回来顾迅速崭露头角的杰造出科学研究方法和重大项目，我们可以辨认出一些联合的最终种系统。
当被问到专长时，Kaihang Wang的回来答很干脆：“手艺人”。毕竟他在柏克莱加州大学（California Institute of Technology）的大部份临时工都与材外面有关，尽管不是用锤次子和钉次子。Wang的制作组技术开发了分次子方法，除此以外一个该系统——免疫学家可以通更是进一步式设计者，将长的催化DNA链转入微生物细胞膜[1]。再度思考过后，Wang给造出了一个更是科学的回来答：催化免疫学或遗传碱基工程。“根本原因时说，我们所有努力主要由一个基本要能推动，那就是创材生命”，他时说。
和Wang一样，当手头的方法不足时，许多免疫学家就会跨学科寻找材料、联合开源或完全都相同的法则。这促已成了全都另行命名的法则或Union，如“收缩全都像扫描（expansion microscopy）”或“遗传碱基编写著手（Genome Project-write）”。其中都一些法则或Union由于其关键技术战斗能力及看重的声望而在科学科学研究中都引起轰动。
即将要到：“生物细胞膜记事”。相关联：改编自Getty。
亚利桑那州立大学科学研究科学人文学科的Erika Szymanski问到，为一个层面或方法取个琅琅上口的姓氏，可以为科学研究者创建造出探索的概念构建。“就像全都像镜受到限制了我们用它能看到什么，我们只能‘认出’那些有姓氏的外面，”她时说，“再前以另行构建来思考临时工有时就会很有已成效，因为它辟造出维度，让我们可以想要象另行的显然性。”
在本文中都，《共存》探索了过去15年中都5项著名的关键技术。有些不太显然辟了另行的科学研究层面或拿到了资金资助；有些加强了全都球联合开发，或者在科学研究中都辨认出了完全都相同于最初意图的另行要能。无论是阐明了细胞膜机能，催生了新公司和疗法，还是在霍乱期间为卫生协调缺少了文档，这5项关键技术都在自然科学上留下浓墨重彩的一笔。
微小酪氨酸组学
与遗传碱基DNA一样，哨兵RNA可以带上扭转其机能或结局的化学标记，例如乙基或色氨酸。这种标记并不规范化，并且有辨认出断定，某些mRNA整体酪氨酸而其他mRNA未，指向了这些标记的免疫学依赖性。2012年，威尔怀特该大学（Weill Cornell Medical College）的RNA免疫学家Samie Jaffrey等技术开发了一种法则来辨认都有于酪氨酸组（细胞膜或微生物中都酪氨酸造出来的所有RNA）中都的特定mRNA酪氨酸标记，命名叫m6A[2]。
该科学研究的联合作者Christopher Mason也在威尔怀特该大学临时工，他创材了“微小酪氨酸组学”这一术语来解释该制作组的假定，即乙基标记调节mRNA酪氨酸本的活性，从而断定为什么核糖体水准并不总是与字节它们的酪氨酸本的核素相关联。“这显然是遗传突变字节的另行层面，这一点很吸引人。”Jaffrey时说。另行名称使其他人更是容易理解这个概念。
几年下来，微小酪氨酸组学不太显然转变已成一个独立的层面，有专门的资金、内阁就会议和联合开发需求量。法国巴塞罗那遗传碱基调控中都心 (Centre for Genomic Regulation，CRG) 的RNA免疫学家Eva Maria Novoa Pardo时说：“在某种程度上，一个双关语的创材引领了整个科研个体的造浮现。”
Jaffrey和Mason的一时期法则是用到m6A免疫反应来分离长为100-200个核苷酸的标记RNA片段，然后他们通过核酸对其来进行断定。后来，该制作组将免疫反应与底物聚合，然后沉淀免疫反应结合的RNA片段以精确定位酪氨酸核糖体，从而生已成第一个单核苷酸水准的酪氨酸mRNA记事。这并能辨认另一类带上标记的分次子，统称核仁RNA[3]。“我们现今开始认同一个初衷：m6A的一个主要机能是标记RNA以实现快速周转”，Jaffrey时说，这对细胞膜扭转和适应环境的战斗能力至关重要。
随后科学科学研究技术开发了可以在特定碱基上切割非酪氨酸RNA的酶。技术开源、黎巴嫩魏茨特科学科学研究室（Weizmann Institute of Science）RNA免疫学家Schraga Schwartz利用该方法，不仅能扫描特定核糖体否被修改，还可以扫描带上酪氨酸基序的酪氨酸本的百分比。当Schwartz等将其应主要用途整个酪氨酸组时，他们辨认出基于免疫反应的关键技术附注了有有约75%的标记核糖体，断定其敏感性极少[4]。“这个结果难以置信有趣，”他时说，“以前就一种，现今有了两种法则，我们看弊端更是年初了。”
如今，微小酪氨酸组学科学研究临时工人员可以用到纳米穿孔核酸仪实际上复制到标记过的 RNA。与传统文化核酸仪并不需要再通过逆酪氨酸将RNA转变已成为DNA完全都相同，这些光学仪器将RNA分次子通过核糖体纳米穿孔并消除特定的电阻，然后解码电阻回来波以缺少RNA碱基。过去，解码电阻回来波的核酸正则表达式经常曲解酪氨酸的m6A核苷酸。因此，2019年Novoa等人设计者了一种正则表达式（当年早些时候有更是另行[5]），用到这些错误来预测哪些核糖体带上酪氨酸核苷酸。“有显然对天然RNA来进行核酸（而无需再将其逆酪氨酸已成DNA），为酪氨酸组辟了无偏差的；还有”，她时说。
生物细胞膜记事
2003年生物遗传碱基核酸的完已成，以及科学研究单细胞膜的另行方法的造浮现，让科学科学研究开始畅想要否可以对每个生物细胞膜的独特位置、行为和发育来进行图画。英国维格科学研究室（Wellcome Sanger Institute）遗传突变学家Sarah Teichmann和美国南三藩市遗传哈维（Genentech）的计算免疫学家Aviv Regev就是其中都两位。
2016年内，Teichmann、Regev等聚在一起讨论这个初衷。生物细胞膜记事著手（Human Cell Atlas）由此孕育，这是一个用到单细胞膜种系统绘已成每个生物细胞膜、的组织和器官的结构、遗传突变学和免疫学的重大项目。该小组务实开放、互助的法则：任何人都可以参与，并且该Union用到广泛的分次子和计正则表达式则收集文档。
“未什么金规范关键技术可以实现所有目的，”在CRG 科学研究单细胞膜核酸关键技术并领导该Union规范和关键技术临时工组的Holger Heyn时说，“每种法则都有误差。我们定位的关键技术越多，误差就越远。”
在2020年的一项科学研究中都，Heyn等人在一组普通参考取样中都比较了13种单细胞膜RNA核酸关键技术，并根据其辨认出细胞膜特异性标记物的战斗能力来进行赞扬[6]。他们辨认出，结果差异的一个主要相关联是取样中都细胞膜的大小。“我们的要能不是比个高下，而是决定通过每种关键技术能缺少哪些文档”，Heyn时说。
生物细胞膜记事Union现今在77个国家拥有有有约2200名已全都体成员，他们合共数据分析了来自14个主要器官的有约3900万个细胞膜，并登载了有有约80篇文章，而且这些数字还在不断减少。
此外，这些资料还并能解开COVID-19的奥秘。2020年初，Union已全都体成员汇成了26个已登载和未登载的资料集，以了解冠状病毒SARS-CoV-2如何重新占领肺的组织。他们绘已成了病毒主要用途进入的组织（除此以外鼻次子、嘴巴和胸部等）的细胞膜表面受体图[7]。此后，各种类型的科学研究临时工人员用到该记事来了解感染更是进一步。Teichmann问到，它甚至并能为卫生协调缺少文档，例如要求人们戴便衣的政策。“这场霍乱对生物细胞膜记事著手来时说或许是变革性的，”她时说，“它展现了细胞膜记事的价值——即使还是一时期的、不完整的记事。”
收缩全都像扫描
尽管许多惊奇于全都像镜高分辨率的科学研究临时工人员个人兴趣于打材更是好的硬件，但神经科学科学研究Ed Boyden采取了完全都相同的策略。他与麻省理工学院的同事一起，设计者了一种统称收缩全都像扫描（expansion microscopy）的关键技术，它可以像给火球打气一样扩大细胞膜和的组织。
该法则将一种统称丙烯酸酯的聚合汇流样品中都。加水就会造已成聚合聚合和收缩，随着其扩大，细胞膜成分被推开。一时期再前时细胞膜就会破裂或收缩不不规则。但通过在聚合前附加酶来软化的组织，科学研究临时工人员可以将活体脑的组织扩大到许多现代大小的4.5倍[8]。两年后，该制作组将该法则延伸至十几种的组织类型，其中都一些可以扩大16倍[9]。“能确保物理放大平方根的为数正确地，这个关键技术才有价值，”Boyden时说。
当年，Boyden制作组利用这个概念来定位的组织中都的特定RNA，这是一个统称维度酪氨酸组学的次子层面。他们首再扩展了活体脑的组织的一部分，然后对锚定的RNA来进行了原位核酸[10]。
收缩全都像扫描联合RNA核酸(左)联合阐明了活体视觉效果皮层神经系统的结构(右边)。 相关联：S. Alon et al./Science
法国汉斯普朗克脑科学研究室（Max Planck Institute for Brain Research）的神经科学科学研究Erin Schuman科学研究核糖体在名叫动作电位的内皮细胞膜连接处如何催化，长期以来他一直依靠银染色等间接法则来可视化此更是进一步。Schuman想要实际上在动作电位中都看到另行催化的核糖体。但动作电位是由长而细的纤维形已成的，这些被统称轴突的纤维忽视良好的分次子标记。“它们回来事是那种最难科学研究的外面”，她时说。
通过收缩全都像扫描关键技术，Schuman制作组第一次看到，几乎所有的轴突末端都有催化另行核糖体的机制[11]。“它或许帮我们以高置信度接触动作电位，并来进行PCR数据分析”，她时说。
麻省理工学院（Stanford University）生物工程师Bo Wang用到该方法创建了一张实时图像，展示了常见肠道病原体病毒性如何与人体细胞膜相互依赖性。在优化“软化”步骤时，Wang和同事辨认出该法则可主要用途测量微生物细胞膜壁的硬度。这个坚硬的很薄，是该病原体对抗生素和宿主防御的关键。测量微型物体的机械特性很困难，但收缩全都像扫描关键技术帮助制作组测量了单个批次中都数千个细胞膜壁的其中心，以了解微生物如何对宿主防御机制做造出反应[12]。“相近的策略可以帮助回来答寄生植物、病原体和许多完全都相同物种的生理弊端”，Wang时说。
神经月光
2007年，由哈佛大学神经科学科学研究Jeff Lichtman和Joshua Sanes领导的制作组技术开发造出一种法则来区分活体神经中都死里逃生的神经系统[13]。科学研究临时工人员构建了一个该系统，其中都字节少数紫外光蛋白的遗传由神经系统特有的调节碱基控制，该碱基外侧是ID，ID将正向重新分配酶对这些紫外光遗传来进行立即暗示。细胞膜就会给予遗传“盒”的多个副本，当科学研究临时工人员酪氨酸辨认重新分配ID的核糖体时，它就会将这些遗传重整为各种随机配对，并体现为如月光般的紫外光。他们称此方法为脑虹（Brainbow）。
Gabriel Victora回来忆起自己在纽有约大学（New York University）攻读科学研究生时，对那些如在在般华丽的神经图片大感骇人，每个细胞膜紫色都不一样。但Victora的科学研究集中都于无用中都心（淋巴结的一种物理结构，免疫细胞膜在此内部矛盾和生长）。“我们未立即想要到可以用这项关键技术，”如今已是纽有约市洛克菲勒大学（Rockefeller University）免疫学家的Victora时说，“我记得当时在想要，‘可惜是那是在神经里’。”
Lichtman曾希望标记单个细胞膜的战斗能力将并能解决精细时间尺度的细节弊端，例如神经中都的动作电位连接。但是小的细胞膜结构紫外光分次子少，消除的紫外光回来波亮度不够——通常都太暗了没法用。Lichtman问到，他对结果感到失望，此后继续发展了诸如年终切开扫描电次子全都像镜之类的关键技术，在这种关键技术中都，边上的组织被以此类推扫描、切削、最终扫描，以绘已成神经连接图。“你得为这项临时工寻觅有用的方法，在这种情况下，Brainbow不够用，”他时说。
脑虹标记的无用中都心。 相关联：Carla Nowosad
Lichtman或许用到Brainbow在周围神经该系统做了试验，其中都细胞膜相距较远，因此微弱的紫外光也可以观察到。其他制作组不太显然针对完全都相同生物微调了方法——例如果蝇神经的 Flybow和遗传突变工程的组织的Zebrabow。Brainbow与收缩全都像扫描关键技术相结合，使科学研究临时工人员能够检查哺乳动物的组织中都的细胞膜形状和外延[14]。
而在Victora那里，有一种名叫Confetti的活体模型将脑虹关键技术集中于了非神经系统细胞膜，这重另行点燃了他对Brainbow的兴趣。在淋巴结的无用中都心内，已成群的B肝细胞膜完全都相同免疫反应，并彼此竞争。大多数无用中都心依然着免疫反应分次子的多样性。但Victora制作组辨认出，在5-10%无用中都心内，能消除高依赖性免疫反应的B细胞膜为数可以迅速最多其它B细胞膜，并接管无用中都心[15]。通过Brainbow这些“克隆愈演愈烈（clonal burst）”的科学研究临时工人员在第一次标记细胞膜时，看到无用中都心的所有细胞膜都呈现完全都相同的紫色。然后，当一个劣势克隆接管时，它的祖再——所有这些都与子代细胞膜具有相同的紫色——将无用中都心从彩色变为单色。他时说：“Brainbow极其清楚地时说明了B细胞膜之间这种的分工。”
遗传碱基编写著手
如果科学科学研究能够催化完整的DNA，他们就可以赋予细胞膜另行的机能，更是换病毒性的遗传突变种系统或设计者另行的试验该系统来进行科学研究。但是，DNA催化不能一蹴而就。
2010年，科学研究临时工人员拼凑造出第一个微生物的催化遗传碱基[16]。他们将微生物DNA改材已成片段段，再将它们重新配对在一起，然后一次一个片段地互换一部分DNA，直到许多现代DNA完全都被催化对应物所取代。柏克莱加州大学的Wang时说，自从第一次再前以来，这个更是进一步基本依然相同。尽管在微生物和酵母方面拿到了显著进展，但该关键技术早已扩大至遗传碱基更是适合于的生物。因此，在2016年，科学研究临时工人员宣布了遗传碱基编写著手（Genome Project-write），旨在催化适合于的遗传碱基，除此以外生物的遗传碱基。
该重大项目（Nature 557, 16-17; 2018）启动时雄心勃勃，由于资金和关键技术的双重挑战，后面却不得不降低期盼，个人兴趣设计者一种能抵抗病毒的生物细胞膜系。但这种为数的DNA催化仍然很难，设计者字节另行机能的遗传突变线路也一样。麻省理工学院的催化免疫学家Christopher Voigt问到，目前，这类临时工很大程度上仍属于个别科学研究员或小制作组的作对。如果想要要大为数遗传碱基催化变得可行，那么这个更是进一步须要扭转。“这就像单人材飞机，从设计者到制材什么都做，”他时说，“这时说明我们距离在遗传碱基这个为数上做设计者有多远处。”
尽管如此，Wang看来这个高尚的要能仍然可以推动层面向前转变。“催化全都遗传碱基的动机推动了关键技术的转变。这是一个良性循环：一旦我们有了方法，它就就会使遗传碱基催化更是加可行，人们也就会将更是多资源投入该层面。”
参考资料：
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. & 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. & 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).
标题以Five trendy technologies: where are they now?标题登载在2021年6月21日的《共存》的关键技术特写除此以外上
© nature
doi: 10.1038/d41586-021-01684-7
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