《科學(xué)家》雜志評(píng)選出2019年5大科學(xué)進(jìn)步

來源：生物谷       點(diǎn)擊量：4548      時(shí)間：2020-01-08

從人工智能到多能性干細(xì)胞，今年發(fā)布了許多吸引人的新方法以及對現(xiàn)有方法的優(yōu)化。

利用人工智能解決生命科學(xué)問題

縱觀今年生物學(xué)的許多重大發(fā)現(xiàn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)得益于計(jì)算能力的不斷提高和訓(xùn)練所需的大型數(shù)據(jù)集的可用性，機(jī)器學(xué)習(xí)在生命科學(xué)領(lǐng)域不斷取得進(jìn)展。在2019年的其他進(jìn)展中，研究人員報(bào)道了成功地使用機(jī)器學(xué)習(xí)篩選圖像以尋找癌癥或病原體感染的跡象，并鑒定了血液樣本中與糖尿病患者的血管并發(fā)癥相關(guān)的表觀遺傳標(biāo)記。

通過基因編輯監(jiān)視細(xì)胞

即使計(jì)算機(jī)承擔(dān)了更多曾經(jīng)由人工完成的任務(wù)，工程師們?nèi)栽谔剿鱀NA的信息存儲(chǔ)能力。今年夏天，美國波士頓市的研究人員報(bào)道了利用DNA和類似于CRISPR的堿基編輯復(fù)合物來記錄在活細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生的事件，然后可以通過測序破解出這些事件。論文共同作者、麻省理工學(xué)院的Timothy Lu告訴《科學(xué)家》雜志，它的潛在應(yīng)用包括檢測環(huán)境毒物和記錄發(fā)育過程。

芯片上的DNA

今年CRISPR-Cas9編輯的另一個(gè)創(chuàng)新之處在于是推出針對特定DNA序列的檢測設(shè)備。在這里，Cas9酶與RNA和石墨烯芯片結(jié)合，并且經(jīng)過基因改造后不會(huì)切割DNA。如果RNA-Cas9復(fù)合物與它的靶DNA序列結(jié)合在一起，那么這會(huì)導(dǎo)致石墨烯芯片的電場發(fā)生變化，從而給出陽性讀出值。這種芯片的開發(fā)人員指出，有朝一日它可能用于臨床環(huán)境中的DNA快速檢測。

提高CRISPR的準(zhǔn)確性

盡管科學(xué)家們正在開發(fā)各種各樣的CRISPR變體，但是今年開發(fā)出的一種CRISPR變體旨在通過避免切割雙鏈DNA來降低它的脫靶效應(yīng)。這種稱為prime editing的技術(shù)使用CRISPR系統(tǒng)中經(jīng)常使用的Cas9核酸酶，但是它將這種酶與一種稱為pegRNA的向?qū)NA和一種逆轉(zhuǎn)錄酶相結(jié)合在一起，從而可以向基因組中添加新的序列或堿基。

一旦將新的遺傳物質(zhì)整入到受到切割的DNA鏈中，這種新的CRISPR變體就會(huì)在未編輯的DNA鏈上產(chǎn)生缺口，從而向細(xì)胞發(fā)出信號(hào)，使得細(xì)胞對產(chǎn)生缺口的DNA鏈進(jìn)行重建以匹配經(jīng)過編輯的DNA鏈。

精簡干細(xì)胞制造方法

當(dāng)一些研究人員研究他們自己的基因組編輯變體時(shí)，另一些研究人員對制造誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSC）的配方進(jìn)行了重要改進(jìn)。這種方法由山中伸彌（Shinya Yamanaka）于2006年首次發(fā)布，它在分化細(xì)胞中讓四種轉(zhuǎn)錄因子的基因過量表達(dá)，使得它們返回到多能性狀態(tài)，從而形成了所謂的iPSC。在這四種過量表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子中，最重要的一種被認(rèn)為是Oct4。

但是在上個(gè)月，來自馬克斯普朗克分子生物醫(yī)學(xué)研究所的研究人員宣布，他們不僅能夠在不調(diào)整Oct4水平的情況下制造出小鼠iPSC，而且這樣做的效率更高。

山中伸彌在發(fā)送給《科學(xué)家》雜志的一封電子郵件中寫道，“如果這種方法在成年人細(xì)胞中起作用，那么它將對ips細(xì)胞的臨床應(yīng)用產(chǎn)生巨大的優(yōu)勢?！?

參考文獻(xiàn)：

Top Technical Advances of 2019

https://www.the-scientist.com/news-opinion/top-technical-advances-of-2019-66867