《自然》杂志展望2017年科技前景

时光的车轮在2016年科学史上留下了深深印记。随着新年的到来,科学家们开始展望更加绚丽的未来图景。他们希望:关于CRISPR-Cas9的专利之争能盖棺定论、量子计算领域涌现出一位真正的王者、寻找地球兄弟“行星九”的努力有所突破……

促进癌症疫苗研发 建立科学物联网 《自然》杂志展望2018年生物医学技术突破

温室气体排放或降低

15年前,对人类基因组进行测序需要花费大约30亿美元,而今只需数千美元。科技发展日新月异,新的一年又会有哪些令人期待的突破?英国《自然》杂志近日采访了生物医学领域的专家,为人们梳理出有望改变2018年生命科学研究面貌的技术和课题,其中包括为转录组绘图、促进癌症疫苗研发、建立科学物联网等。

美国当选总统唐纳德·特朗普曾称,气候变化是一个骗局,并在讲话中誓言要废除奥巴马提出的有关遏制气候变化的倡议。2017年,如果特朗普真的在遏制气候变化方面行动不力,中国可能会在该领域发挥领头羊的作用。全球温室气体排放在过去3年保持平稳状态,很多科学家估计,由于经济低迷及环保技术的不断涌现,2017年温室气体排放会有所下降。

全球性的人类细胞图谱计划旨在确定人体内所有细胞类型并绘制其空间组织,而完成此项目需要很多辅助技术。

政治影响结果初显

单细胞RNA测序是识别不同细胞类型的有效方法,也是创建HCA的重要工具,这一方法需要将组织分离成单个细胞,然后隔离出RNA,但这样做无法保留细胞在组织中的空间环境,即它们是如何组织以及相互作用的。

2016年美国总统选举给全球带来巨大冲击,对科学界的影响将于2017年慢慢显现。特朗普就职典礼将于2017年1月20日举行,届时,新政府是否会取缔美国国家航空航天局的气候和地球科学项目,是否会禁止使用人类胚胎干细胞开展研究等问题的答案也将逐步水落石出。2017年3月,英国正式开始与欧盟协商脱欧事宜,也将对科学研究产生重大影响。

哈佛大学先进成像中心主任庄小威说,因此需要一种技术,可以对完整组织中细胞的转录组(细胞内所有转录产物的集合,包括信使RNA、核糖体RNA、转运RNA等)成像,从而提供这种空间背景。他的实验室正在开发多重抗误差荧光原位杂交技术,这是一种基于图像的单细胞转录组学方法,能对单细胞中1000个不同的信使RNA成像,然后通过细胞的基因表达图谱对其分类,并绘制出其空间组织。随着技术进一步发展,MERFISH有潜力检测完整组织细胞中的全部转录组。

航天领域精彩纷呈

在癌症免疫基因组学领域,研究人员想知道,哪些由癌症基因组编码的突变蛋白——新抗原能在个体中引发免疫应答,并基于此开发个性化癌症疫苗或其他疗法。质谱流式细胞技术可用于研究这些新抗原。

中国的嫦娥五号登月任务有望把月球样本带回地球,这将是自上世纪70年代以来,探测器首次将样本带回地球。2千克重的岩石和土壤样本,应该能帮助科学家进一步厘清月球的形成和演化过程。2017年9月,20岁的“卡西尼”号探测器将俯冲进土星内环,并将关键数据传回地球,随后在土星大气层分崩离析,结束自己光辉绚烂的一生。

全美儿童医院联合基因组医学研究所所长伊兰:马蒂斯说,这项技术能确定癌细胞产生最多、且对免疫系统产生强烈反应的新抗原是哪种,然后用这些信息创建个性化的抗癌疫苗,这些疫苗与新型抗癌药物结合使用,有望使患者最终摆脱疾病困扰。

微生物菌群解码健康

CyTOF不仅对癌症基因组学有用,还可用于追踪由细胞产生的任何蛋白的丰度和组成,使我们能更多维、更精确地了解蛋白质。

科学家们将进行更多关于人类微生物菌群(体内病毒、细菌及其他微生物的集合)与基因如何影响大脑发育及癌症等方面的研究。美国人类微生物菌落项目第二阶段结果可能也会公布,该项目主要研究人类微生物菌群与早产、炎症性肠道疾病和Ⅱ型糖尿病发病的关系。

2000年,一种全新的激素——促性腺激素抑制激素被发现。研究表明,当动物遭受压力时,这种激素会抑制生殖轴。对GnIH的研究正在彻底改变我们对大脑调控生殖的理解。

基因专利或名花有主

今天,得益于高通量DNA测序技术,基因组测序的价格在不断下降。加州大学戴维斯分校生殖生物学家瑞贝卡:卡利斯:洛迪古斯说,这使科学家能研究那些在实验室通常不被研究的动物,获得更多与生殖有关的数据,例如,他们最近使用RNA测序来更深入地了解普通鸽的生殖轴如何对压力作出反应。慢性压力会影响生殖,他们希望借此具体了解这一点。

2017年,美国法官将就加州大学伯克利分校和剑桥大学—麻省理工学院博德研究所之间关于“基因剪刀”CRISPR-Cas9究竟“花落谁家”的专利争端进行裁决。这一基因编辑技术可实现对DNA片段的敲除、加入等,在可预计的未来,将在治疗疑难杂症方面大有市场,涉及数十亿美元的投资。

同时,他们也在研究在生殖轴——大脑中的下丘脑、脑下垂体和生殖腺上转录活跃的每一个基因,得到的庞大的数据集产生了数百个假设,有助于进一步理解压力对生殖机制的影响,从而为数百万有生育问题的人提供基因干预或治疗。

量子计算领域胜者为王

物联网是智能传感器和执行器的集群,这些分布式的智能设备正在改变我们的生活,也有望改变科研的面貌。

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