2015技術展望之PCR

　　上世紀八十年代誕生的PCR已經(jīng)成為了生物學領域的經(jīng)典老技術，它衍生出來的實時定量PCR和數(shù)字PCR也都不再是新興事物了。那么，這么成熟的技術在未來一年中會有什么樣的新發(fā)展呢?

　　1. 超快PCR。盡管PCR基本反應已經(jīng)非常成熟了，但它的性能依然有很大的改進空間。擴增反應的速度就是其中最重要的參數(shù)之一。更快的PCR反應總是受人歡迎的，這種改進對分子診斷的意義最大，可以幫助人們在流行性疾病大規(guī)模爆發(fā)之際及時鑒定病因。今年七月Carl Wittwer等人開發(fā)了一個能準確檢測DNA聚合酶速度的新方法。在此基礎上，人們將有望進一步提升熱穩(wěn)定DNA聚合酶的催化速度。

　　2.數(shù)字PCR廣泛應用。數(shù)字PCR是PCR領域最激動人心的創(chuàng)新之一，這一技術的誕生讓絕對定量的夢想成為現(xiàn)實。隨著這一技術的進一步商業(yè)化，2015年數(shù)字PCR將會取得更加顯著的成績。實驗方法和數(shù)據(jù)分析上的改良，將進一步提升該技術非凡的敏感性和特異性。數(shù)字PCR的應用范圍也將進一步拓展，比如單細胞分析、罕見腫瘤等位基因檢測、產(chǎn)前診斷以及血液中游離腫瘤DNA的研究。

　　3.DIY 實時定量PCR。盡管實時定量PCR儀的價格已經(jīng)在逐年下降，但它們依然是許多小型實驗室難以承擔的。另外各種PCR技術也一直是許多DIY愛好者的心頭好。明年，一款平價實時PCR儀(Open qPCR)將首次交付使用，這無疑讓實時定量PCR技術更加平易近人。不出意外的話，這一技術將大大推動資金匱乏區(qū)域的DNA診斷，幫助人們在這些地區(qū)檢測埃博拉、HIV、食源性污染甚至假冒偽劣產(chǎn)品。

　　我們相信，2015年PCR技術的發(fā)展趨勢仍將以優(yōu)化反應和拓展應用為主，當然出現(xiàn)PCR新變種的可能性是始終存在的。反應速度、延伸范圍和檢測成本的不斷優(yōu)化，將幫助PCR繼續(xù)穩(wěn)坐現(xiàn)代分子生物學的頭把交椅。

2015技術展望之細胞分析

　　作為現(xiàn)代生物學實驗室的“基石“技術，細胞培養(yǎng)方法和試劑的改變，可能比其他領域發(fā)生的更為緩慢。但是這并不意味著來年在細胞培養(yǎng)和分析領域不會發(fā)生什么驚人的進展。為了找出這些可能發(fā)生的進展，BioTechniques的編輯對來年的細胞培養(yǎng)和分析進行了大膽的預測。

　　1. 細胞的3D生物打印。把它看作是下一個十年的細胞培養(yǎng)。長久以來，我們一直在討論，在各種惰性材料制成的3D支架上種植和培育細胞。我們已經(jīng)了解如何改變支架的物理性能，以使不同的細胞過程(例如干細胞的分化)成為可能，以及如何將生長因子和其他生物大分子放置到支架中，以與細胞相互作用。所有這一切，都是利用傳統(tǒng)移液器將細胞滴入這些支架中。但是，在細胞培養(yǎng)世界中，隨著細胞的3D生物打印在世界范圍內的更為普遍，我們可能會突破這一技術限制。事實上，澳大利亞墨爾本St. Vincent醫(yī)院的研究人員正在致力于生物打印干細胞，最終為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究生成人腦組織。3D打印機的特異性與它們對生物學樣本的適應性相結合，讓我們在2015年有良好的時機，不僅能看到打印的腦組織，而且還能生物打印其他組織和細胞排列。

　　2. 最后了解你的細胞?我們繼續(xù)把它作為每年的一個預測問題。人們越來越了解生物學中的可重復性問題，已經(jīng)導致人們強烈抗議用定義明確、經(jīng)過驗證的試劑開展的精確描述的實驗。然而，問題仍在于，使用的是未經(jīng)驗證的細胞系。來年我們能夠看到這方面發(fā)生重大變化嗎?也許在提供資金之前，資助機構將需要細胞系的認證數(shù)據(jù)?也許用于認證的資金將被補充到研究資金里面?或者也許該出現(xiàn)一種用于好用細胞系認證的單一數(shù)據(jù)庫和程序。

　　3. “太空細胞”�，F(xiàn)在我們來做出2015年最深遠的預測：更多檢測有限重力對細胞的影響，將對真實感3D細胞培養(yǎng)和再生醫(yī)學應用，提供一種更好的路徑。讓我解釋一下。隨著航天任務的增多，以前在太空檢測細胞的工作已經(jīng)有經(jīng)驗了，在接下來的幾個月，太空細胞培養(yǎng)將變得越來越普遍。在2014年，英國杜倫大學的Stefan Przyborski，將細胞送到國際空間站，以檢測3D細胞培養(yǎng)，并研究微重力對細胞的生理學影響。Przyborski一直熱切地參與3D細胞培養(yǎng)方法的發(fā)展，他開發(fā)了一種支架，可使一種比傳統(tǒng)2D平板更加現(xiàn)實的培養(yǎng)環(huán)境成為可能。但事實證明，在微重力環(huán)境下，細胞更容易聚集在一起，一些學者甚至認為，這樣的環(huán)境可能對于推動再生醫(yī)學工作而言是完美的。因此，在來年，商業(yè)太空旅行可能會大大增加，細胞太空培養(yǎng)方面的見解，可能為再生醫(yī)學進步做了更好的準備，我們認為，2015年可以看到新的空間細胞生物學研究。

2015技術展望之蛋白質分析

　　蛋白質是細胞功能的執(zhí)行者，是一切生命的物質基礎。然而人們對蛋白質和蛋白質組的了解還遠遠不夠，蛋白質分析被認為是一項復雜而艱巨的任務。2015年是蛋白質領域的關鍵一年，有可能決定著蛋白質分析的未來走向。

　　1.人類蛋白互作圖譜取得更大的成果。最近Cell雜志上發(fā)表了一項大規(guī)模的蛋白質研究，科學家們鑒定了一萬四千個蛋白相互作用，獲得了迄今為止最大規(guī)模的人類蛋白互作圖譜。他們計劃將在未來六年中逐步完成人類基因組的全部互作圖譜。這種圖譜可以幫助人們更全面的了解人類互作組，進一步理解疾病的發(fā)生和發(fā)展。對新發(fā)現(xiàn)的蛋白互作進行研究，能夠揭示基因型和表型之間的真實關系。我們期待在2015年看到這類研究結出更多碩果。

　　2.人造環(huán)境為蛋白質分析提供便利。今年八月Roy Bar-Ziv及其同事在Science雜志上發(fā)表文章，展示了以微流體DNA隔室為基礎的人造細胞。這些二維的人造細胞可以實現(xiàn)預編程的蛋白合成、代謝和通訊，是一種非常靈活的蛋白合成系統(tǒng)。研究顯示，人造細胞能夠更好的模擬蛋白表達的動態(tài)模式，維持蛋白信號的梯度。人們可以利用這一系統(tǒng)來評估蛋白質的活性和相互作用，這種方法將對蛋白質功能研究產(chǎn)生重要的影響。

　　3. 一個時代的終結——蛋白質結構計劃PSI收官。PSI項目在運行了十五年后，正逐步走向自己的終點。PSI項目已經(jīng)確定了六千三百多個蛋白結構，為蛋白質分析做出了重要的貢獻。那些為PSI而建的高通量蛋白生產(chǎn)中心可能會繼續(xù)維持下去，給其他結構生物學實驗室使用。結構生物學家們也可能啟動與數(shù)據(jù)處理有關的中、大型項目，作為PSI的延續(xù)。

　　不管怎樣，對于蛋白質領域來說明年都是特別的一年，研究者們需要決定PSI之后的前進方向。我們希望未來能有更多類似人類互作組圖譜的大型項目，增進我們對蛋白質結構和功能的理解。

2015技術展望之基因組編輯

　　規(guī)律成簇的間隔短回文重復CRISPR與內切酶Cas9的組合，原本是細菌抵御病毒的重要武器，現(xiàn)在這一組合已經(jīng)成為了最熱門的基因組編輯利器。

　　2014年基因組編輯熱潮在持續(xù)發(fā)酵，CRISPR/Cas9仍舊是最引人注目的話題之一，相關論文被大量下載和引用�？v觀CRISPR/Cas9的發(fā)展我們可以看到，科學家們仍在追求最理想的基因組工程技術，而2015很有可能會成為基因組工程年。

　　這里我們不妨大膽預測一下，明年基因組工程領域會起那些波瀾：

　　1. 大規(guī)模CRISPR/Cas9。2013年，麻省理工的CRISPR技術先驅張鋒(Feng Zhang)和同事為我們展示了CRISPR/Cas9進行多重基因組編輯的能力。相信在2015年大規(guī)模CRISPR/Cas9全基因組操作將越來越多，同時新多重基因組編輯法會大量涌現(xiàn)，還很可能會出現(xiàn)大型的引導RNA數(shù)據(jù)庫。在這樣的趨勢下，每個人都能在自己的基因組工程研究中用上CRISPR/Cas9。

　　2. CRISPR對簿公堂。2015年將有更多公司提供以CRISPR為基礎的實驗工具，基于CRISPR的藥物也將離我們越來越近。在這種情況下，基礎研究領域可能會迎來歷史上最大的專利訴訟。目前有三個團隊都宣稱自己享有CRISPR/Cas9技術的部分專利權，他們很可能最終會對簿公堂，而專利權的歸屬將決定CRISPR/Cas9日后的命運。

　　3.用細胞來記錄生命。假如細胞能將自己發(fā)生的所有事情記錄下來，我們將會讀到些什么呢?2014年Timothy K. Lu和Fahim Farzadfard在Science雜志上發(fā)表了一項令人振奮的成果。他們通過合成生物學技術，將細胞事件的模擬記憶編碼在活細胞DNA中。雖然這類研究還處于早期階段，但隨著研究者們不斷突破細胞工程的極限，我們期待在2015年看到更多的進展和應用。

　　當然了以上都只是我們的推測，基因組工程領域其實是很難預測的，因為相關技術發(fā)展得非常之快。你看，短短兩三年CRISPR/Cas9系統(tǒng)就走了這么遠。這些基因工程領域的預測是否過于保守，就讓我們拭目以待吧。