2015技術展望之PCR

　　上世紀八十年代誕生的PCR已經成為了生物學領域的經典老技術，它衍生出來的實時定量PCR和數字PCR也都不再是新興事物了。那么，這么成熟的技術在未來一年中會有什么樣的新發展呢?

　　1. 超快PCR。盡管PCR基本反應已經非常成熟了，但它的性能依然有很大的改進空間。擴增反應的速度就是其中最重要的參數之一。更快的PCR反應總是受人歡迎的，這種改進對分子診斷的意義最大，可以幫助人們在流行性疾病大規模爆發之際及時鑒定病因。今年七月Carl Wittwer等人開發了一個能準確檢測DNA聚合酶速度的新方法。在此基礎上，人們將有望進一步提升熱穩定DNA聚合酶的催化速度。

　　2.數字PCR廣泛應用。數字PCR是PCR領域最激動人心的創新之一，這一技術的誕生讓絕對定量的夢想成為現實。隨著這一技術的進一步商業化，2015年數字PCR將會取得更加顯著的成績。實驗方法和數據分析上的改良，將進一步提升該技術非凡的敏感性和特異性。數字PCR的應用范圍也將進一步拓展，比如單細胞分析、罕見腫瘤等位基因檢測、產前診斷以及血液中游離腫瘤DNA的研究。

　　3.DIY 實時定量PCR。盡管實時定量PCR儀的價格已經在逐年下降，但它們依然是許多小型實驗室難以承擔的。另外各種PCR技術也一直是許多DIY愛好者的心頭好。明年，一款平價實時PCR儀(Open qPCR)將首次交付使用，這無疑讓實時定量PCR技術更加平易近人。不出意外的話，這一技術將大大推動資金匱乏區域的DNA診斷，幫助人們在這些地區檢測埃博拉、HIV、食源性污染甚至假冒偽劣產品。

　　我們相信，2015年PCR技術的發展趨勢仍將以優化反應和拓展應用為主，當然出現PCR新變種的可能性是始終存在的。反應速度、延伸范圍和檢測成本的不斷優化，將幫助PCR繼續穩坐現代分子生物學的頭把交椅。

2015技術展望之細胞分析

　　作為現代生物學實驗室的“基石“技術，細胞培養方法和試劑的改變，可能比其他領域發生的更為緩慢。但是這并不意味著來年在細胞培養和分析領域不會發生什么驚人的進展。為了找出這些可能發生的進展，BioTechniques的編輯對來年的細胞培養和分析進行了大膽的預測。

　　1. 細胞的3D生物打印。把它看作是下一個十年的細胞培養。長久以來，我們一直在討論，在各種惰性材料制成的3D支架上種植和培育細胞。我們已經了解如何改變支架的物理性能，以使不同的細胞過程(例如干細胞的分化)成為可能，以及如何將生長因子和其他生物大分子放置到支架中，以與細胞相互作用。所有這一切，都是利用傳統移液器將細胞滴入這些支架中。但是，在細胞培養世界中，隨著細胞的3D生物打印在世界范圍內的更為普遍，我們可能會突破這一技術限制。事實上，澳大利亞墨爾本St. Vincent醫院的研究人員正在致力于生物打印干細胞，最終為神經系統疾病的研究生成人腦組織。3D打印機的特異性與它們對生物學樣本的適應性相結合，讓我們在2015年有良好的時機，不僅能看到打印的腦組織，而且還能生物打印其他組織和細胞排列。

　　2. 最后了解你的細胞?我們繼續把它作為每年的一個預測問題。人們越來越了解生物學中的可重復性問題，已經導致人們強烈抗議用定義明確、經過驗證的試劑開展的精確描述的實驗。然而，問題仍在于，使用的是未經驗證的細胞系。來年我們能夠看到這方面發生重大變化嗎?也許在提供資金之前，資助機構將需要細胞系的認證數據?也許用于認證的資金將被補充到研究資金里面?或者也許該出現一種用于好用細胞系認證的單一數據庫和程序。

　　3. “太空細胞”。現在我們來做出2015年最深遠的預測：更多檢測有限重力對細胞的影響，將對真實感3D細胞培養和再生醫學應用，提供一種更好的路徑。讓我解釋一下。隨著航天任務的增多，以前在太空檢測細胞的工作已經有經驗了，在接下來的幾個月，太空細胞培養將變得越來越普遍。在2014年，英國杜倫大學的Stefan Przyborski，將細胞送到國際空間站，以檢測3D細胞培養，并研究微重力對細胞的生理學影響。Przyborski一直熱切地參與3D細胞培養方法的發展，他開發了一種支架，可使一種比傳統2D平板更加現實的培養環境成為可能。但事實證明，在微重力環境下，細胞更容易聚集在一起，一些學者甚至認為，這樣的環境可能對于推動再生醫學工作而言是完美的。因此，在來年，商業太空旅行可能會大大增加，細胞太空培養方面的見解，可能為再生醫學進步做了更好的準備，我們認為，2015年可以看到新的空間細胞生物學研究。

2015技術展望之蛋白質分析

　　蛋白質是細胞功能的執行者，是一切生命的物質基礎。然而人們對蛋白質和蛋白質組的了解還遠遠不夠，蛋白質分析被認為是一項復雜而艱巨的任務。2015年是蛋白質領域的關鍵一年，有可能決定著蛋白質分析的未來走向。

　　1.人類蛋白互作圖譜取得更大的成果。最近Cell雜志上發表了一項大規模的蛋白質研究，科學家們鑒定了一萬四千個蛋白相互作用，獲得了迄今為止最大規模的人類蛋白互作圖譜。他們計劃將在未來六年中逐步完成人類基因組的全部互作圖譜。這種圖譜可以幫助人們更全面的了解人類互作組，進一步理解疾病的發生和發展。對新發現的蛋白互作進行研究，能夠揭示基因型和表型之間的真實關系。我們期待在2015年看到這類研究結出更多碩果。

　　2.人造環境為蛋白質分析提供便利。今年八月Roy Bar-Ziv及其同事在Science雜志上發表文章，展示了以微流體DNA隔室為基礎的人造細胞。這些二維的人造細胞可以實現預編程的蛋白合成、代謝和通訊，是一種非常靈活的蛋白合成系統。研究顯示，人造細胞能夠更好的模擬蛋白表達的動態模式，維持蛋白信號的梯度。人們可以利用這一系統來評估蛋白質的活性和相互作用，這種方法將對蛋白質功能研究產生重要的影響。

　　3. 一個時代的終結——蛋白質結構計劃PSI收官。PSI項目在運行了十五年后，正逐步走向自己的終點。PSI項目已經確定了六千三百多個蛋白結構，為蛋白質分析做出了重要的貢獻。那些為PSI而建的高通量蛋白生產中心可能會繼續維持下去，給其他結構生物學實驗室使用。結構生物學家們也可能啟動與數據處理有關的中、大型項目，作為PSI的延續。

　　不管怎樣，對于蛋白質領域來說明年都是特別的一年，研究者們需要決定PSI之后的前進方向。我們希望未來能有更多類似人類互作組圖譜的大型項目，增進我們對蛋白質結構和功能的理解。

2015技術展望之基因組編輯

　　規律成簇的間隔短回文重復CRISPR與內切酶Cas9的組合，原本是細菌抵御病毒的重要武器，現在這一組合已經成為了最熱門的基因組編輯利器。

　　2014年基因組編輯熱潮在持續發酵，CRISPR/Cas9仍舊是最引人注目的話題之一，相關論文被大量下載和引用。縱觀CRISPR/Cas9的發展我們可以看到，科學家們仍在追求最理想的基因組工程技術，而2015很有可能會成為基因組工程年。

　　這里我們不妨大膽預測一下，明年基因組工程領域會起那些波瀾：

　　1. 大規模CRISPR/Cas9。2013年，麻省理工的CRISPR技術先驅張鋒(Feng Zhang)和同事為我們展示了CRISPR/Cas9進行多重基因組編輯的能力。相信在2015年大規模CRISPR/Cas9全基因組操作將越來越多，同時新多重基因組編輯法會大量涌現，還很可能會出現大型的引導RNA數據庫。在這樣的趨勢下，每個人都能在自己的基因組工程研究中用上CRISPR/Cas9。

　　2. CRISPR對簿公堂。2015年將有更多公司提供以CRISPR為基礎的實驗工具，基于CRISPR的藥物也將離我們越來越近。在這種情況下，基礎研究領域可能會迎來歷史上最大的專利訴訟。目前有三個團隊都宣稱自己享有CRISPR/Cas9技術的部分專利權，他們很可能最終會對簿公堂，而專利權的歸屬將決定CRISPR/Cas9日后的命運。

　　3.用細胞來記錄生命。假如細胞能將自己發生的所有事情記錄下來，我們將會讀到些什么呢?2014年Timothy K. Lu和Fahim Farzadfard在Science雜志上發表了一項令人振奮的成果。他們通過合成生物學技術，將細胞事件的模擬記憶編碼在活細胞DNA中。雖然這類研究還處于早期階段，但隨著研究者們不斷突破細胞工程的極限，我們期待在2015年看到更多的進展和應用。

　　當然了以上都只是我們的推測，基因組工程領域其實是很難預測的，因為相關技術發展得非常之快。你看，短短兩三年CRISPR/Cas9系統就走了這么遠。這些基因工程領域的預測是否過于保守，就讓我們拭目以待吧。