盘点2016年令人印象最深刻的五大技术（一）

　　

生物通报道：去年“把前浪拍死在沙滩上的那些新技术”引发了不少关注，今年依然有不少新技术吸引我们的眼球，The Scientist杂志总结了几个令人印象深刻的新技术。

追踪翻译的脚步

今年连续出现了四个独立研究组分别获得了蛋白质翻译过程的精确细节。其中三个研究组的成果主要是来自于一种称为 SunTag 的新技术。利用这种技术，研究人员通过荧光标记了包含一种特殊表位的蛋白，并且他们还将 SunTag 与其它技术结合，标记蛋白相应的mRNAs。

“四个实验室都在进行这方面的研究，可见这一技术确实有其存在的道理，”来自科罗拉多州立大学的Tim Stasevich说。

SunTag实质上是一套分子挂钩，能够将多个拷贝的生物活性分子挂到可用来靶向一些基因或其他的分子的蛋白质支架上。相比于没有这些挂钩的组装分子，整合了SunTag的分子生物活性显著放大。这一技术是由加州大学旧金山分校的研究人员研发，他们利用SunTag显著放大了通常用来标记细胞内分子绿色荧光蛋白的发光信号。这样获得的信号非常之强，因为通过显微镜观察，可追踪分子马达中的单个分子。

今年Stasevich研究组与另外爱因斯坦艾伯特医学院的一个研究组在Science杂志上分别发文，拍摄了活细胞RNA翻译，也就是核糖体编码蛋白质的这一基本细胞过程。蛋白质执行大多数的细胞功能，是我们活着的原因，而RNA生成蛋白质。那么为什么如此难以看到翻译的发生呢？这是因为蛋白质需要时间来成熟及进行折叠，最先进的蛋白质研究技术由于太慢，而无法捕获到蛋白质生命的最早期阶段。甚至用获得2008年诺贝尔奖的研究发现——绿色荧光蛋白来标记RNA也要很长的时间。

为此研究人员利用了他们的定制显微镜——他们以一种单速自行车命名这种显微镜为Fixie。这种系统采用一些无法移动的元件和两台高度敏感的摄像机，可以同时以两种颜色成像RNA和蛋白质。

从中研究人员发现在活细胞中通过翻译蛋白质以每秒10个氨基酸的速度延伸。而且多核糖体（polysome）是球形而非细长形，多核糖体有时彼此互作，甚至当它们在编码完全独立的蛋白质时。

此外，著名的华人科学家庄小威研究组也开发出了一种成像技术可在活细胞中实时直接监测单个mRNA分子的翻译活性。这种方法基于SunTag系统，通过让荧光单链可变区片段(scFv)抗体结合串联排列的同源肽段来检测新生多肽。并且通过利用预制荧光团（fluorophore），避免了滞后读取荧光蛋白成熟引起的翻译活性，这一方法允许在翻译位点直接显像翻译事件。

这种新方法是通过预制的遗传编码荧光团多价荧光扩增新生肽信号来实时、原位检测单个mRNA转录物的翻译活性。这种方法具有的解析单个mRNA分子翻译时空信息的能力，有望为研究活细胞中翻译调控的动态和机制开辟新机会。

细胞谱系图谱

今年许多团队解答了关于不同细胞类型起源这一长期以来困扰科学家的问题，他们采用了多种方法，一个研究组采用的是Brainbow，也就是源自神经组织的一种转基因方法，还有团队采用的是转录组学的方法，此外还有一种CRISPR-Cas9条形码方法。

“每种方法都改善了原有费力，昂贵的实验室技术，”约翰霍普金斯大学Aravinda Chakravarti说。其研究组今年研发了一种被称作合成靶标阵列基因组编辑用于谱系追踪（genome editing of synthetic target arrays for lineage tracing, GESTALT）的方法。它的工作流程为：将外源DNA片段（合成靶标阵列）导入单个受精细胞的基因组中，然后在发育过程中，通过基因组编辑特异性地和累积性地让这种阵列发生突变，这样早期的突变标记着很多细胞，而后期的突变标记着少量细胞。对这种阵列发生的突变进行限制意味着有机体的正常发育不受影响。

而来自哈佛医学院和加州大学的研究人员则开发了在活细胞中快速演化的DNA条码。他们构建了一种归巢引导RNA（hgRNA）。这种hgRNA会指导Cas9–hgRNA复合体到hgRNA自己的DNA位点。研究显示，归巢CRISPR–Cas9系统可以作为细胞内表达的基因编码，以可控的速度在体外培养的细胞中发生序列多样化。

随后，研究人员在细胞群体中进一步评估这些条码。他们的研究表明，归巢CRISPR条码可以用来记录谱系历史，而且条码RNA能够原位扩增，符合原位测序的先决条件。研究人员指出，这个方法有广泛的应用前景，比如深度谱系示踪、细胞条码、分子条码，可用来分析癌症生物学机制和连接组（connectome）图谱。

（生物通：张迪）