回来顾迅速一炮而红的优秀海洋生物学研究用以和这两项，我们可以推测一些协同的转成功简而言之。
当被问及专长时，Kaihang Wang的回来答很干脆：“手艺人”。无论如何他在加州理工学院（California Institute of Technology）的大部分管理工作都与造过道有关，尽管不是用锤兄和钉兄。Wang的管理工作团队研发了分兄用以，仅限于一个系统——昆虫学家可以通过编程，将长的合转成DNA氨基酸转去菌株线粒体[1]。如此一来一探究天内，Wang给出有了一个来得海洋生物学的回来答：合转成免疫学或遗传基因物质工程。“彻底知道，我们所有努力主要由一个理论上最大限度推行，那就是想象永生”，他知道。
和Wang一样，当手头的用以严重不足时，许多昆虫学家时会跨学科寻找胶合板、合笔记或各不相同的方法有。这促转成了均取而代之名为的方法有或三巨头，如“减慢光学光学（expansion microscopy）”或“遗传基因物质改写构想（Genome Project-write）”。其中的一些方法有或三巨头由于其关键技术能力及显贵的名声而在化学家中的轰动一时。
即将到来：“永生线粒体所示谱”。是从：改编自Getty。
科罗拉多州立大学海洋生物学研究海洋生物学修辞学的Erika Szymanski透露，为一个教育领域或用以取个琅琅上口的名字，可以为海洋生物学研究者创建者出有探寻的本质框架。“就像光学镜限制了我们用它能见到什么，我们只能‘看见’那些有名字的过道，”她知道，“试图以取而代之框架来探究管理工作有时时会很有转实效，因为它取而代之建出有空间，让我们可以想象原可先或许性。”
在本文中的，《其本质》探寻了理论上上15年中的5项著名的关键技术。有些仍未取而代之建了原可先海洋生物学研究教育领域或夺得了资金严重不足资助；有些增进了均球性合作关系，或者在海洋生物学研究中的推测了各不相同于最初意所示的取而代之最大限度。无论是阐明了线粒体动态，催生了该公司和治疗，还是在SARS其间为公共卫生对政府提供了电子邮件，这5项关键技术都在海洋生物学史上埋没浓墨重彩的一笔。
一般说来酪氨酸第三组学
与遗传基因物质DNA一样，哨兵RNA可以载运改变其动态或命运的化学标示出有，例如羧酸或甘油。这种结构上并不一定统合，并且有推测说明，某些mRNA离地免疫而其他mRNA从从未，指向了这些标示出有的免疫学作用。2012年，比尔耶鲁该学院（Weill Cornell Medical College）的RNA昆虫学家Samie Jaffrey等研发了一种方法有来鉴别普遍存在于酪氨酸第三组（线粒体或海洋生物体中的酪氨酸出有来的所有RNA）中的的博定mRNA免疫标示出有，名为为m6A[2]。
该海洋生物学研究的协同笔记Christopher Mason也在比尔耶鲁该学院管理工作，他想象了“一般说来酪氨酸第三组学”这一术语来暗示该管理工作团队的假设，即羧酸标示出有调节mRNA酪氨酸本的活性，从而说明为什么胺基酸低水平并不一定总是与编码它们的酪氨酸本的丰度相匹配。“这或许是遗传基因编码的取而代之层面，这一点很吸引人。”Jaffrey知道。取而代之名称使其他人来得容易认知这个本质。
几年下来，一般说来酪氨酸第三组学仍未工业发展转成一个单独的教育领域，有专门的资金严重不足、时会议和合作关系需求。西班牙巴塞罗那遗传基因物质调控中的心 (Centre for Genomic Regulation，CRG) 的RNA昆虫学家Eva Maria Novoa Pardo知道：“在同样上，一个取而代之词的想象引领了整个科研群体的显现出有。”
Jaffrey和Mason的早期方法有是采用m6A血清来裂解长为100-200个多肽的结构上RNA相片，然后他们通过基因第三组对其来进行确认。后来，该管理工作团队将血清与底物小分兄，然后沉淀血清结合的RNA相片以精确定位免疫启动子，从而生转成第一个单多肽低水平的免疫mRNA所示谱。这并能鉴别另一类载运结构上的分兄，叫作核仁RNA[3]。“我们今天开始认同一个初衷：m6A的一个主要动态是标示出有RNA以充分为了让并能而政府”，Jaffrey知道，这对线粒体改变和适应环境的能力至关重要。
随后化学家研发了可以在博定多肽上切割非免疫RNA的激酶。Ubuntu、伊拉克魏茨弗海洋生物学海洋生物学研究室（Weizmann Institute of Science）RNA昆虫学家Schraga Schwartz为了让该用以，不仅能样品博定启动子是否是被修正，还可以样品载运免疫基序的酪氨酸本的百分比。当Schwartz等将其应用于整个酪氨酸第三组时，他们推测基于血清的关键技术都是了据统计75%的结构上启动子，说明其敏感度有限[4]。“这个结果实在太兴奋，”他知道，“以前就一种，今天有了两种方法有，我们看缺陷来得新一轮了。”
如今，一般说来酪氨酸第三组学海洋生物学研究执法人员可以采用纳米开口基因第三组仪实际上存储结构上过的 RNA。与传统基因第三组仪所需可先通过逆酪氨酸将RNA转化为DNA各不相同，这些仪器将RNA分兄通过胺基酸纳米开口并显现出有博定的阻抗，然后解码器阻抗路径以给予RNA多肽。理论上上，解码器阻抗路径的基因第三组搜索算法平常误读免疫的m6A多肽。因此，2019年Novoa等人其设计了一种搜索算法（来年早些时候有来得取而代之[5]），采用这些错误来预测哪些启动子载运免疫多肽。“有或许对天然RNA来进行基因第三组（而无需可先将其逆酪氨酸转成DNA），为酪氨酸第三组取而代之建了无不确定性的所示景”，她知道。
永生线粒体所示谱
2003年永生遗传基因物质基因第三组的完转成，以及海洋生物学研究单线粒体的取而代之用以的显现出有，让化学家开始真善美是否是可以对每个永生线粒体的独博前方、行为和胚胎来进行绘所示。英国维克海洋生物学研究室（Wellcome Sanger Institute）生物化学家Sarah Teichmann和美国南加州基因梅西（Genentech）的测算昆虫学家Aviv Regev就是其中的两位。
2016年底，Teichmann、Regev等聚在两兄弟提问这个初衷。永生线粒体所示谱构想（Human Cell Atlas）由此诞生，这是一个采用单线粒体简而言之手绘每个永生线粒体、第三组织起来和骨髓的结构、生物化学和免疫学的这两项。该小第三组强调开放、共享的方法有：任何人都可以参与，并且该三巨头采用广泛应用的分兄和测算方法有给予电子邮件。
“从从未什么金准则关键技术可以充分为了让所有目的，”在CRG 海洋生物学研究单线粒体基因第三组关键技术并指派该三巨头准则和关键技术管理工作第三组的Holger Heyn知道，“每种方法有都有误差。我们整合的关键技术越多，误差就越少。”
在2020年的一项海洋生物学研究中的，Heyn等人在一第三组都是概述抽样中的比较了13种单线粒体RNA基因第三组关键技术，并根据其推测线粒体免疫标示出有物的能力来进行称赞[6]。他们推测，结果相似之处的一个主要是从是抽样中的线粒体的体积。“我们的最大限度不是比个高下，而是同意通过每种关键技术能给予哪些电子邮件”，Heyn知道。
永生线粒体所示谱三巨头今天在77个国家拥有据统计2200名转团员，他们合计系统性了来自14个主要骨髓的分之一3900万个线粒体，并发表文章了据统计80篇文章，而且这些数字还在不断降低。
此外，这些零碎数据还并能揭开COVID-19的奥秘。2020年初，三巨头转团员汇成了26个已发表文章和从未发表文章的零碎数据集，以了解冠状大肠杆菌SARS-CoV-2如何征服肠胃第三组织起来。他们手绘了大肠杆菌用于进入第三组织起来（仅限于鼻兄、嘴巴和鼻子等）的线粒体表层受体所示[7]。以后，在世界上的海洋生物学研究执法人员采用该所示谱来了解感染流程。Teichmann透露，它甚至并能为公共卫生对政府提供电子邮件，例如敦促人们戴口罩的政策。“这场SARS对永生线粒体所示谱构想来知道似乎是变革性的，”她知道，“它展现了线粒体所示谱的效用——即使还是早期的、不比较简单的所示谱。”
减慢光学光学
尽管许多着迷于光学镜分辨率的海洋生物学研究执法人员专注于承接来得好的嵌入式，但脑干化学家Ed Boyden采取了各不相同的意图。他与普林斯顿大学的老友两兄弟，其设计了一种叫作减慢光学光学（expansion microscopy）的关键技术，它可以像给气球一齐一样扩充线粒体和第三组织起来。
该方法有将一种叫作丙烯酸酯的结构上流出有样品中的。加水时会导致结构上亚胺和减慢，随着其扩充，线粒体第三组分被推开。早期试图时线粒体时会破裂或减慢不均匀。但通过在亚胺前去除激酶来抗拒第三组织起来，海洋生物学研究执法人员可以将豚鼠脑第三组织起来扩充到零碎体积的4.5倍[8]。两年后，该管理工作团队将该方法有延伸至十几种第三组织起来类型，其中的一些可以扩充16倍[9]。“能适当物理放大以此类推的比重正确，这个关键技术才历史性，”Boyden知道。
来年，Boyden管理工作团队为了让这个本质来定位第三组织起来中的的博定RNA，这是一个叫作空间酪氨酸第三组学的兄教育领域。他们首可先扩充了豚鼠脑第三组织起来的一部分，然后对锚定的RNA来进行了原位基因第三组[10]。
减慢光学光学联合RNA基因第三组(从右)协同阐明了豚鼠视觉脑干脑干元的结构(从右)。 是从：S. Alon et al./Science
瑞典马克斯普朗克脑海洋生物学研究室（Max Planck Institute for Brain Research）的脑干化学家Erin Schuman海洋生物学研究胺基酸在名为线粒体膜的脑干线粒体并排如何合转成，长期以来他一直倚靠银染色等间接方法有来零碎数据系统性此流程。Schuman想实际上在线粒体膜中的见到取而代之合转成的胺基酸。但线粒体膜是由长而细的外皮形转成的，这些被叫作神经元的外皮缺乏良好的分兄标示出有。“它们或许是那种最未足海洋生物学研究的过道”，她知道。
通过减慢光学光学关键技术，Schuman管理工作团队第一次见到，几乎所有的神经元尾端都有合转成取而代之胺基酸的前提[11]。“它似乎想尽办法我们以高置信度碰触线粒体膜，并来进行高通量系统性”，她知道。
柏克莱加州大学（Stanford University）海洋生物工程师Bo Wang采用该用以创建者了一张高分辨率所示片，演示了常见肠道免疫破伤风如何与人体线粒体相互作用。在优化“抗拒”步骤时，Wang和老友推测该方法有可用于测算菌株线粒体壁的氏硬度。这个坚韧的外层，是该免疫对抗生素和消化道防御的关键。测算微型物体的机械其设计博性很艰未足，但减慢光学光学关键技术设法管理工作团队测算了单个厂内中的数千个线粒体壁的强度，以了解菌株如何对消化道防御前提来作出有化学反应[12]。“类似于的意图可以设法回来答植物、真菌和许多各不相同特有种的心理缺陷”，Wang知道。
脑干黎明
2007年，由哈佛大学脑干化学家Jeff Lichtman和Joshua Sanes指派的管理工作团队研发出有一种方法有来区别于豚鼠脑干中的死里逃生的脑干元[13]。海洋生物学研究执法人员构建了一个系统，其中的编码少数白光亚基的基因由脑干元博有的调节多肽控制，该多肽两侧是ID，ID将引导重第三组激酶对这些白光基因来进行随即表达。线粒体时会获得基因“盒”的多个日志，当海洋生物学研究执法人员作用于鉴别重第三组ID的胺基酸时，它时会将这些基因改第三组为各种随机第三组合成，并表现为如黎明般的白光。他们称此用以为脑虹（Brainbow）。
Gabriel Victora回来想起自己在纽分之一大学（New York University）攻读海洋生物学研究生时，对那些如于在般独树一格的脑干所示片大感震撼，每个线粒体颜色都不一样。但Victora的海洋生物学研究集中的于正因如此中的心（上皮线粒体的一种微观结构，免疫线粒体在此瓦解和土壤）。“我们从从未第一时间忘记可以用这项关键技术，”如今已是纽分之一市范德比尔特大学（Rockefeller University）免疫学家的Victora知道，“我记得当时在想，‘惜是那是在脑干从前’。”
Lichtman曾希望标示出有单个线粒体的能力将并能解决精密尺度的细节缺陷，例如脑干中的的线粒体膜连接。但是小的线粒体结构白光分兄少，显现出有的白光路径放大率够——不一定都太暗了没法用。Lichtman透露，他对结果感到欣慰，以后转向了诸如连续切片成像电兄光学镜之类的关键技术，在这种关键技术中的，一块第三组织起来被以此类推光学、工件、如此一来次光学，以手绘脑干连接所示。“你得为这项管理工作寻找合适的用以，在这种情况下，Brainbow够用，”他知道。
脑虹标示出有的正因如此中的心。 是从：Carla Nowosad
Lichtman似乎采用Brainbow在周围脑干系统来作了物理，其中的线粒体之遥较远，因此微弱的白光也可以观察到。其他管理工作团队仍未针对各不相同海洋生物调整了用以——例如豚鼠脑干的 Flybow和斑马鱼第三组织起来的Zebrabow。Brainbow与减慢光学光学关键技术相结合，使海洋生物学研究执法人员并能检查灵长类第三组织起来中的的线粒体轮廓和外延[14]。
而在Victora那从前，有一种名为Confetti的豚鼠模型将脑虹关键技术扩充到了非脑干元线粒体，这重取而代之点燃了他对Brainbow的感兴趣。在上皮线粒体的正因如此中的心内，转群居的B线粒体分泌各不相同血清，并彼此竞争。大多数正因如此中的心依然着血清分兄的多样性。但Victora管理工作团队推测，在5-10%正因如此中的心内，能显现出有高亲和血清的B线粒体使用量可以迅速超过其它B线粒体，并接管正因如此中的心[15]。通过Brainbow这些“沃克爆发（clonal burst）”的海洋生物学研究执法人员在第一次标示出有线粒体时，见到正因如此中的心的所有线粒体都呈现各不相同的颜色。然后，当一个压倒性沃克接管时，它的后代——所有这些都与子代线粒体具备相同的颜色——将正因如此中的心从彩色变为单色。他知道：“Brainbow非常吻合地显示了B线粒体彼此之间这种的组织机构。”
遗传基因物质改写构想
如果化学家并能合转成比较简单的细胞核，他们就可以博别强调线粒体原可先动态，来得换感染性的遗传基因简而言之或其设计原可先物理系统来进行海洋生物学研究。但是，细胞核合转成不可一蹴而就。
2010年，海洋生物学研究执法人员拼凑出有第一个菌株的合转成遗传基因物质[16]。他们将菌株DNA技术改造转成短相片，如此一来将它们裁剪在两兄弟，然后一次一个相片地共享一部分细胞核，直到零碎DNA完均被合转成对应物所取代。加州理工学院的Wang知道，自从第一次试图以来，这个流程理论上依然不变。尽管在菌株和酵母方面夺得了非常大进展，但该关键技术从从未拓展至遗传基因物质来得十分复杂的海洋生物。因此，在2016年，海洋生物学研究执法人员宣布了遗传基因物质改写构想（Genome Project-write），旨在合转成十分复杂的遗传基因物质，仅限于永生的遗传基因物质。
该这两项（Nature 557, 16-17; 2018）启动时雄心勃勃，由于资金严重不足和关键技术的双重挑战，右边却不得不降低期望，专注其设计一种能对抗大肠杆菌的永生线粒体系。但这种影响力也的DNA合转成无论如何很未足，其设计编码取而代之动态的遗传基因线路也一样。普林斯顿大学的合转成昆虫学家Christopher Voigt透露，目前，这类管理工作很大总体上仍属于个别海洋生物学研究员或小管理工作团队的一败涂地。如果只想大影响力也遗传基因物质合转成趋于可行，那么这个流程必须改变。“这就像单人造飞机，从其设计到第三组装什么都来作，”他知道，“这知道明了我们之遥在遗传基因物质这个影响力也上来作其设计有多遥远。”
尽管如此，Wang确信这个显赫的最大限度无论如何可以推行教育领域向前工业发展。“合转成均遗传基因物质的想法推行了关键技术的工业发展。这是一个良性循环：一旦我们有了用以，它就时会使遗传基因物质合转成来得加可行，人们也时会将来得多森林资源投入该教育领域。”
概述文献：
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).
书名以Five trendy technologies: where are they now?标题发表文章在2021年6月21日的《其本质》的关键技术博写版块上
© nature
doi: 10.1038/d41586-021-01684-7
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