環(huán)球頭條：《自然》：2023年有望改進科研的七大技術

韋布望遠鏡的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)

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

單分子測序曙光初現(xiàn)

可對樣本中的許多蛋白質進行測序的單分子技術可能即將問世。

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

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

韋布望遠鏡再接再厲

詹姆斯·韋布空間望遠鏡是有史以來最強大的空間望遠鏡，專門設計用于探測紅外輻射，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鏡的最新觀測結果，英國卡迪夫大學正在利用其研究可能導致恒星和行星形成的宇宙塵埃是如何產生的。

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”技術各有優(yōu)缺點：連續(xù)塊面成像技術可處理接近1立方毫米大小的樣品，速度相對較快，但深度分辨率較差;聚焦離子束掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)技術深度分辨率更高，但更適用于體積較小的樣品。一組科學家使用先進的定制FIB-SEM顯微鏡，在保持良好空間分辨率的同時，將單個實驗中可成像體積增加200倍，揭示了很多細胞完整的3D體積內的各種細胞和亞細胞結構。

CRISPR技術“遍地開花”

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

美國麻省總醫(yī)院利用蛋白質工程技術，從細菌化膿鏈球菌中產生了常用Cas9酶的一種變體，這些酶現(xiàn)在幾乎可讀取整個基因組，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)。意大利特倫托大學梳理了100多萬個微生物基因組，以識別和表征多個不同的Cas9變體，這些變體可能針對98%以上的人類已知致病突變。

放射性碳測年精益求精

對考古學家來說，放射性碳是天賜之物。自上世紀40年代以來，科學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，日本名古屋大學團隊發(fā)現(xiàn)，從公元774年開始，樹木年輪的放射性碳含量激增，隨后科學家發(fā)現(xiàn)更多此類事件。這引發(fā)了考古學的一場革命。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，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。

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

單細胞代謝組學方興未艾

代謝組學驅動細胞的脂質、碳水化合物和其他小分子研究，最初是表征細胞或組織群體代謝產物的方法，現(xiàn)正轉向單細胞尺度?？茖W家可利用這些細胞水平的數(shù)據(jù)揭示大量看似相同細胞的復雜功能，但轉型面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

2021年，研究人員推出開源軟件工具SpaceM。使用光學顯微鏡成像數(shù)據(jù)，借助標準商用質譜儀對培養(yǎng)細胞進行空間代謝組學分析，研究人員對數(shù)萬人和小鼠細胞中的數(shù)百種代謝產物進行了分析，相當于采用標準的單細胞轉錄組學方法對這些細胞分門別類。

體外胚胎模型更進一步

科學家們已在細胞尺度上詳細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，但驅動這一過程早期階段的分子機制仍不清楚，“類胚胎”模型有助于填補這些知識空白，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，英國劍橋大學研究團隊利用胚胎干細胞產生了小鼠胚胎。另一組團隊則采取一種不同的策略：重新編程人類干細胞，以模擬人類最早的發(fā)育階段。雖然目前并沒有完全實現(xiàn)，但的確讓這些干細胞返回到類似于八細胞人類胚胎的狀態(tài)。這是一個至關重要的里程碑。

關鍵詞： 研究人員 電子顯微鏡 代謝組學 放射性碳 空間望遠鏡