《自然》雜志展望2018年生物醫學技術突破

　　15年前，對人類基因組進行測序需要花費大約30億美元，而今只需數千美元。科技發展日新月異，新的一年又會有哪些令人期待的突破？英國《自然》雜志近日采訪了生物醫學領域的專家，為人們梳理出有望改變2018年生命科學研究面貌的技術和課題，其中包括為轉錄組繪圖、促進癌癥疫苗研發、建立科學物聯網等。

　　為轉錄組繪圖

　　全球性的人類細胞圖譜（HCA）計劃旨在確定人體內所有細胞類型并繪制其空間組織，而完成此項目需要很多輔助技術。

　　單細胞RNA測序是識別不同細胞類型的有效方法，也是創建HCA的重要工具，這一方法需要將組織分離成單個細胞，然后隔離出RNA，但這樣做無法保留細胞在組織中的空間環境，即它們是如何組織以及相互作用的。

　　哈佛大學先進成像中心主任莊小威說，因此需要一種技術，可以對完整組織中細胞的轉錄組（細胞內所有轉錄產物的集合，包括信使RNA、核糖體RNA、轉運RNA等）成像，從而提供這種空間背景。他的實驗室正在開發多重抗誤差熒光原位雜交技術（MERFISH），這是一種基于圖像的單細胞轉錄組學方法，能對單細胞中1000個不同的信使RNA（mRNA）成像，然后通過細胞的基因表達圖譜對其分類，并繪制出其空間組織。隨著技術進一步發展，MERFISH有潛力檢測完整組織細胞中的全部轉錄組。

　　促進癌癥疫苗研發

　　在癌癥免疫基因組學領域，研究人員想知道，哪些由癌癥基因組編碼的突變蛋白——新抗原能在個體中引發免疫應答，并基于此開發個性化癌癥疫苗或其他療法。質譜流式細胞技術（CyTOF）可用于研究這些新抗原。

　　全美兒童醫院聯合基因組醫學研究所所長伊蘭·馬蒂斯說，這項技術能確定癌細胞產生最多、且對免疫系統產生強烈反應的新抗原是哪種，然后用這些信息創建個性化的抗癌疫苗，這些疫苗與新型抗癌藥物結合使用，有望使患者最終擺脫疾病困擾。

　　CyTOF不僅對癌癥基因組學有用，還可用于追蹤由細胞產生的任何蛋白的豐度和組成，使我們能更多維、更精確地了解蛋白質。

　　擴展基因組序列分析

　　2000年，一種全新的激素——促性腺激素抑制激素（GnIH）被發現。研究表明，當動物遭受壓力時，這種激素會抑制生殖軸。對GnIH的研究正在徹底改變我們對大腦調控生殖的理解。

　　今天，得益于高通量DNA測序技術，基因組測序的價格在不斷下降。加州大學戴維斯分校生殖生物學家瑞貝卡·卡利斯·洛迪古斯說，這使科學家能研究那些在實驗室通常不被研究的動物，獲得更多與生殖有關的數據，例如，他們最近使用RNA測序來更深入地了解普通鴿的生殖軸如何對壓力作出反應。慢性壓力會影響生殖，他們希望借此具體了解這一點。

　　同時，他們也在研究在生殖軸——大腦中的下丘腦、腦下垂體和生殖腺上轉錄活躍的每一個基因，得到的龐大的數據集產生了數百個假設，有助于進一步理解壓力對生殖機制的影響，從而為數百萬有生育問題的人提供基因干預或治療。

　　建立科學物聯網

　　物聯網是智能傳感器和執行器的集群，這些分布式的智能設備正在改變我們的生活，也有望改變科研的面貌。

　　研究人員已開始在分布式科學物聯網（IoST）上開展合作。IoST是一個開放系統，將分布式傳感器和執行器連接到強大的機器學習平臺，從而促進全球性實驗。

　　即使是該系統的簡化版，也有巨大作用。谷歌發現，其智能手機可從手機加速計和陀螺儀檢測到的步態變化中發現帕金森病早期癥狀。加州大學伯克利分校理論神經科學家薇薇安·明也說，使用智能手機傳感器，她的團隊能預測雙相情感障礙患者的躁狂發作。但現在，很多科學家無法獲得這種實驗能力。

　　試想一下，如果研究人員能訪問運行IoST應用的智能手機、智能手表和世界各地實驗室的數據；AI系統可挖掘你所在領域已發布研究和數據，等等，將會給科學研究帶來多大突破？

　　當然，這些大規模分布式系統存在一些可怕的因素，如某些組織是否會對數據進行限制性控制？新平臺的研究成果通過傳統科學出版商，還是arXiv這樣的開放獲取平臺提供？

　　雖然獲取渠道和倫理問題必須解決，但轉型更加迫切。有些實驗室和研究人員已在充分利用這些可能性。建立這些系統，有望使出版更平等、數據可共享、科學更透明。