Nature盘点2010值得期待的技术

Method of the Year 2009（年度技术）颁给了近年来引起多领域关注的iPS技术，其获奖评价为：iPS技术是对生物研究很有意义的一项技术。同时作为年度技术专题，系列文章中还包含了“技术展望”，对一些值得期待的技术进行了归总，这些技术可能不完整，可能还不成熟，但是在未来很可能成为关键，具有重要意义的技术方法。

　　

生物通报道：Nature杂志推出了“2009 Review of the Year”（年度回顾），其中包括The power player（年度新闻人物），New 2009（年度新闻），2009 Gallery: Images of the year （年度图片），Method of the Year 2009（年度技术）等，对2009年的科技进展、科技政策及一些重要人物进行了评点。

其中Method of the Year 2009（年度技术）颁给了近年来引起多领域关注的iPS技术，其获奖评价为：iPS技术是对生物研究很有意义的一项技术。有了iPS技术，科学家们可能在干细胞的基础研究、疾病模型的研究领域取得新的突破。2008年的年度技术是超分辨率荧光显微镜（super-resolution fluorescence microscopy），2007年的是新一代测序技术。

同时作为年度技术专题，系列文章中还包含了“技术展望”，对一些值得期待的技术进行了归总，这些技术可能不完整，可能还不成熟，但是在未来很可能成为关键，具有重要意义的技术方法。

定向蛋白质组学（Targeted proteomics）

所谓“Targeted proteomics”指的是通过质谱技术检测目标蛋白的高灵敏，可重复性方法，这种方法可以整合硬件，软件和试剂，用于在包括生物标志物研究的蛋白质组学应用中，重现性地定量成百上千的蛋白。因此targeted proteomics被称为第四代蛋白质组学，发展不可限量！

具体内容请见生物通：2009年最值得关注的技术：定向蛋白质组学

天然大脑光学成像（Optical imaging of the native brain）

在光学显微镜方面的技术进步开启了大脑功能细胞水平的研究，虽然目前还只是停留在小鼠和大鼠的水平，但是这些进步为人类理解最令人费解的器官——大脑打开了一扇门。

2009年在这方面获得的技术进步可以归总到两个方面：完整和天然。双光子显微镜（Two-photon Microscope）技术的发展实现了对完整大脑进行分析，这种技术结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术，可以在不损伤细胞的前提下，提高了荧光检测效率，这主要是因为双光子显微技术利用的是长波长，长波长的光比短波长的光受散射影响较小，容易穿透标本，而且对细胞毒性小。

另外一个方面是实现了天然大脑的分析，之前的研究只能进行麻醉小鼠的研究，现在研究人员能利用Styrofoam balls（聚苯乙烯泡沫塑料球）模拟现实环境，实现对天然大脑的成像分析。

未来大脑的研究技术可能会超乎我们的想象，不仅是从空间构架上，而且在更多的方面实现我们多年以来对于人体自我结构认识的愿景。

基因组的三维结构（Mapping genomes in 3D）

“科学美国人”杂志对这项成果的归纳是：基因组，现在是三维的了！确实，基因组三维结构的认识提高了我们对基因远程调控，复杂修饰等方面的了解，而且更为重要的是，由此衍生的Hi-C，ChIA-PET等技术在各种具体研究中的广阔应用。

具体内容请见生物通：2009年最值得关注的技术：基因组的三维结构

单细胞技术（Single-cell methods）

从微观到宏观，又从宏观到微观，人类认识事物的过程真是颇具哲理性。单个细胞或分子的分析技术无疑是未来生命科学技术中的一大亮点，目前渐见端倪的是单分子测序技术和单细胞成像技术。

2009年单细胞技术在许多方面获得了进展，发展出了单细胞转录组分析（single-cell RNA-Seq），单细胞蛋白质组分析，单细胞代谢图谱分析等。这些提示我们，也许将来，当各种技术融合进体内，体外单细胞技术，当我们能利用生物信息学和模型构建方法（modeling approaches）分析可检测的变异对细胞功能有何影响的时候，就能获得更多动力学解释，更加细致的生物学标记图。

无标记成像（Label-free microscopy）

生物学研究要“回归”无标记时代是个令人振奋的消息，我们从无标记时代 (传统光学显微镜) 发展到了标记（各种基于荧光标记而发展起来的技术）时代，再从蓬勃发展的标记时代跨入无标记时代，看上去像是一个轮回，却不是个轮回，因为其间蕴含了无限的发展。

具体内容请见生物通：2009年最值得关注的技术：无标记成像

高通量表型分析（High-throughput phenotyping）

现代生物学发展需要高通量的分析手段，这尤其表现在，当你拿到了自己感兴趣生物的基因组的时候，我们不仅希望能分析各种基因表型，而且也希望能获得与复杂疾病有关的基因表型的一手数据。

2009年进行了一些对模式生物的高通量表型分析，其间也发展了一些新技术和新型仪器，但是我们期待更加新颖的技术方法，和更加有趣的表型分析结果。

甲基化检测 （A direct view of the fifth base）

“the fifth base”是指甲基化的胞嘧啶，对这一方面的研究早在2003年就开始了，由于这种元素在人类表观遗传、胚胎发育、基因印记、等位基因失活及肿瘤发生中的重要作用，因此成为了一个研究热点。

09年我们获得了第一张单碱基分辨率的哺乳动物甲基化图谱，发展了包括锁式探针（padlock probe）在内的相关技术，相信2010年这一技术也不会让我们失望。

具体内容请见生物通：2009年最值得关注的技术：甲基化检测

合成生命（Synthetic life）

“对于极端的活力论者来说，不仅生命与非生命有着不可逾越的界线，而且构造生命的物质与组成非生命的物质之间也有着本质的区别。在1828年，德国化学家维勒(F.Wohler)人工合成了存在于生物体的一种有机物——尿素，第一次打破了“生”与“死”的物质壁垒。从此，人工合成生命成了生命科学工作者的一个梦想。”

这段话引自吴家睿教授的《A Dream for Synthetic Life》，诠释了生命科学家们对于合成生命的无限憧憬，虽然2009年接连获得了M. genitalium基因组的体外组装，和人工血管方面的喜讯，但是我们还是只能寄希望于2010，或者更遥远的未来来实现制造合成生命的愿望。不过应该指出的是，合成生命不仅仅是大科学家们的憧憬，也是一种实验技术，我们小小的科研人员能触摸到的技术。

（生物通：张迪）

附：
Special Feature: Method of the Year

Targeted proteomics- Allison Doerr

doi:10.1038/nmeth.f.284

Technology for sensitively and reproducibly detecting targeted proteins by mass spectrometry picks up speed.


Optical imaging of the native brain- Daniel Evanko

doi:10.1038/nmeth.f.285

Methodological developments are opening the functioning brain to cellular-level investigation using light.


Mapping genomes in 3D- Nicole Rusk

doi:10.1038/nmeth.f.286

Refinements in methods to uncover the higher-order structure of the genome will allow functional insight into genomic architecture at high resolution.


Single-cell methods- Natalie de Souza

doi:10.1038/nmeth.f.287

The ability to study single cells will permit a better understanding of cellular heterogeneity.


Label-free microscopy- Daniel Evanko

doi:10.1038/nmeth.f.288

New methods to coax signals from unlabeled biological molecules may finally fulfill the promise of practical label-free microscopy with molecular specificity.


High-throughput phenotyping- Natalie de Souza

doi:10.1038/nmeth.f.289

Automated methods to score phenotypes in model organisms continue to develop and will permit previously inaccessible areas of biology to be probed.


A direct view of the fifth base- Nicole Rusk

doi:10.1038/nmeth.f.291

Will some single molecule sequencing strategies be able to deliver on the promise of direct methyl cytosine sequencing?


Synthetic life- Allison Doerr

doi:10.1038/nmeth.f.290

Will new methods and an emerging understanding of the minimal requirements for cellular life be sufficient to construct a synthetic organism?