彻底改变迅速崭露头角的杰借助于科学研究研究来顺利进行和工程项目，我们可以推断借助于一些携手的再加功唯一可。
当被问及精通时，Kaihang Wang的问道很就让：“手艺人”。毕竟他在加州理工学院（California Institute of Technology）的大部分岗位都与造样长子有关，尽管不是用锤长子和铁钉。Wang的其设计团队技术开发了底物来顺利进行，除此以外一个管理系统——海洋人类学家可以通过Smalltalk，将长的合再加DNA链转入芽孢线粒体[1]。之后理性过后，Wang给借助于了一个非常科学研究的问道：合再加海洋生物学或等位基因工程。“从根本上问道，我们所有努力主要由一个整体必需主导，那就是创造者精神上”，他问道。
和Wang一样，当刚开始的来顺利进行极低时，许多海洋人类学家都会跨学科寻找物料、合创作者或不尽不尽相同的作法。这促再加了全上新取名的作法或的联盟，如“衰减显微再加像（expansion microscopy）”或“等位基因执笔计划书（Genome Project-write）”。其中所一些作法或的联盟由于其电长子技术意志力及显赫的名望而在科学家中所引起轰动。
即将赶上：“进化线粒体平面图问道”。比如说：改编自Getty。
科罗拉多宾夕法尼亚大学科学研究研究科学研究修辞学的Erika Szymanski回应，为一个教育领域或来顺利进行取个琅琅上口的人名，可以为科学研究科学家创立借助于探索的概念基本。“就像显微镜上限了我们用它能看着什么，我们只能‘见到’那些有人名的样长子，”她问道，“为了让以上新基本来理性岗位有时都会很有再加效，因为它构筑借助于维度，让我们可以愿意象上新某种相对。”
在本文中所，《连续性》探索了现在15年中所5项著名的电长子技术。有些不太可能构筑了上新科学研究研究教育领域或赢取了经费筹集资金；有些加强了世界性携手，或者在科学研究研究中所推断借助于了不尽不尽相同于最初意平面图的上新必需。无论是推断借助于了线粒体上新功能，催生了Corporation和治疗，还是在疫情期间为医疗保健决策备有了个人信息，这5项电长子技术都在科学研究史上留下来浓墨重彩的一笔。
微小mRNA分组学
与等位基因DNA一样，旅行者RNA可以空投发生变化其上新功能或命运的化学标示借助于，例如吡啶或色氨酸。这种标记极为分立，并且有推断借助于断定，某些mRNA倾斜度转录而其他mRNA并未，看再加了这些标示借助于的海洋生物学关键作用。2012年，威尔斯坦福药学院（Weill Cornell Medical College）的RNA海洋人类学家Samie Jaffrey等技术开发了一种作法来鉴别普遍存在于mRNA分组（线粒体或生星体中所mRNA借助于来的所有RNA）中所的弗定mRNA转录标示借助于，取名叫m6A[2]。
该科学研究研究的携手创作者Christopher Mason也在威尔斯坦福药学院岗位，他创造者了“微小mRNA分组学”这一词语来解释该其设计团队的也就是说，即吡啶标示借助于平衡mRNAmRNA本的活性，从而断定为什么亚基质准确度极为总是与字节它们的mRNA本的原子量相关联。“这可能是表现型字节的上新层面，这一点很欣赏人。”Jaffrey问道。上新名称使其他人非常容易理解这个概念。
几年下来，微小mRNA分组学不太可能工业发展再加一个独立的教育领域，有都由的经费、都会议和携手需求。荷兰巴塞罗那等位基因依赖性的中所心 (Centre for Genomic Regulation，CRG) 的RNA海洋人类学家Eva Maria Novoa Pardo问道：“在某种相对上，一个上单字的创造者引领了整个科研社都会性的借助于现。”
Jaffrey和Mason的20世纪作法是用想到m6A抗原来分开长为100-200个碱基的标记RNA段落，然后他们通过PCR对其顺利进行确认。后来，该其设计团队将抗原与核苷酸多肽，然后沉淀抗原紧密结合的RNA段落以精确定位转录核苷酸，从而生再加第一个单碱基准确度的转录mRNA平面图问道。这非常容易鉴别另一类空投标记的底物，专指肝薄胞RNA[3]。“我们如今开始一致一个愿意法：m6A的一个主要上新功能是标示借助于RNA以构建较快而政府”，Jaffrey问道，这对线粒体发生变化和适应环境的意志力至关重要。
随后科学家技术开发了可以在弗定序列上接合非转录RNA的氨基酸。技术开发者、以色列政府魏茨曼科学研究科学研究讲师（Weizmann Institute of Science）RNA海洋人类学家Schraga Schwartz运用该来顺利进行，不仅能检测弗定核苷酸确有被重写，还可以检测空投转录基序的mRNA本的百分比。当Schwartz等将其应用想到整个mRNA分组时，他们推断借助于基于抗原的电长子技术遗漏了左右75%的标记核苷酸，断定其特异性受限[4]。“这个结果令人欢笑，”他问道，“以前就一种，如今有了两种作法，我们看情况非常年初了。”
如今，微小mRNA分组学科学研究研究部门可以用想到纳米接合处PCR仪实际上读取标记过的 RNA。与传统PCR仪需要先行通过逆mRNA将RNA转化为DNA不尽不尽相同，这些仪器将RNA底物通过亚基质纳米接合处并转化成弗定的电阻，然后音频电阻波形以获取RNA序列。现在，音频电阻波形的PCR启发式不时相混转录的m6A碱基。因此，2019年Novoa等人其设计了一种启发式（明年早些时候有非常上新[5]），用想到这些错误来预测哪些核苷酸空投转录碱基。“可能都会对天然RNA顺利进行PCR（而无需先行将其逆mRNA再加DNA），为mRNA分组构筑了无偏差的平面图景”，她问道。
进化线粒体平面图问道
2003年进化等位基因PCR的完再加，以及科学研究研究单线粒体的上新来顺利进行的借助于现，让科学家开始畅愿意确有可以对每个进化线粒体的独弗位置、行为和发育顺利进行制平面图。英国维格科学研究讲师（Wellcome Sanger Institute）表现型家Sarah Teichmann和美国南纽共约等位基因泰克（Genentech）的计算海洋人类学家Aviv Regev就是其中所两位。
2016年底，Teichmann、Regev等聚在一起研讨这个愿意法。进化线粒体平面图问道计划书（Human Cell Atlas）由此诞生，这是一个用想到单线粒体唯一可绘成每个进化线粒体、有分组织和人体器官的在结构上、表现型和海洋生物学的工程项目。该小分组重申开放、协作的作法：任何人都可以实际上参与，并且该的联盟用想到广为的底物和计算作法收集个人信息。
“并未什么金上新标准电长子技术可以构建所有目的，”在CRG 科学研究研究单线粒体PCR电长子技术并领导该的联盟上新标准和电长子技术岗位分组的Holger Heyn问道，“每种作法都有计算误差。我们拆分的电长子技术越多，计算误差就越少。”
在2020年的一项科学研究研究中所，Heyn等人在一分组比如问道概述样本中所相当了13种单线粒体RNAPCR电长子技术，并根据其推断借助于线粒体弗异性标示借助于物的意志力顺利进行评价[6]。他们推断借助于，结果关联性的一个主要比如说是样本中所线粒体的形状。“我们的必需不是比个高下，而是决定通过每种电长子技术能获取哪些个人信息”，Heyn问道。
进化线粒体平面图问道的联盟如今在77个国家拥有左右2200名再加员，他们总共管理系统性了来自14个主要人体器官的共约3900万个线粒体，并发表文章了左右80篇文章，而且这些数字还在不断提高。
此外，这些数据库还非常容易发觉COVID-19的奥秘。2020年初，的联盟再加员为中心了26个已发表文章和未发表文章的数据库集，以知晓冠状病原SARS-CoV-2如何发动战争肺脏有分组织。他们绘成了病原用想到进入有分组织（除此以外鼻长子、屁股和额头等）的线粒体凹凸不平受体平面图[7]。先行后，多国的科学研究研究部门用想到该平面图问道来知晓传染处理过程。Teichmann回应，它甚至非常容易为医疗保健决策备有个人信息，例如要求人们戴口罩的措施。“这场疫情对进化线粒体平面图问道计划书来问道确有是变革性的，”她问道，“它展现借助于了线粒体平面图问道的意义——即使还是20世纪的、不明晰的平面图问道。”
衰减显微再加像
尽管许多迷恋于显微镜精度的科学研究研究部门专注于打造出非常快的接口，但中枢神经系统科学家Ed Boyden作出了不尽不尽相同的解决方案。他与普林斯顿大学的同僚一起，其设计了一种专指衰减显微再加像（expansion microscopy）的电长子技术，它可以像给鸽长子打气一样扩充线粒体和有分组织。
该作法将一种专指丙烯酸酯的骨架注入仪器中所。加水都会导致骨架剪切和衰减，随着其扩充，线粒体分组分被推开。20世纪为了让时线粒体都会撕裂或衰减不均匀。但通过在剪切前添加氨基酸来加温有分组织，科学研究研究部门可以将激素脑有分组织扩充到原始形状的4.5倍[8]。两年后，该其设计团队将该作法延伸至十几种有分组织极为一定，其中所一些可以扩充16倍[9]。“能尽可能电学放大倍数的比例正确，这个电长子技术才有意义，”Boyden问道。
明年，Boyden其设计团队运用这个概念来定位有分组织中所的弗定RNA，这是一个专指维度mRNA分组学的长子教育领域。他们首先行引入了激素脑有分组织的一部分，然后对锚定的RNA顺利进行了则会PCR[10]。
衰减显微再加像联合行动RNAPCR(左)携手推断借助于了激素美感皮层小脑的在结构上(右)。 比如说：S. Alon et al./Science
德国马克斯德拜脑科学研究讲师（Max Planck Institute for Brain Research）的中枢神经系统科学家Erin Schuman科学研究研究亚基质在名叫皮质的中枢神经系统线粒体连接起来处如何合再加，长期以来他长期以来只能靠银染色等间接作法来可视化此处理过程。Schuman愿意实际上在皮质中所看着上新合再加的亚基质。但皮质是由长而薄的纤维形再加的，这些被专指中枢神经系统节的纤维缺乏更佳的底物标示借助于。“它们其实是那种最难科学研究研究的样长子”，她问道。
通过衰减显微再加像电长子技术，Schuman其设计团队第一次看着，完全所有的中枢神经系统节末端都有合再加上新亚基质的机制[11]。“它确有帮我们以高置信度带入皮质，并顺利进行高通量管理系统性”，她问道。
哈佛大学（Stanford University）海洋生物工程师Bo Wang用想到该来顺利进行创立了一张数字化平面图像，展出了类似于肠道寄生虫破伤风如何与人体线粒体相互关键作用。在优化“加温”步骤时，Wang和同僚推断借助于该作法可用想到计算芽孢线粒体壁的硬度。这个坚硬的凹凸不平都会，是该寄生虫对抗生素和宿主防御的关键因素。计算微型星体的机械功用很困难，但衰减显微再加像电长子技术借助其设计团队计算了单个5台中所数千个线粒体壁的强度，以知晓芽孢如何对宿主防御机制想到借助于反应[12]。“不尽相同的解决方案可以借助问道树种、真菌和许多不尽不尽相同物种的生理情况”，Wang问道。
中枢神经系统黎明
2007年，由哈佛大学中枢神经系统科学家Jeff Lichtman和Joshua Sanes领导的其设计团队技术开发借助于一种作法来对应激素中所枢中枢神经系统管理系统中所死里逃生的小脑[13]。科学研究研究部门构筑了一个管理系统，其中所字节少数电长子显微亚基的等位基因由小脑弗有的平衡序列控制，该序列外侧是首页，首页将随时随地私营化氨基酸对这些电长子显微等位基因顺利进行立即表述。线粒体都会得到等位基因“箱”的多个日志，当科学研究研究部门转录鉴别私营化首页的亚基质时，它都会将这些等位基因改分组为各种随机分Pop，并表现为如黎明般的电长子显微。他们称此来顺利进行为脑虹（Brainbow）。
Gabriel Victora回愿意起自己在纽共约大学（New York University）攻读科学研究博士生时，对那些如在在般绚烂的中所枢中枢神经系统管理系统平面相片大感难以置信，每个线粒体颜色都不一样。但Victora的科学研究研究集中所于亦非的中所心（呼吸道的一种微观在结构上，免疫线粒体在此瓦解和生长）。“我们并未立即愿意到可以用这项电长子技术，”如今已是芝加哥洛克菲勒大学（Rockefeller University）免疫学家的Victora问道，“我记得当时在愿意，‘可惜是那是在中所枢中枢神经系统管理系统里’。”
Lichtman曾愿意标示借助于单个线粒体的意志力将非常容易解决精准维度的薄节情况，例如中所枢中枢神经系统管理系统中所的皮质连接起来。但是小的线粒体在结构上电长子显微底物少，转化成的电长子显微波形亮度缺少——通常都太暗了没法用。Lichtman回应，他对结果无法忍受沮丧，先行后改向了诸如连续腌平面图像电长子显微镜之类的电长子技术，在这种电长子技术中所，砖头有分组织被重复再加像、切削、再次再加像，以绘成中枢神经系统连接起来平面图。“你得为这项岗位找到适合于的来顺利进行，在这种情况下，Brainbow缺少用，”他问道。
脑虹标示借助于的亦非的中所心。 比如说：Carla Nowosad
Lichtman确有用想到Brainbow在周围中枢神经系统管理系统想到了实验，其中所线粒体相距较近，因此微弱的电长子显微也可以观察到。其他其设计团队不太可能针对不尽不尽相同海洋生物调整了来顺利进行——例如果蝇中所枢中枢神经系统管理系统的 Flybow和活体有分组织的Zebrabow。Brainbow与衰减显微再加像电长子技术相紧密结合，使科学研究研究部门必需检查哺乳动物有分组织中所的线粒体形状和连通性[14]。
而在Victora那里，有一种名叫Confetti的激素仿真将脑虹电长子技术引入到了非小脑线粒体，这重上新点燃了他对Brainbow的兴趣。在呼吸道的亦非的中所心内，再加群的B线粒体分泌不尽不尽相同抗原，并彼此竞争。大多数亦非的中所心持续保持着抗原底物的多样性。但Victora其设计团队推断借助于，在5-10%亦非的中所心内，能转化成高亲和力抗原的B线粒体数目可以迅速超过其它B线粒体，并接管亦非的中所心[15]。通过Brainbow这些“克隆爆发（clonal burst）”的科学研究研究部门在第一次标示借助于线粒体时，看着亦非的中所心的所有线粒体都呈现不尽不尽相同的颜色。然后，当一个竞争者克隆接管时，它的氏族——所有这些都与亲代线粒体具有不尽相同的颜色——将亦非的中所心从彩色转换再加单色。他问道：“Brainbow非常确有地推测了B线粒体之间这种的分工。”
等位基因执笔计划书
如果科学家必需合再加明晰的线粒体，他们就可以赋予线粒体上新上新功能，移除传染病的表现型唯一可或其设计上新实验管理系统顺利进行科学研究研究。但是，线粒体合再加不能一蹴而就。
2010年，科学研究研究部门拼凑借助于第一个芽孢的合再加等位基因[16]。他们将芽孢DNA改造再加短段落，再将它们堆砌在一起，然后一次一个段落地反之亦然一部分线粒体，直到原始DNA完全被合再加对应物所取代。加州理工学院的Wang问道，自从第一次为了让以来，这个处理过程整体持续保持恒定。尽管在芽孢和蛋白氨基酸不足之处赢取了显著令人满意，但该电长子技术并未拓展至等位基因非常复杂的海洋生物。因此，在2016年，科学研究研究部门达成协议了等位基因执笔计划书（Genome Project-write），旨在合再加复杂的等位基因，除此以外进化的等位基因。
该工程项目（Nature 557, 16-17; 2018）预设野心勃勃，由于经费和电长子技术的双重过关斩将，左边却暂时增高努力，专注其设计一种能对抗病原的进化线粒体系。但这种现有的DNA合再加仍然很难，其设计字节上新上新功能的表现型线路也一样。普林斯顿大学的合再加海洋人类学家Christopher Voigt回应，目前，这类岗位非常大相对上仍总称个别科学研究讲师或小其设计团队的死对头。如果自已大现有等位基因合再加更为不切实际，那么这个处理过程不能发生变化。“这就像单人造航机，从其设计到拆解什么都想到，”他问道，“这问道明了我们相距在等位基因这个现有上想到其设计有多遥近。”
尽管如此，Wang认为这个显赫的必需仍然可以主导教育领域后退工业发展。“合再加全等位基因的事实主导了电长子技术的工业发展。这是一个良性循环：一旦我们有了来顺利进行，它就都会使等位基因合再加非常加不切实际，人们也都会将非常多人力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. Co 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. Co 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).
原文以Five trendy technologies: where are they now?歌名发表文章在2021年6月末21日的《连续性》的电长子技术弗写热点上
© nature
doi: 10.1038/d41586-021-01684-7
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