Nature Methods十周年特刊：十大技术盘点（下）

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) ^3 F. H. R8 e% ~/ BNature Methods杂志在十周年之际推出了纪念特刊，点评了在过去十年中对生物学研究影响最深的十大技术。二代测序、CRISPR、单分子技术、细胞重编程、光遗传学、超高分辨率显微镜等纷纷上榜。
4 t% c" |# G+ k3 u/ o3 \2 e5 f4 l( N( P结构生物学
% R' n" q7 S6 H随着结构测定流程（从蛋白表达到结晶）的不断优化，用X射线晶体学技术分析可溶性小蛋白的原子结构基本已经成为了常规。研究者们在此基础上解析了许多颇具挑战的蛋白结构，比如膜蛋白和大蛋白复合体，这些蛋白生成的量少而且很难结晶。这十年来，X射线晶体衍射的样本制备、结晶和数据分析得到了大幅改良。与此同时，其他结构分析技术也在快速发展，比如核磁共振光谱（nuclear magnetic resonance spectroscopy）和单颗粒冷冻电镜。更有X射线无电子激光器（X-ray free electron laser）等新兴技术涌现出来。这些技术进步将帮助人们解决各种各样的分子结构。
( r0 h  X9 r& _/ R  V细胞重编程
: d* U- t, N: e- {! S0 ^iPS技术能够通过重编程令细胞重新获得多能性。该技术生成的诱导多能干细胞（iPSC）可以进行扩增，它们理论上可以生成任何类型的细胞，用于研究疾病和筛选药物。现在，许多实验室都能通过iPS生成具有特定遗传学背景的人类细胞，不过人们仍在探索诱导iPSC分化的更好方法。iPS技术热潮也使直接重编程重新受到了关注，直接重编程可通过外源转录因子，直接将一种终末分化细胞转变为另一种终末分化细胞。 % C* @! z5 \# P2 A
光遗传学
$ v8 I2 o, p% a6 S5 A5 U用光照射整合在细胞中的光敏蛋白，可以非侵入性的改变细胞行为。光遗传学技术在神经学领域特别受欢迎，研究者们用这一技术来激活或抑制神经元的活性，实现精确的时间和空间控制。光遗传学工具既可以用于体外也可以用于体内，有助于探索神经元功能、神经元兴奋性、突触传递等问题。此外，光敏工具也可以用来二聚化蛋白或者激活转录。现有光敏蛋白的不断改进和新光敏蛋白的发现，正在不断拓展着光遗传学的工具箱。此外，发光过程也在进行改良，比如采用双光子激发和模式化的光照刺激。2 D2 Y) f) O3 Y% G1 ?8 I/ V" n
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合成生物学
+ H4 L/ V3 V7 F" O# Y) k8 ~; e设计微生物代谢通路生产药物和生物燃料、建造合成生物、给哺乳动物细胞赋予新功能，这些都是合成生物学的目标。由于实验和计算方法的改进，上述工作都取得了可喜的进展。在基因合成和组装方面，人们已经成功合成了细菌基因组和酵母染色体。鉴定控制转录和翻译的调控元件，可以帮助人们进行更好的回路设计。研究者们还在不断开发预测性的模型，这将为合成生物学未来十年的成功奠定基础。
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超高分辨率显微镜
8 a2 p7 H7 G' d- c几个世纪以来，光学显微镜的“衍射极限”一直被认为是无法超越的。现在人们从不同途径“突破”了这一极限，这类技术统称为超高分辨率显微技术或纳米显微技术（nanoscopy）。近十年来，这些技术被广泛应用到了生物学领域。这意味着研究者们现在可以区分细胞内的微小物体（细胞器甚至大分子复合体），此前它们还只是无法分辨的模糊点。超高分辨率显微技术仍然发展迅猛，尤其是超高分辨率数据的分析，这些技术为研究分子和细胞的科学家们开启了全新的视界。