2019年，这9大科研突破正在影响世界
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每一年，生命科学领域都涌现出一大批具有突出意义的进展，它们极大地推动了人类探索生物的结构、功能、发生和发展规律，继而创造出新的技术来改善人类与生态环境健康发展的进程。
2019年的生命科学同样获得了丰硕的成果。dna显微镜的出现，crispr基因编辑的持续发力，从头设计的开关蛋白，全球最大人体肠道细菌基因组集研究成果的发布……
国际基因组学大会顾问委员会首次对年度组学事件进行了盘点，并甄选出2019组学9大事件。
1、科学家新扩充了生命的遗传密码：zpsb
众所周知，所有生命体的遗传信息都储存在腺嘌呤(a)、胸腺嘧啶(t)、胞嘧啶(c)、鸟嘌呤(g)这四种关键化学物质中，这四种化学物质的组合排列信息也构成了基因组学研究的基础。不过今年，科学家全新扩充了生命的遗传密码。
北京时间2月22日，国际顶级学术期刊science杂志在线发表了一项最新成果。科学家通过将四种合成核苷酸与核酸中天然存在的四种核苷酸结合，突破性地创造出具有八个字母的dna分子，命名为“hachimoji（日语‘八’和‘字母’）dna”。这项研究首次系统性地证明，互补的非自然碱基能够相互识别并结合，它们形成的双螺旋结构能保持稳定，这也为科学家探索生命遗传密码带来的新的方向。
2、全球最大人体肠道细菌基因组集研究成果 人类微生物组整合计划（ihmp）
在微生物研究领域，2019年有两项重磅成果。一项是全球最大人体肠道细菌基因组集研究成果。这项研究于2019年2月5日在nature biotechnology上发表。研究提供了1500多条高质量的人体肠道细菌基因组，为肠道微生物组研究提供了大量全新的参考基因组数据，同时将肠道菌群的功能分析提升到新维度，这也是首次通过大规模培养的技术手段获得如此多数量的高质量细菌基因组数据。
另一项是nature及其子刊nature medicine以多篇报道公布了人类微生物组整合计划（ihmp），分别探寻了三种情况下——炎症性肠病，糖尿病前期，怀孕和早产——人体微生物组出现哪些变化。这些新发现将有助于我们理解疾病特征，并有望促进疾病治疗。
3、最新技术开启新时代：dna显微镜
我们传统的显微镜技术主要分为两大类，一类是光学显微镜。基于样品发射光子或电子的原理，光学成像可以提供亚细胞结构和行为的复杂成像；第二类是基于解剖的显微镜，这类显微镜借助计算机程序，将每个解剖的片段拼接成完整样本，可以为科学家提供更为微观的遗传信息。
今年6月，cell杂志发表了一种非传统的成像方法，他们将其称为“dna显微镜（dna microscopy），每个细胞都有独特的dna字母或基因型组成。dna显微镜直接从被研究的分子中捕获信息，可以构建细胞图像，积累大量的基因组信息，开辟了一种将基因型与表型联系起来的新方法。
4、新型crispr编辑技术——rescue 世界首例基于基因编辑干细胞治疗艾滋病和白血病
crispr编辑技术对于大众而言十分神秘。实际上，crispr编辑技术是基于细菌特有的名叫“crispr ”的免疫系统而发展出的基因编辑技术，是当前人类探索重大疾病凯发k8一触即发的解决方案的重要技术手段。
2019年crispr基因编辑持续发力，在多个领域获得突破性进展。一是张锋（feng zhang）及其团队开发出一种称为rescue（rna editing for specific c to u exchange, c→u交换特异性的rna编辑）的策略，并免费提供给人们用于开展学术研究。
另一项是关于crispr技术应用的重要进展。研究团队使用crispr-cas9技术编辑造血干细胞和祖细胞，成功移植到一名27岁、同时患有艾滋病（感染hiv-1）和急性淋巴细胞白血病（all）的男性身上。这项研究的意义不仅限于艾滋病领域，对于crispr领域是“向前迈出了一大步”，为基因编辑技术在临床应用的前景带来了新的应用场景。
5、一种从头设计的开关蛋白
细胞免疫治疗作为一种安全而有效的治疗手段，在临床治疗中的作用越来越突出，被誉为“未来医学的第三大支柱”。通过将正常或生物工程改造过的人体细胞移植或输入患者体内，新输入的细胞可以替代受损细胞、或者具有更强的免疫杀伤功能，从而达到治疗疾病的目的。
今年，nature杂志两连发《从头设计开关蛋白》的成果文章，为细胞治疗带来新思路。研究人员开发的从头设计的开关蛋白，可以在细胞中通过明确的细胞信号打开和关闭，而不是模糊的匹配信号。这种开关可以用于对活细胞进行编程，为合成生物学和细胞重编程开辟了新的道路。
6、有史以来最大规模古代dna研究 首次仅凭借蛋白质鉴定出古人类
在过去20年，随着分子生物学和生物信息科学的发展，古dna研究已经成为研究古人类起源、迁徙和混合的重要手段。当前，古基因组数据在人类起源、大型绝灭哺乳动物的迁移演化、动植物家养驯化过程及其对人类社会生活模式的启示、生物与环境的相互关系等诸多方面发挥了独特作用。
2019年，古dna研究重大突破：一是研究人员分析了524名从未研究过的古代个体的基因组，为有史以来最大规模古代dna研究。
另外一项研究首次仅凭借蛋白质鉴定出古人类，这是古蛋白质组学（palaeoproteomics）这个新兴领域迄今为止最引人注目的发现之一。
7、癌细胞会伪装成神经细胞形成突触，促进恶性生长
今年，nature杂志一口气发表了三篇关于癌症的研究，并揭露了一个令人惊讶的事实：很多癌细胞竟然会伪装成神经细胞，并与真正的神经细胞形成一种特殊的突触结构。
在其中的一项研究里，科学家们将人类的神经胶质瘤细胞注射到了小鼠的脑子里。电子显微镜下，这些胶质瘤细胞形成了明显的突触结构，周边还能观察到不少装有神经递质的小囊泡。另一项研究，也同样观察到了胶质瘤细胞与神经细胞之间形成的突触结构。这两支团队也揭示了背后的分子机制：原来在一些胶质瘤细胞中，和突触形成有关的基因得到了激活，这和正常的神经细胞非常类似。
nature杂志对这三项研究给予了很高的评价，评论作者指出这些研究结果表明“脑肿瘤会和神经细胞形成突触连接”。利用与正常突触类似的运作机理，钙离子浓度的上升会“促进肿瘤的增殖，让癌症变得具有致命性”。这些引人入胜的研究结果，有望让相关的受体成为潜在的药物靶点，缓解脑肿瘤的进展。
8、表型组学：从基因型到表型
表型组学主要研究某一生物的物理和化学性状随着基因突变及环境变化而变化的规律。经过几十年的发展，现今表型组学已在各个领域获得了重大突破，尤其是在医学领域已经从疾病的研究走向了临床的应用，包括外科、肿瘤、营养等专业学科。
今年，science杂志发布了《从基因型到表型》（genotype to phenotype）特刊，扩展了我们对基因型和表型的认知，并探索了在理解人类表型发展的影响因素方面的最新进展。
在本期特刊的四篇综述文章中，十余位全球顶尖研究人员展示包括单细胞基因组学分析、gwas在内的多种方法。这些方法将共同增进了我们对基因型和表现型之间复杂关系的理解，这将对人类对健康的探索提供了重要参考方向。
9、在单细胞中同时进行rna测序和atac测序
单细胞多组学研究是当前组学研究领域的热点方向，借助于近年来兴起的单细胞表达谱测序技术（single cell rna-seq），结合表观遗传学的分析，将极大地推动了人们对于大脑功能的认识。而如何将当前不同测序方法结合，完成对不同细胞类型转录调控和转录输出进行同步研究，成为了单细胞多组学研究的重要方向。
10月15日，nature biotechnology杂志发表了基于微滴平台的snare-seq技术。利用精巧的分子生物学策略，实现了在每个单细胞中同时进行rna-seq和atac-seq。该技术的原理是将atac-seq插入基因组的接头序列（adapter）转换成了可以被mrna测序引物识别的多聚a尾 （poly a tail），从而可以利用已有的单细胞测序手段同时检测基因表达和染色质可接近性。该技术由于不依赖于手工单独分离单细胞中的各个组学的成分，可以实现大规模的单细胞多组学高通量测序。
注：本文转载自深圳国家基因库。
