某某工厂-专业生产加工、定做各种金属工艺品

微生物组学被Nature选为2020年最值得关注的科技之一

2020年1月21日，Nature期刊展望了2020年最值得关注的几项生物科技，让我们一起来看一下吧！

原文链接：
https://www.nature.com/articles/d41586-020-00114-4?utm_source=researcher_app&utm_medium=referral&utm_campaign=RESR_MRKT_Researcher_inbound

图2 从低温电子显微镜获得的图像重建的病毒SH1。（图片来源：Nature官网）

王宏伟（清华大学，结构生物学家）：在两到三年中，我认为透射式低温电子显微镜（cryo-EM）将成为解密大分子结构的最强科学装置。这些结构对于理解生化机制和药物开发至关重要。

在cryo-EM中，将生物样本快速冷冻在液氮中有助于保留分子的水分，并减少用于成像的高能电子的损害。但是标本的准备工作是一个主要的瓶颈：没有好的标本就无法成像。生物样本通常含有蛋白质，这些蛋白质会在冷冻过程中使用的薄液体层表面散开。为了防止这种情况的发生，研究人员正在开发在将蛋白质施加液滴之前将蛋白质锚固在二维材料（例如碳晶格石墨烯）上的方法。这样，它们可使液滴更小，同时使蛋白质远离空气-水界面。

使用cryo-EM解决分子结构通常需要收集和分析多达10,000张图像，这代表了数周至一个月的工作。增加的通量可以帮助我们了解疾病的机制并更有效地开发药物。

Sarah Woodson（约翰霍普金斯大学，生物物理学家）：我一直在关注长读长RNA测序和适体发光RNA链活体细胞成像技术，虽然仍在日趋成熟，但我预计未来一两年会发生重大变化。

短读测序改变了RNA生物学的领域-例如，它可以发现哪些RNA序列包含经过生物化学修饰的残基。但是，长读长（如使用纳米孔ONT和PacBio测序技术）可以帮助确定特定修饰在细胞中的普遍程度以及RNA分子的变化是否相关。发光适体是在实验室中开发的与荧光染料结合的单链DNA或RNA分子。它们是在某些海洋动物中产生的绿色荧光蛋白的RNA类似物，当这些适体与染料结合时，它们的荧光强度会增加。例如，这使研究人员能够跟踪导致神经退行性疾病的细胞内RNA簇的形成。许多疾病包括癌症、代谢综合症和阿尔茨海默氏病在内都与RNA结构的变化有关,使用这些技术，我们可以更好地将细胞死亡等疾病特征与细胞中RNA分子的发生联系起来。

Elhanan Borenstein（以色列特拉维夫大学，计算系统生物学家）：在过去十年中，对微生物群落遗传物质进行测序的方法已经可以很好探查了微生物组的组成。最近，科学家试图通过整合有关基因、转录本、蛋白质和代谢产物的信息来了解微生物组的功能。代谢物可以提供对微生物组如何影响健康最细致的了解，因为许多宿主与微生物组的相互作用是通过细菌产生和消耗的代谢物发生的。

图3 人类微生物组是未来10年的研究重点（图片来源：Nature官网）

此外，这些数据是复杂多维，可能存在一整套相互作用的网络，涉及多种物种和途径。新的机器学习计算方法可以实现从基于简单相关性的分析到使用现有微生物组-代谢组数据集预测新微生物群落中的代谢组或恢复微生物-代谢物关系。这样的研究可以通过识别产生某些代谢物太少的特定微生物来改善基于微生物组的疗法。

Christina Curtis（加利福尼亚州斯坦福大学，计算与系统生物学家）：我们看不到癌症疾病形成的过程，只能看到其终点：在临床上可以检测到肿瘤时，我们对它进行采样。到那时，肿瘤已经获得了许多突变。

我们的团队建立了一个计算模型，以在考虑组织空间结构的同时探索肿瘤进展的动力学。使用此模型，您可以模拟各种情况，并生成具有模拟患者数据的突变模式的“虚拟肿瘤”。通过将模拟数据与实际基因组数据进行比较，可以推断出哪些参数可能引起了患者的肿瘤。

图5 软件代码可用于构建模拟肿瘤发展的模型（图片来源：Nature官网）

通过新兴的条形码和记录方法可以直接测量肿瘤谱系和表型，并补充这些计算推论。在过去两年的进展包括不断发展的基础CRISPR-条形码，可以哺乳动物发育过程中记录细胞的命运。其他技术使用基于图像的DNA条形码通过RNA的原位检测，从而捕获细胞谱系、空间分布和表型。