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《科学家》杂志评选出2019年5大科学进步

来源:本站原创 2019-12-31 16:20

2019年12月31日讯/生物谷BIOON/---从人工智能到多能性干细胞,今年发布了许多吸引人的新方法以及对现有方法的优化。

利用人工智能解决生命科学问题

纵观今年生物学的许多重大发现,你会发现得益于计算能力的不断提高和训练所需的大型数据集的可用性,机器学习在生命科学领域不断取得进展。在2019年的其他进展中,研究人员报道了成功地使用机器学习筛选图像以寻找癌症或病原体感染的迹象,并鉴定了血液样本中与糖尿病患者的血管并发症相关的表观遗传标记。

通过基因编辑监视细胞
图片来自Molecular Cell, 2019, doi:10.1016/j.molcel.2019.07.011。

即使计算机承担了更多曾经由人工完成的任务,工程师们仍在探索DNA的信息存储能力。今年夏天,美国波士顿市的研究人员报道了利用DNA和类似于CRISPR的碱基编辑复合物来记录在活细胞内部发生的事件,然后可以通过测序破解出这些事件。论文共同作者、麻省理工学院的Timothy Lu告诉《科学家》杂志,它的潜在应用包括检测环境毒物和记录发育过程。

芯片上的DNA

今年CRISPR-Cas9编辑的另一个创新之处在于是推出针对特定DNA序列的检测设备。在这里,Cas9酶与RNA和石墨烯芯片结合,并且经过基因改造后不会切割DNA。如果RNA-Cas9复合物与它的靶DNA序列结合在一起,那么这会导致石墨烯芯片的电场发生变化,从而给出阳性读出值。这种芯片的开发人员指出,有朝一日它可能用于临床环境中的DNA快速检测。

提高CRISPR的准确性

尽管科学家们正在开发各种各样的CRISPR变体,但是今年开发出的一种CRISPR变体旨在通过避免切割双链DNA来降低它的脱靶效应。这种称为prime editing的技术使用CRISPR系统中经常使用的Cas9核酸酶,但是它将这种酶与一种称为pegRNA的向导RNA和一种逆转录酶相结合在一起,从而可以向基因组中添加新的序列或碱基。一旦将新的遗传物质整入到受到切割的DNA链中,这种新的CRISPR变体就会在未编辑的DNA链上产生缺口,从而向细胞发出信号,使得细胞对产生缺口的DNA链进行重建以匹配经过编辑的DNA链。

精简干细胞制造方法

当一些研究人员研究他们自己的基因组编辑变体时,另一些研究人员对制造诱导性多能干细胞(iPSC)的配方进行了重要改进。这种方法由山中伸弥(Shinya Yamanaka)于2006年首次发布,它在分化细胞中让四种转录因子的基因过量表达,使得它们返回到多能性状态,从而形成了所谓的iPSC。在这四种过量表达的转录因子中,最重要的一种被认为是Oct4。但是在上个月,来自马克斯普朗克分子生物医学研究所的研究人员宣布,他们不仅能够在不调整Oct4水平的情况下制造出小鼠iPSC,而且这样做的效率更高。山中伸弥在发送给《科学家》杂志的一封电子邮件中写道,“如果这种方法在成年人细胞中起作用,那么它将对ips细胞的临床应用产生巨大的优势。”(生物谷 cqwjbz.com)

参考资料:

Top Technical Advances of 2019
https://www.the-scientist.com/news-opinion/top-technical-advances-of-2019-66867


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