《自然》杂志展望2018年生物医学技术突破

15年前，人类基因组测序花费约30亿美元，但现在只花了几千美元。随着科学技术的飞速发展，新的一年有哪些预期的突破？英国杂志《自然》(Nature)最近采访了生物医学领域的专家，以整理出有望在2018年改变生命科学研究前景的技术和主题，包括绘制转录组图谱、促进癌症疫苗研发以及建立科学的物联网。

地图转录组

全球人类细胞绘图(HCA)计划旨在确定人体内的所有细胞类型，并绘制它们的空间组织，需要许多辅助技术来完成该项目。

单细胞核糖核酸测序是识别不同细胞类型的有效方法，也是产生人绒毛膜促性腺激素的重要工具。这种方法需要将组织分离成单个细胞并分离出核糖核酸，但它不能保护组织中细胞的空间环境，即它们如何组织和相互作用。

哈佛大学高级成像中心主任庄小炜说，因此需要一种技术来成像完整组织中细胞的转录组(细胞中所有转录物的集合，包括信使核糖核酸、核糖体核糖核酸、运输核糖核酸等)。)，从而提供这样的空间背景。他的实验室正在开发多重抗错荧光原位杂交(MERFISH)，这是一种基于图像的单细胞转录方法，可以在一个细胞中成像1000种不同的信使核糖核酸(信使核糖核酸)，然后根据细胞的基因表达模式对细胞进行分类，并绘制它们的空间组织图。随着技术的进一步发展，MERFISH有可能检测整个组织细胞中的所有转录组。

促进癌症疫苗的研发

在癌症免疫基因学领域，研究人员想知道哪些由癌症基因组编码的突变蛋白——新的抗原——能够触发个体的免疫反应，并基于此开发个性化的癌症疫苗或其他疗法。质谱流式细胞术(CyTOF)可用于研究这些新抗原。

美国国家儿童医院联合基因组医学研究所主任伊兰·马蒂斯(Ilan Matisse)表示，这项技术可以确定哪些新抗原癌细胞产生最多，并对免疫系统产生强烈反应，然后利用这些信息制造出个性化的抗癌疫苗。这些疫苗和新抗癌药物的结合有望最终使患者摆脱疾病困扰。

细胞因子不仅对癌症基因组学有用，而且还可以用来追踪细胞产生的任何蛋白质的丰度和组成，这样我们就可以在更大的维度上更准确地理解蛋白质。

扩展基因组序列分析

2000年，一种新的激素——促性腺激素抑制激素(GnIH)被发现。研究表明，当动物处于压力下时，这种激素会抑制生殖轴。对GnIH的研究完全改变了我们对大脑生殖调节的理解。

今天，由于高通量的DNA测序技术，基因组测序的价格正在下降。加州大学戴维斯分校的生殖生物学家丽贝卡·卡利斯·洛迪格斯说，这使得科学家能够研究通常不在实验室研究的动物，并获得更多的生殖数据。例如，他们最近利用核糖核酸测序来了解普通鸽子的生殖轴如何对压力做出反应。慢性压力影响生殖，他们想详细了解这一点。

与此同时，他们也在研究生殖轴上活跃转录的每个基因——大脑中的下丘脑、垂体和性腺。所获得的庞大数据集产生了数百种假说，这有助于进一步理解压力对生殖机制的影响，从而为数百万有生殖问题的人提供基因干预或治疗。

建立科学的物联网

物联网是一组智能传感器和执行器。这些分布式智能设备正在改变我们的生活，也有望改变科学研究的面貌。

研究人员已经开始在分布式科学物联网上进行合作。智能测试系统是一个开放系统，它将分布式传感器和执行器连接到一个强大的机器学习平台，以促进全球实验。

甚至系统的简化版本也有很大的影响。谷歌发现，其智能手机可以通过手机加速度计和陀螺仪检测到的步态变化来检测帕金森病的早期症状。加州大学伯克利分校的理论神经学家维维安·明(Vivian Ming)也表示，使用智能手机传感器，她的团队可以预测双相情感障碍患者的躁狂发作。但是现在，许多科学家都无法获得这种实验能力。

想象一下，如果研究人员可以从世界各地运行IoST应用的智能手机、智能手表和实验室获取数据。人工智能系统可以挖掘你所在领域的研究成果和数据。它将给科学研究带来什么突破？

当然，在这些大规模的分布式系统中有一些可怕的因素，比如一些组织是否会限制控制数据？新平台的研究成果通过传统的科学出版商或开放获取平台(如arXiv？

尽管准入和道德问题必须得到解决，但这一过渡更加紧迫。一些实验室和研究人员已经在充分利用这些可能性。这些系统的建立有望使出版更加平等，数据共享和科学更加透明。

(北京，1月30日，《科技日报》)