12月24日，The Scientist評選出了“Top Technical Advances 2015”，成像、光遺傳學、單細胞分析以及基因編輯技術CRISIPR入選。那么，我們就一起看看這四大技術在過去的一年中都取得了哪些進展吧。
成像
今年，生命科學的成像領域打破了過去的壁壘，科學家們通過顯微鏡學方法越來越深入的觀察到了生命組織。
在過去的十年里，一種稱作為體內振動光譜成像（vibrational spectroscopicimaging）的技術一直被用來捕捉一些活體組織中蛋白質、脂類、核酸和其他分子的活動。盡管這一技術可在無需熒光標記的條件下顯影組織，但它仍然太慢而無法適用于大多數(shù)的研究和臨床應用。
10月30日，Purdue大學的科學家們報告稱，他們利用體內振動光譜成像技術大大提高了收集圖片的速度（從分到秒）。新技術zui關鍵的改進是不再需要收集分子振動信號的光譜儀。取而代之的是，這一改進的技術在光子進入組織前會對其進行顏色編碼。
該研究的通訊作者 Ji-Xin Cheng 說：“我們的想法是在將光子發(fā)送到組織前，用不同的兆赫頻率進行顏色編碼。通過這樣的方式，我們能夠在幾十微妙內收集漫射光子，并通過編碼頻率和光顏色之間的一一對應檢索光譜。”
同一個月，發(fā)表在《Nature Methods》上的一項研究中，霍華德休斯醫(yī)學研究所Philipp Keller領導的研究小組發(fā)明的一款新型顯微鏡讓科學家們能夠更加清晰、全面的觀察活體動物的生物過程。
這款顯微鏡能夠產(chǎn)生完整的、不透明生物體的圖像，包括斑馬魚或果蠅的胚胎，在三個維度都有足夠的分辨率，每個細胞都能展現(xiàn)出明顯的結構。更重要的是，它能夠觀察到胚胎發(fā)育過程中細胞的移動，還能夠監(jiān)測大腦活動。研究人員用它記錄了果蠅神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的過程，zui終共有10,000個細胞。
光遺傳學
今年11月，MIT的Edward Boyden和斯坦福大學的Karl Deisseroth因他們在光遺傳學領域的工作獲得了表彰。光遺傳學技術是指通過光線來操控神經(jīng)元，科學家們一直在不斷的改進這一技術。
本月前，在芝加哥舉行的神經(jīng)科學學會會議上，Deisseroth等人提出了全光電生理學（all-optical electrophysiology）的升級版。哈佛大學Adam Cohen和他的團隊開發(fā)出了一種reporter，當引入到細胞中去時，在電壓發(fā)生改變的情況下會發(fā)出紅外線。Cohen與Boyden一起，將電壓指示器與一種響應藍光的膜通道一起導入到了細胞中，這使得研究人員能夠用藍光開啟細胞，用紅外線記錄它們的活動。
今年6月，發(fā)表在《科學》雜志上的一項研究中，研究人員在海藻中發(fā)現(xiàn)了一種紫紅質通道蛋白（channelrhodopsin），與先前開發(fā)的工程通道相比，它能夠更快地抑制神經(jīng)元活動?？茖W家們還開發(fā)出了一種對在光遺傳學控制下神經(jīng)元作出即時反饋的方法，維持它們的活性在一個理想的狀態(tài)。這一“神經(jīng)恒溫器”（neuro thermostat）可在24小時內控制細胞的firing rate常數(shù)。
單細胞分析
近年來，單細胞分析蓬勃發(fā)展，研究成果不斷涌出，技術也越來越。今年，通過單細胞分析，科學家們鑒定出了一個新的細菌們，檢測了小鼠腸道內zui珍貴的細胞類型。5月，發(fā)表在《細胞》雜志上的兩項研究使單細胞轉錄組學有了一個相當大的飛躍，并行檢測的細胞數(shù)量從約100增加到了幾千。
哈佛大學的Marc Kirschner和Steve McCarrol實驗室開發(fā)出了一些高通量技術，能夠在樣本進入到攪拌器中去之前，快速、輕松、廉價地賦予每個細胞*的遺傳條形碼。研究小組希望他們的技術將能夠幫助生物學家們更深入地發(fā)現(xiàn)和分類機體中的細胞類型，繪制出大腦一類復雜組織中的細胞多樣性圖譜，更好地了解干細胞分化，以及獲得更多有關疾病遺傳學的認識。
兩個研究小組各自開發(fā)了一些方法利用微珠將大量不同的DNA條形碼同時傳送到幾十萬納米大小的液滴中。兩種方法都利用了微流體裝置來將細胞和微珠一起裝入這些液滴中。這些液滴是在一個小型裝配線上生成，沿著一根頭發(fā)寬的槽道流動。微珠條形碼附著到每個細胞的一些基因上，因此科學家們可以一批次測序所有的基因，追蹤每個基因的來源細胞。
CRISPR
我們熟知的基因編輯工具CRISPR不斷帶來新的研究成果，在許多研究人員利用CRISPR的同時，其他一些人則專注于改進這一技術。
6月15日，發(fā)表在《Nature Biotechnology》上的一項研究中，科學家們結合CRISPR與光遺傳學構建出了一種系統(tǒng)：一種光激活的新型Cas9核酸酶使得研究人員能夠在空間和時間上更好地控制RNA引導的核酸酶的活性。
研究人員通過首先將Cas9蛋白分成兩個失活的片段構建出了paCas9。隨后他們讓每個片段連接一個光控開關蛋白Magnet。當受到藍光照射時，兩個Magnet蛋白結合到一起，分開的Cas9片段隨之結合重建出了RNA引導的Cas9核酸酶活性。重要的是，這一過程是可逆的：當切斷光線時，paCas9核酸酶會再度分裂，核酸酶活性終止。
Cas9酶是基因編輯系統(tǒng)中一個非常關鍵的組成部分，而脫靶效應一直是CRISPR技術需要克服的重大技術問題。11月30日，發(fā)表在《科學》雜志上的一項研究中，麻省理工學院-哈佛醫(yī)學院Broad研究所CRISPR大神張鋒的研究小組又取得了一項突破性的成果。研究人員通過創(chuàng)建了3個新版本的Cas9酶大大降低了CRISPR/Cas9系統(tǒng)的脫靶效應；有效改善了這一技術的zui大局限性之一。
4月1日，發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究中，張鋒研究小組還鑒別出了一種更小的Cas9核酸酶版本。zui常使用的Cas9酶源自化膿性鏈球菌（SpCas9），因太大而無法裝入到腺病毒載體中。這項研究中介紹了一種來自金黃色葡萄球菌的Cas9核酸酶（saCas9），它比SpCas9小25%，從而為腺病毒的包裝問題提供了一個解決方案。并未參與這項研究的杜克大學的 Charles Gersbach 說：“真正讓人興奮的是saCas9在體內真的能發(fā)揮作用。”
同月6日，Gersbach和同事們也在《Nature Biotechnology》發(fā)表了他們的研究成果。研究人員結合一種組蛋白乙酰轉移酶與Cas9構建出了一種表觀遺傳編輯器。他們破壞了Cas9切割DNA的能力，轉而利用它作為一種自動引導裝置到達基因組中的正確位點，并通過組蛋白乙?；瘉韱踊?。
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