近年來，現代生命科學與生物技術取得了一系列重要突破，從早先觀察細胞結構的顯微鏡到允許改造編輯生物生命密碼的工具，全新的技術正在加速我們對生物系統(tǒng)的理解，并且正在向應用領域滲透?；蚓庉嫛⒕珳梳t(yī)療、高通量測序等詞開始被大眾談起。而這些生物技術在解決資源、環(huán)境、健康等問題上有著巨大的潛力。
近期，《科學》雜志出了技術轉化生物學特刊。特刊包含1篇社論、4篇綜述和1篇研究性論文，其中不乏盧冠達、莊小威、程亦凡、謝曉亮等華人科學家的身影。這些文章突出報道了強大的新技術，這些技術正在打破生物學研究中可能的壁壘。
CRISPR-Cas技術
CRISPR-Cas系統(tǒng)的多樣性、模塊化和有效性正在推動一場生物技術革命。在第一篇綜述中，加文·諾特（Gavin Knott）和詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）概述了CRISPR-Cas系統(tǒng)，討論了CRISPR-Cas系統(tǒng)與其他基因編輯技術的區(qū)別，以及該系統(tǒng)如何用于治療人類遺傳性疾?。ㄈ缂I養(yǎng)不良癥）和設計農作物的遺傳特性。
體內DNA編寫技術
盧冠達（Timothy Lu）和法希姆·法爾扎法德（Fahim Farzadfard）在第二篇綜述中討論了另一種動態(tài)基因組工程技術——體內DNA編寫（in vivo DNA writing），享有細胞DNA“錄音機”的美稱。該技術能將基因組DNA轉化為在活細胞內記錄存儲生物和人工信息的介質。作者概述了該技術一系列潛在的用途，包括了創(chuàng)建活體生物傳感器，進而追蹤整個發(fā)育過程中的細胞譜系，并討論了技術特點和現階段的局限。
超高分辨率顯微技術
在第三篇綜述中，莊小威團隊概述了超高分辨率顯微方法、先進的功能和在生物學上不斷拓展的應用。由于突破了衍射極限這一傳統(tǒng)光學顯微鏡長久以來的障礙，超高分辨率成像方法能夠顯示生物系統(tǒng)中早先無法觀察到的分子細節(jié)，因此可用于細胞結構和生命系統(tǒng)的納米級三維成像，幫助理解生命的分子基礎，如揭示神經元突觸的形式和功能。盡管該技術仍然存在局限性，但有朝一日，技術進一步的發(fā)展將能夠全面了解信號通路及其相關分子組成。
冷凍電子顯微鏡技術
在第四篇綜述中，程亦凡關注另一種類型的成像——冷凍電子顯微鏡技術（cryo-EM，冷凍電鏡），它開創(chuàng)了結構生物學的新紀元。該綜述概述了冷凍電鏡技術的發(fā)展歷程，并討論了它們的突破性進展和未來發(fā)展方向。其中，單一微粒冷凍電子顯微術（single particle cryo-EM）幫助研究人員解析近原子分辨率的蛋白質三維結構。程亦凡認為，這一技術徹底改變了結構生物學中復雜問題的解決方式，為基于結構的其他研究打開了新的大門。
Dip-C——全新的基因組3D結構重建
最后，在本期的報告中，謝曉亮團隊提出了一種全新的基因組三維結構重建方法。除了序列之外，基因組的3D結構在基因表達調控中起著重要作用。雖然先前的研究已經報道了小鼠單倍體細胞的3D基因組結構，但重建二倍體哺乳動物細胞的3D基因組結構仍然是一個挑戰(zhàn)。研究人員新開發(fā)單細胞染色質構象捕獲技術（Dip-C）成功重建單個二倍體人類細胞的3D基因組結構。研究還表明3D基因組結構取決于來源的組織，對各種組織中細胞類型的系統(tǒng)調查有可能促使細胞分化、癌癥、學習記憶以及衰老等領域的新發(fā)現。
至于這項技術優(yōu)勢在哪里以及有哪些應用？這項研究的第一作者譚隆志博士介紹：“Dip-C 技術的優(yōu)勢主要有兩點。首先它的分辨率高，超過了普通光學顯微鏡，可以研究基因的精細結構，比方說我們觀察了H19/IGF2 這個經典的印跡位點。更重要的是，利用父母基因組之間僅0.1％的細微差異，我們得以區(qū)分這兩套染色體，首次獲得了雙倍體細胞的三維結構。以往的技術只能研究單倍體，因此只能研究一種特殊的小鼠單倍體細胞系，對正常細胞、尤其是人類細胞無能為力。所以 Dip-C 特別適合研究各種人類組織，比如說我們全身和大腦里的各種神經元、免疫細胞、上皮細胞等，為我們建高分辨率人類細胞圖譜提供了絕佳工具。另外很多疾病，尤其是癌癥，會伴有明顯的染色質結構和表觀基因組異常。醫(yī)學上癌癥里很重要的指標之一，就是細胞核的大小和形態(tài)，所以 Dip-C 也非常適合研究這些疾病?！?/p>
（馮 梟，作者系中山大學碩士研究生）
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