法是采用m6A普异性来转化长为100-200个RNA的剪裁RNA片段，然后他们通过PCR对其展开深入研究。后来，该结构设计团队将普异性与底物裂解，然后沉淀普异性建构的RNA片段以精确相对于一组蛋白肽链，从而聚合第一个单RNA水平的一组蛋白mRNA图解。这有助识别该系统另一类携带剪裁的原子，称为染色质RNA[3]。“我们今天开始认同一个想要：m6A的一个主要机能是标示RNA以实现快速而政府”，Jaffrey却说，这对巨噬细胞忽略和适应环境的技能至关重要。
随后化学家研发了可以在普定核酸上切割非一组蛋白RNA的核糖体。研发者、巴勒斯坦人魏茨兹科学知识研究临时工所（Weizmann Institute of Science）RNA人类文明学家Schraga Schwartz借助于该应用软件，不仅能检测普相对于点是不是被重写，还可以检测携带一组蛋白基序的磷酸化本的百分比。当Schwartz等将其运用整个磷酸化一组时，他们辨认显现出基于普异性的新科技遗漏了据统计75%的剪裁肽链，得显现出结论其敏感性有限[4]。“这个结果更让人精采，”他却说，“以前就一种，今天有了两种作法，我们看弊端更为全面了。”
从前，基因表达磷酸化一组学研究临时工其他部门可以采用基体孔PCR仪同样读取剪裁过的 RNA。与传统观念PCR仪所需先行通过PCR将RNA转化为DNA有所不同，这些精密将RNA原子通过核糖体基体孔并归因于普定的电流，然后解密电流信号以赚取RNA核酸。依然，解密电流信号的PCR搜索算法经常误读一组蛋白的m6ARNA。因此，2019年Novoa等人结构设计了一种搜索算法（今年早些时候有更为原先[5]），采用这些错误来统计数据分析哪些肽链携带一组蛋白RNA。“有可能对天然RNA展开PCR（而无需先行将其PCR变成DNA），为磷酸化一组修筑了无不确定性的图景”，她却说。
人类文明巨噬细胞图解
2003年人类文明基因序列PCR的完变成，以及研究临时工单巨噬细胞的原先应用软件的显现显现出，让化学家开始畅想是不是可以对每个人类文明巨噬细胞的独普右方、行为和发育展开素描。英国Carl研究临时工所（Wellcome Sanger Institute）遗传学家Sarah Teichmann和美国南旧金山基因序列泰克（Genentech）的近似值人类文明学家Aviv Regev就是其中所两位。
2016月底，Teichmann、Regev等聚在一起争辩这个想要。人类文明巨噬细胞图解构想（Human Cell Atlas）由此肇始，这是一个采用单巨噬细胞间接地描画每个人类文明巨噬细胞、该一组织和肾脏的结构上、遗传学和人类文明学的项目。该小一组强调对外开放、资源共享的作法：任何人都可以参加，并且该三巨头采用相当多的原子和近似值作法收集反馈。
“很难什么金标准化新科技可以实现所有目的，”在CRG 研究临时工单巨噬细胞PCR新科技并指派该三巨头标准化和新科技临时工一组的Holger Heyn却说，“每种作法都有误差。我们整合的新科技越多，误差就更少。”
在2020年的一项研究临时工中所，Heyn等人在一一组普通参考样本中所尤其了13种单巨噬细胞RNAPCR新科技，并根据其辨认显现出巨噬细胞普异性标示物的技能展开评论[6]。他们辨认显现出，结果差异的一个主要举例来说是样本中所巨噬细胞的大小。“我们的能够不是比个很低下，而是立即通过每种新科技能赚取哪些反馈”，Heyn却说。
人类文明巨噬细胞图解三巨头今天在77个国家拥有据统计2200名变成员，他们总共分析了来自14个主要肾脏的有约3900万个巨噬细胞，并撰写了据统计80篇文章，而且这些大写字母还在不断缩减。
此外，这些统计数据还有助揭开COVID-19的奥秘。2020年初，三巨头变成员汇集了26个已撰写和并未撰写的统计数据集，以认识冠状流感病毒SARS-CoV-2如何入侵肠胃该一组织。他们描画了流感病毒用作重回该一组织（以外额头、嘴巴和眼睛等）的巨噬细胞表面受体图[7]。在此之后，世界各地的研究临时工其他部门采用该图解来认识感染每一次。Teichmann透露，它甚至有助为卫生执行者提供反馈，例如拒绝人们戴口罩的方针。“这场疫情对人类文明巨噬细胞图解构想来却说似乎是变革性的，”她却说，“它展现了巨噬细胞图解的内涵——即使还是以前的、不完整的图解。”
衰减放射变光学
尽管许多着迷于放射镜分辨率的研究临时工其他部门专注于构筑更为好的应用程序，但神经一组织化学家Ed Boyden实施了有所不同的策略。他与芝加哥所大学的同事一起，结构设计了一种称为衰减放射变光学（expansion microscopy）的新科技，它可以像给气球打气一样扩充巨噬细胞和该一组织。
该作法将一种称为丙烯酸酯的裂解汇流探头中所。加水不会避免裂解聚合和衰减，随着其扩充，巨噬细胞一组分被推开。以前尝试时巨噬细胞不会破裂或衰减不均匀。但通过在聚合前添加核糖体来变质该一组织，研究临时工其他部门可以将人体内脑该一组织扩充到早期大小的4.5倍[8]。两年后，该结构设计团队将该作法延伸至十几种该一组织并不一定，其中所一些可以扩充16倍[9]。“能适当物理转换成平方根的比例正确，这个新科技才有内涵，”Boyden却说。
今年，Boyden结构设计团队借助于这个定义来相对于该一组织中所的普定RNA，这是一个称为紧致磷酸化一组学的子领域。他们首先行扩展了人体内脑该一组织的一部分，然后对锚定的RNA展开了原位PCR[10]。
衰减放射变光学共同RNAPCR(左)共同探究了人体内视觉大脑皮质神经一组织元的结构上(右)。 举例来说：S. Alon et al./Science
德国霍夫兹相对论性脑研究临时工所（Max Planck Institute for Brain Research）的神经一组织化学家Erin Schuman研究临时工核糖体在原是神经元的神经一组织巨噬细胞连接处如何人工合变成，长期以来他长期倚赖银两染色等间接作法来GIS此每一次。Schuman想同样在神经元中所注意到原先人工合变成的核糖体。但神经元是由长而细的外皮转变变成的，这些被称为轴突的外皮缺乏更佳的原子标示。“它们本来是那种最难研究临时工的东西”，她却说。
通过衰减放射变光学新科技，Schuman结构设计团队第一次注意到，几乎所有的轴突末端都有人工合变成原先核糖体的机制[11]。“它似乎帮我们以很低置信度交谈神经元，并展开很低通量分析”，她却说。
柏克莱加州所大学（Stanford University）人类文明技师Bo Wang采用该应用软件创建了一张很低分辨率三维，展示了罕见排泄菌株沙门氏菌如何与人体巨噬细胞相互作用。在构建“变质”两步时，Wang和同事辨认显现出该作法可用作测量寄生虫巨噬表皮的硬度。这个坚硬的外层，是该菌株对抗生素和寄生虫防御的关键因素。测量微型静止的飞轮普性很麻烦，但衰减放射变光学新科技帮助结构设计团队测量了单个批次中所数千个巨噬表皮的风力，以认识寄生虫如何对寄生虫防御机制认真到反应[12]。“类似的策略可以帮助讲显现出木本植物、真菌和许多有所不同类群的内分泌弊端”，Wang却说。
神经一组织星星
2007年，由斯坦福所大学神经一组织化学家Jeff Lichtman和Joshua Sanes指派的结构设计团队研发显现出一种作法来区分开人体内小脑中所纠缠的神经一组织元[13]。研究临时工其他部门构建了一个该系统，其中所字符少数红光蛋白的基因序列由神经一组织元普有的恒定核酸控制，该核酸后侧是标签，标签将充满活力合并核糖体对这些红光基因序列展开马上表达。巨噬细胞不会给予基因序列“箱”的多个副本，当研究临时工其他部门激活识别该系统合并标签的核糖体时，它不会将这些基因序列接管为各种随机一Pop，并表现为如星星般的红光。他们称此应用软件为脑虹（Brainbow）。
Gabriel Victora回老家见到自己在纽有约所大学（New York University）攻读研究临时工生时，对那些如万花筒般灿烂的小脑图表大感震撼，每个巨噬细胞橙色都不一样。但Victora的研究临时工集中所于----中所心（肿瘤的一种微观结构上，免疫巨噬细胞在此崩解和生长）。“我们很难立即忘记可以用这项新科技，”从前已是纽有约市洛克菲勒所大学（Rockefeller University）免疫学家的Victora却说，“我记得当时在想，‘可惜是那是在小脑里’。”
Lichtman曾借此标示单个巨噬细胞的技能将有助应对精密尺度的细节弊端，例如小脑中所的神经元连接。但是小的巨噬细胞结构上红光原子少，归因于的红光信号亮度不够——通常都太暗了没法用。Lichtman透露，他对结果感到失望，在此之后转向了诸如连续切开扫描电子放射镜之类的新科技，在这种新科技中所，旁边该一组织被重复变光学、冲压、先行次变光学，以描画神经一组织连接图。“你得为这项临时工找到合理的应用软件，在这种前提，Brainbow不够用，”他却说。
脑虹标示的----中所心。 举例来说：Carla Nowosad
Lichtman似乎采用Brainbow在外围神经一组织该系统认真了实验，其中所巨噬细胞相距较远，因此微弱的红光也可以判读到。其他结构设计团队仍然针对有所不同人类文明调整了应用软件——例如果蝇小脑的 Flybow和斑马鱼该一组织的Zebrabow。Brainbow与衰减放射变光学新科技相建构，使研究临时工其他部门能够核查动物该一组织中所的巨噬细胞形状和连通性[14]。
而在Victora那里，有一种原是Confetti的人体内模型将脑虹新科技扩展到了非神经一组织元巨噬细胞，这重原先点燃了他对Brainbow的好奇心。在肿瘤的----中所心内，变成群的B巨噬上皮细胞有所不同普异性，并彼此竞争。大多数----中所心保有着普异性原子的大自然。但Victora结构设计团队辨认显现出，在5-10%----中所心内，能归因于很低亲和力普异性的B巨噬细胞数量可以迅速超过其它B巨噬细胞，并接管----中所心[15]。通过Brainbow这些“克隆激化（clonal burst）”的研究临时工其他部门在第一次标示巨噬细胞时，注意到----中所心的所有巨噬细胞都看显现出有所不同的橙色。然后，当一个战术上克隆接管时，它的后代——所有这些都与亲代巨噬细胞具有相同的橙色——将----中所心从彩色变为单色。他却说：“Brainbow十分清楚地结果显示了B巨噬细胞二者之间这种的分工。”
基因序列编写构想
如果化学家能够人工合变成完整的等位基因序列，他们就可以突显巨噬细胞原先的机能，更为换致病的遗传间接地或结构设计原先的实验该系统展开研究临时工。但是，等位基因序列人工合变成只能一蹴而就。
2010年，研究临时工其他部门拼凑显现出第一个寄生虫的人工合变成基因序列[16]。他们将寄生虫DNA翻修变成短片段，先行将它们拼接在一起，然后一次一个片段地交换一部分等位基因序列，直到早期DNA完全被人工合变成对应物所取代。加州所大学伯克利分校的Wang却说，自从第一次尝试以来，这个每一次基本上保有相同。尽管在寄生虫和酵母总体取得了总体进展，但该新科技从没推展至基因序列更为复杂的人类文明。因此，在2016年，研究临时工其他部门宣布了基因序列编写构想（Genome Project-write），旨在人工合变成复杂的基因序列，以外人类文明的基因序列。
该项目（Nature 557, 16-17; 2018）驱动器的野心，由于资金投入和新科技的双重挑战，后面却不得不降低期望，专注结构设计一种能压制流感病毒的人类文明巨噬细胞系。但这种规模的DNA人工合变成即使如此很难，结构设计字符原先机能的遗传该线路也一样。芝加哥所大学的人工合变成人类文明学家Christopher Voigt透露，目前，这类临时工不大程度上仍属于个别研究临时工员或小结构设计团队的威风。如果想要大规模基因序列人工合变成变得可行，那么这个每一次必须忽略。“这就像单人造直升机，从结构设计到一组装什么都认真，”他却说，“这却探究我们距离在基因序列这个规模上认真结构设计有多恰好。”
尽管如此，Wang认为这个尊荣的能够即使如此可以推展领域向前的发展。“人工合变成全基因序列的动机推展了新科技的的发展。这是一个良性循环：一旦我们有了应用软件，它就不会使基因序列人工合变成更为加可行，人们也不会将更为多资源投入该领域。”
参考文献：
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. Wild 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. Wild 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).
原意以Five trendy technologies: where are they now?歌名撰写在2021年6月底21日的《大自然》的新科技普写版块上
© nature
doi: 10.1038/d41586-021-01684-7
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