回来顾很快成名的杰出新学术研究机器和这两项，我们可以挖掘出新一些携手的取得成功简而言之。
当被问及专长时，Kaihang Wang的却真是很于是便：“手艺人”。毕竟他在加州理工学院（California Institute of Technology）的大部秘密第一组织化作都与修造东西有关，尽管不是用锤次子和钉次子。Wang的制作第一组合作开发了分次子机器，最主要一个种系统——学家可以通过演算，将长的人工合成DNA链转入寄生虫蛋白质[1]。其后反思过后，Wang给出新了一个越加来越加社会科学的却真是：人工合成微生物科学或线粒体工程。“从根本上真是，我们所有努力指导工作主要由一个整体目标推动，那就是创修造生命”，他真是。
和Wang一样，当手头的机器不足时，许多学家亦会跨学科寻找材料、合作关系者或各有不同的步骤。这推波助澜了以外一新取名的步骤或Union，如“增大显微镜显微镜（expansion microscopy）”或“线粒体编写方案（Genome Project-write）”。其中会一些步骤或Union由于其电子技术战斗能力及显赫的声誉而在社会科学学术研究中会引起轰动。
快要到来：“人类所蛋白质由此可知真是”。是从：执导Getty。
科罗拉多州立大学学术研究社会科学修辞学的Erika Szymanski回应，为一个领域或机器取个琅琅上口的名字，可以为学术研究者成立出新揭示的种概念框架。“就像显微镜镜限制了我们用它能一心到什么，我们勉强‘认出新’那些有名字的东西，”她真是，“尝试以一新框架来反思指导工作有时亦会很有经济效益，因为它开辟出新空间，让我们可以一心象一属于自己不太可能性。”
在本文中会，《自然》揭示了过往15年中会5项著名的电子技术。有些已经开辟了一属于自己学术研究领域或赢得了财力资助；有些加强了以外球合作关系，或者在学术研究中会挖掘出新了各有不同于最初意由此可知的一新目标。无论是概述了蛋白质特性，推波助澜了日本公司和制剂，还是在流感期间为医疗保健决策提供了个人信息，这5项电子技术都在社会与哲学上留下浓墨重彩的一笔。
一般真是来激活第一组学
与线粒体DNA一样，信使RNA可以收纳发生变化其特性或命运的化学上标，例如苯基或糖基。这种去除却是统一，并且有挖掘出新得出新结论，某些mRNA高度磷酸化而其他mRNA没，指向了这些上标的微生物科学作用。2012年，尼尔理查德学院（Weill Cornell Medical College）的RNA学家Samie Jaffrey等合作开发了一种步骤来识别普遍存在于激活第一组（蛋白质或微生物体中会激活出新来的所有RNA）中会的特定mRNA磷酸化上标，取来由m6A[2]。
该学术研究的携手著者Christopher Mason也在尼尔理查德学院指导工作，他创修造了“一般真是来激活第一组学”这一术语来理解该制作第一组的假设，即苯基上标调控mRNA激活本的活性，从而得出新结论为什么核酸准确度却是常常与字节它们的激活本的丰度相匹配。“这不太可能是性状字节的一新层面，这一点很带给人。”Jaffrey真是。一新名称使其他人越加来越加容易理解这个种概念。
几年下去，一般真是来激活第一组学已经发展成一个独立的领域，有专门的财力、亦小第一组会议和合作关系需求。安达卢西亚巴塞隆纳线粒体基因表达中会心 (Centre for Genomic Regulation，CRG) 的RNA学家Eva Maria Novoa Pardo真是：“在同样上，一个一新词的创修造引领了整个工程技术社群的出新现。”
Jaffrey和Mason的早期步骤是应用于m6A病原体来分离长为100-200个核糖的去除RNA片段，然后他们通过PCR对其透过鉴定。其后，该制作第一组将病原体与催化交联，然后硫酸病原体联结的RNA片段以精确出新发点磷酸化位点，从而生成第一个单核糖准确度的磷酸化mRNA由此可知真是。这并能识别另一类收纳去除的分次子，被称作胚芽RNA[3]。“我们现在开始认同一个意念：m6A的一个主要特性是上标RNA以借助快速而政府”，Jaffrey真是，这对蛋白质发生变化和适应环境的战斗能力至关重要。
随后社会科学学术研究合作开发了可以在特定脱氧核糖核酸上整块非磷酸化RNA的肽。合作开源、以色列魏茨弗社会科学学术研究机构（Weizmann Institute of Science）RNA学家Schraga Schwartz能用该机器，不仅能验证特出新发点点是否被修改，还可以验证收纳磷酸化基序的激活本的百分比。当Schwartz等将其应用于整个激活第一组时，他们挖掘出新基于病原体的电子技术遗漏了据统计75%的去除位点，得出新结论其敏感性有限[4]。“这个结果令人惊艳，”他真是，“在此之之前就一种，现在有了两种步骤，我们看关键问题越加来越加以外面了。”
如今，一般真是来激活第一组学学术研究指导工作人员可以应用于薄膜盖PCR仪同样读取去除过的 RNA。与整体上PCR仪勉强先通过逆激活将RNA转化为DNA各有不同，这些精密将RNA分次子通过核酸薄膜盖并归因于特定的电流，然后音讯电流信号以获取RNA脱氧核糖核酸。过往，音讯电流信号的PCR插值经常误读磷酸化的m6A核糖。因此，2019年Novoa等人结构设计了一种插值（来年此之前有越加来越加一新[5]），应用于这些错误来计算哪些位点收纳磷酸化核糖。“无论如何对天然RNA透过PCR（而无需先将其逆激活成DNA），为激活第一组开辟了无偏差的由此可知景”，她真是。
人类所蛋白质由此可知真是
2003年人类所线粒体PCR的完成，以及学术研究单蛋白质的一新机器的出新现，让社会科学学术研究开始畅一心是否可以对每个人类所蛋白质的独特后方、行为和发育透过绘由此可知。英国维格学术研究机构（Wellcome Sanger Institute）性状学家Sarah Teichmann和美国南旧金山基因哈维（Genentech）的计算学家Aviv Regev就是其中会两位。
2016年底，Teichmann、Regev等聚在两人讨论这个意念。人类所蛋白质由此可知真是方案（Human Cell Atlas）由此诞生，这是一个应用于单蛋白质简而言之所画每个人类所蛋白质、秘密第一组织和生殖器官的结构上、性状学和微生物科学的这两项。该小第一组强调开放、协作的步骤：任何人都可以参与，并且该Union应用于广泛的分次子和计算步骤收集个人信息。
“没什么金标准电子技术可以借助所有最终目标，”在CRG 学术研究单蛋白质PCR电子技术并领导该Union标准和电子技术指导工作第一组的Holger Heyn真是，“每种步骤都有误差。我们整合的电子技术越加多，误差就越加较少。”
在2020年的一项学术研究中会，Heyn等人在一第一组除此以外参考样本中会比较了13种单蛋白质RNAPCR电子技术，并根据其挖掘出新蛋白质基因表达上标物的战斗能力透过赞扬[6]。他们挖掘出新，结果关联性的一个主要是从是样本中会蛋白质的大小。“我们的目标不是比个高下，而是决定通过每种电子技术能获取哪些个人信息”，Heyn真是。
人类所蛋白质由此可知真是Union现在在77个国内拥有据统计2200名团体，他们总共分析了来自14个主要生殖器官的近3900万个蛋白质，并刊登了据统计80文中，而且这些数字还在不断增加。
此外，这些数据集还并能解开COVID-19的领悟。2020年初，Union团体分作了26个已刊登和未能刊登的数据集集，以明白冠状病原SARS-CoV-2如何入侵肺秘密第一组织。他们所画了病原用于进入秘密第一组织（最主要鼻次子、嘴巴和额头等）的蛋白质外层受体由此可知[7]。此后，世界各地的学术研究指导工作人员应用于该由此可知真是来明白粗菌感染过程。Teichmann回应，它甚至并能为医疗保健决策提供个人信息，例如要求人们戴裤次子的政策。“这场流感对人类所蛋白质由此可知真是方案来真是确实是变革性的，”她真是，“它展现了蛋白质由此可知真是的意义——即使还是早期的、不比较简单的由此可知真是。”
增大显微镜显微镜
尽管许多着迷于显微镜镜分辨率的学术研究指导工作人员全心投入于打修造越加来越加好的硬体，但骨骼肌社会科学学术研究Ed Boyden采取了各有不同的方式而。他与麻省理工学院的同事两人，结构设计了一种被称作增大显微镜显微镜（expansion microscopy）的电子技术，它可以像给气球打气一样延展蛋白质和秘密第一组织。
该步骤将一种被称作丙烯酸酯的小分子注入探头中会。加水亦会导致小分子聚合和增大，随着其延展，蛋白质第一成分被推开。早期尝试时蛋白质亦会破裂或增大不均匀。但通过在聚合之前添加肽来转化成秘密第一组织，学术研究指导工作人员可以将大鼠人体内延展到早期大小的4.5倍[8]。两年后，该制作第一组将该步骤横跨至十几种秘密第一组织种类，其中会一些可以延展16倍[9]。“能尽不太可能物理放大倍数的百分比正确，这个电子技术才有意义，”Boyden真是。
来年，Boyden制作第一组能用这个种概念来出新发点秘密第一组织中会的特定RNA，这是一个被称作空间激活第一组学的次子领域。他们首先延展了大鼠人体内的一部分，然后对锚定的RNA透过了原位PCR[10]。
增大显微镜显微镜联合RNAPCR(左)携手概述了大鼠视觉皮层中枢神经系统的结构上(直)。 是从：S. Alon et al./Science
德国马克斯普朗克脑学术研究机构（Max Planck Institute for Brain Research）的骨骼肌社会科学学术研究Erin Schuman学术研究核酸在来由LTP的骨骼肌蛋白质并排如何人工合成，长期以来他直至依赖银染色等间接步骤来可视化此过程。Schuman一心同样在LTP中会一心到一新人工合成的核酸。但LTP是由长而粗的织物形成的，这些被被称作轴突的织物缺乏良好的分次子上标。“它们其实是那种最难学术研究的东西”，她真是。
通过增大显微镜显微镜电子技术，Schuman制作第一组第一次一心到，几乎所有的轴突末端都有人工合成一新核酸的机制[11]。“它确实帮我们以高置信度接触LTP，并透过高通量分析”，她真是。
斯坦福大学（Stanford University）微生物工程师Bo Wang应用于该机器成立了一张高分辨率由此可知像，展示了常见大肠寄生虫大肠杆菌如何与人体蛋白质相互作用。在可用性“转化成”步骤时，Wang和同事挖掘出新该步骤可用于测量寄生虫蛋白质壁的抗腐蚀。这个厚实的外层，是该寄生虫对抗生素和宿主防御的关键。测量微型物体的机械特性很难于，但增大显微镜显微镜电子技术帮助制作第一组测量了单个批次中会数千个蛋白质壁的强度，以明白寄生虫如何对宿主防御机制一心到出新催化[12]。“类似的方式而可以帮助却真是植物学、真菌和许多各有不同物种的认知关键问题”，Wang真是。
骨骼肌闪耀
2007年，由哈佛大学骨骼肌社会科学学术研究Jeff Lichtman和Joshua Sanes领导的制作第一组合作开发出新一种步骤来区分大鼠中枢神经系统中会爱恋的中枢神经系统[13]。学术研究指导工作人员紧密结合了一个种系统，其中会字节较少数激光蛋白的基因由中枢神经系统特有的调控脱氧核糖核酸管控，该脱氧核糖核酸正中是标签，标签将引导改第一组肽对这些激光基因透过随即表达。蛋白质亦会得到基因“盒”的多个副本，当学术研究指导工作人员激活识别改第一组标签的核酸时，它亦会将这些基因改第一组为各种随机Pop，并表现为如闪耀般的激光。他们称此机器为脑虹（Brainbow）。
Gabriel Victora回来一心起自己在纽近大学（New York University）攻读学术研究生时，对那些如万花筒般花香的中枢神经系统由此可知片大感震惊，每个蛋白质颜色都不一样。但Victora的学术研究集中会于所谓中会心（上皮细胞的一种微观结构上，免疫蛋白质在此分裂和生长）。“我们没立即一心到可以用这项电子技术，”如今已是纽近市洛克菲勒大学（Rockefeller University）免疫学家的Victora真是，“我记得当时在一心，‘但他却是那是在中枢神经系统里’。”
Lichtman曾努力上标单个蛋白质的战斗能力将并能解决精粗尺度的具体关键问题，例如中枢神经系统中会的LTP相互连接。但是小的蛋白质结构上激光分次子较少，归因于的激光信号亮度过于——多半都太暗了没法用。Lichtman回应，他对结果感觉到失望，此后转向了诸如连续切口追踪电次子显微镜镜之类的电子技术，在这种电子技术中会，上面秘密第一组织被重复显微镜、切削、先次显微镜，以所画骨骼肌相互连接由此可知。“你得为这项指导工作找到合适的机器，在这种但会，Brainbow过于用，”他真是。
脑虹上标的所谓中会心。 是从：Carla Nowosad
Lichtman确实应用于Brainbow在远处骨骼肌粗胞一心到了实验者，其中会蛋白质相距较远，因此很弱的激光也可以观察到。其他制作第一组已经针对各有不同微生物调整了机器——例如果蝇中枢神经系统的 Flybow和斑马鱼秘密第一组织的Zebrabow。Brainbow与增大显微镜显微镜电子技术相联结，使学术研究指导工作人员勉强检查哺乳动物秘密第一组织中会的蛋白质形状和当系统[14]。
而在Victora那里，有一种来由Confetti的大鼠模型将脑虹电子技术延展到了非中枢神经系统蛋白质，这重一新点燃了他对Brainbow的热情。在上皮细胞的所谓中会心内，成群的B蛋白质分泌各有不同病原体，并彼此竞争。大多数所谓中会心维持着病原体分次子的多样性。但Victora制作第一组挖掘出新，在5-10%所谓中会心内，能归因于高可塑性病原体的B蛋白质数量可以很快超过其它B蛋白质，并交还所谓中会心[15]。通过Brainbow这些“克隆爆发（clonal burst）”的学术研究指导工作人员在第一次上标蛋白质时，一心到所谓中会心的所有蛋白质都呈现各有不同的颜色。然后，当一个优势克隆交还时，它的后代——所有这些都与个体蛋白质具有相同的颜色——将所谓中会心从彩色转化成单色。他真是：“Brainbow极为似乎地显示了B蛋白质之间这种的秘密第一组织化。”
线粒体编写方案
如果社会科学学术研究勉强人工合成比较简单的突变，他们就可以赋予蛋白质一属于自己特性，越加来越加换致病的性状简而言之或结构设计一属于自己实验者种系统透过学术研究。但是，突变人工合成不能一蹴而就。
2010年，学术研究指导工作人员拼凑出新第一个寄生虫的人工合成线粒体[16]。他们将寄生虫DNA改修造成短片段，先将它们拼接在两人，然后一次一个片段地中介一部分突变，直到早期DNA完以外被人工合成对应物所取代。加州理工学院的Wang真是，自从第一次尝试以来，这个过程整体维持定值。尽管在寄生虫和大肠杆菌方面赢得了显著进展，但该电子技术从未能拓展至线粒体越加来越加适合于的微生物。因此，在2016年，学术研究指导工作人员宣布了线粒体编写方案（Genome Project-write），旨在人工合成适合于的线粒体，最主要人类所的线粒体。
该这两项（Nature 557, 16-17; 2018）启动时雄心勃勃，由于财力和电子技术的双重同样，上面却不得不减较少期望，全心投入结构设计一种能反击病原的人类所蛋白质系。但这种规模的DNA人工合成一直很难，结构设计字节一新特性的性状线路也一样。麻省理工学院的人工合成学家Christopher Voigt回应，目之前，这类指导工作很大程度上仍分属个别副所长或小制作第一组的威风。如果希望大规模线粒体人工合成似乎合理，那么这个过程需要发生变化。“这就像单人修造起飞，从结构设计到第一组装什么都一心到，”他真是，“这真是明了我们距离在线粒体这个规模上一心到结构设计有多恰好。”
尽管如此，Wang认为这个崇高的目标一直可以推动领域向之前发展。“人工合成以外线粒体的或许推动了电子技术的发展。这是一个良性循环：一旦我们有了机器，它就亦会使线粒体人工合成越加来越加加合理，人们也亦会将越加来越加多资源投入该领域。”
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. & 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).
原文以Five trendy technologies: where are they now?篇名刊登在2021年6月21日的《自然》的电子技术特写乒乓上
© nature
doi: 10.1038/d41586-021-01684-7
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