環(huán)球頭條：《自然》：2023年有望改進(jìn)科研的七大技術(shù)

2023-02-01 12:23:24 來源: 科技日?qǐng)?bào)

韋布望遠(yuǎn)鏡的6.5米主鏡可探測數(shù)十億光年外的物體。圖片來源：《自然》雜志網(wǎng)站

(資料圖片)

從單分子蛋白質(zhì)測序到體電子顯微鏡，英國《自然》雜志網(wǎng)站在近日的報(bào)道中，列出了有可能在2023年改進(jìn)科學(xué)研究方式的七大技術(shù)。

單分子測序曙光初現(xiàn)

可對(duì)樣本中的許多蛋白質(zhì)進(jìn)行測序的單分子技術(shù)可能即將問世。

美國得克薩斯大學(xué)正在研究一種“熒光測序”方法，美國生物技術(shù)公司“量子硅”則描述了使用熒光標(biāo)記的“黏合劑”來識(shí)別蛋白質(zhì)末端特定氨基酸序列的技術(shù)。

其他研究人員正在開發(fā)模仿基于納米孔的DNA測序技術(shù)的單分子測序技術(shù)，其能根據(jù)多肽通過微小通道時(shí)引起的電流變化來分析氨基酸。以色列理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)正在研究由硅基材料制造的固態(tài)納米孔器件，其可同時(shí)對(duì)多個(gè)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行高通量分析。

韋布望遠(yuǎn)鏡再接再厲

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡是有史以來最強(qiáng)大的空間望遠(yuǎn)鏡，專門設(shè)計(jì)用于探測紅外輻射，使其能夠回看到宇宙第一批恒星和星系形成的時(shí)期，它也能測量某些類系外行星的大氣組成。

全球很多研究人員正翹首以待韋布望遠(yuǎn)鏡的最新觀測結(jié)果，英國卡迪夫大學(xué)正在利用其研究可能導(dǎo)致恒星和行星形成的宇宙塵埃是如何產(chǎn)生的。

體電子顯微鏡更上層樓

研究人員正在利用電子顯微鏡研究覆蓋數(shù)立方毫米的3D組織樣本。

新涌現(xiàn)出的“體電子顯微鏡”技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)：連續(xù)塊面成像技術(shù)可處理接近1立方毫米大小的樣品，速度相對(duì)較快，但深度分辨率較差;聚焦離子束掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)技術(shù)深度分辨率更高，但更適用于體積較小的樣品。一組科學(xué)家使用先進(jìn)的定制FIB-SEM顯微鏡，在保持良好空間分辨率的同時(shí)，將單個(gè)實(shí)驗(yàn)中可成像體積增加200倍，揭示了很多細(xì)胞完整的3D體積內(nèi)的各種細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

CRISPR技術(shù)“遍地開花”

基因組編輯工具CRISPR—Cas9在基因治療、疾病建模等領(lǐng)域取得了重大突破，但其應(yīng)用范圍仍有限，科學(xué)家正試圖突破其局限性。

美國麻省總醫(yī)院利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)，從細(xì)菌化膿鏈球菌中產(chǎn)生了常用Cas9酶的一種變體，這些酶現(xiàn)在幾乎可讀取整個(gè)基因組，而傳統(tǒng)CRISPR酶只能讀取基因組的1%到10%。

還有許多天然存在的Cas變體有待發(fā)現(xiàn)。意大利特倫托大學(xué)梳理了100多萬個(gè)微生物基因組，以識(shí)別和表征多個(gè)不同的Cas9變體，這些變體可能針對(duì)98%以上的人類已知致病突變。

放射性碳測年精益求精

對(duì)考古學(xué)家來說，放射性碳是天賜之物。自上世紀(jì)40年代以來，科學(xué)家一直使用放射性碳年代測定法縮小歷史事件發(fā)生日期的區(qū)間，但其精度通常為幾十年。

2012年，日本名古屋大學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，從公元774年開始，樹木年輪的放射性碳含量激增，隨后科學(xué)家發(fā)現(xiàn)更多此類事件。這引發(fā)了考古學(xué)的一場革命。在古代樣本中發(fā)現(xiàn)這種短尖峰，可將其年代鎖定在一年內(nèi)，而非像普通放射性碳定年法那樣存在幾十年甚至幾百年的不確定性。

考古學(xué)家正用這種方法追溯新石器時(shí)代定居點(diǎn)和火山爆發(fā)遺址的形成時(shí)間，未來10年內(nèi)，將為這些古老文明中的許多事件追溯精確的年份。

單細(xì)胞代謝組學(xué)方興未艾

代謝組學(xué)驅(qū)動(dòng)細(xì)胞的脂質(zhì)、碳水化合物和其他小分子研究，最初是表征細(xì)胞或組織群體代謝產(chǎn)物的方法，現(xiàn)正轉(zhuǎn)向單細(xì)胞尺度。科學(xué)家可利用這些細(xì)胞水平的數(shù)據(jù)揭示大量看似相同細(xì)胞的復(fù)雜功能，但轉(zhuǎn)型面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2021年，研究人員推出開源軟件工具SpaceM。使用光學(xué)顯微鏡成像數(shù)據(jù)，借助標(biāo)準(zhǔn)商用質(zhì)譜儀對(duì)培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行空間代謝組學(xué)分析，研究人員對(duì)數(shù)萬人和小鼠細(xì)胞中的數(shù)百種代謝產(chǎn)物進(jìn)行了分析，相當(dāng)于采用標(biāo)準(zhǔn)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法對(duì)這些細(xì)胞分門別類。

體外胚胎模型更進(jìn)一步

科學(xué)家們已在細(xì)胞尺度上詳細(xì)描繪了小鼠和人類從受精卵到完全形成胚胎的發(fā)育過程，但驅(qū)動(dòng)這一過程早期階段的分子機(jī)制仍不清楚，“類胚胎”模型有助于填補(bǔ)這些知識(shí)空白，讓研究人員更清楚地揭示能決定胎兒發(fā)育成敗的重要早期事件。

2022年，英國劍橋大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用胚胎干細(xì)胞產(chǎn)生了小鼠胚胎。另一組團(tuán)隊(duì)則采取一種不同的策略：重新編程人類干細(xì)胞，以模擬人類最早的發(fā)育階段。雖然目前并沒有完全實(shí)現(xiàn)，但的確讓這些干細(xì)胞返回到類似于八細(xì)胞人類胚胎的狀態(tài)。這是一個(gè)至關(guān)重要的里程碑。

關(guān)鍵詞：研究人員電子顯微鏡代謝組學(xué) 放射性碳空間望遠(yuǎn)鏡

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