2015技术展望之PCR

　　上世纪八十年代诞生的PCR已经成为了生物学领域的经典老技术，它衍生出来的实时定量PCR和数字PCR也都不再是新兴事物了。那么，这么成熟的技术在未来一年中会有什么样的新发展呢?

　　1. 超快PCR。尽管PCR基本反应已经非常成熟了，但它的性能依然有很大的改进空间。扩增反应的速度就是其中最重要的参数之一。更快的PCR反应总是受人欢迎的，这种改进对分子诊断的意义最大，可以帮助人们在流行性疾病大规模爆发之际及时鉴定病因。今年七月Carl Wittwer等人开发了一个能准确检测DNA聚合酶速度的新方法。在此基础上，人们将有望进一步提升热稳定DNA聚合酶的催化速度。

　　2.数字PCR广泛应用。数字PCR是PCR领域最激动人心的创新之一，这一技术的诞生让绝对定量的梦想成为现实。随着这一技术的进一步商业化，2015年数字PCR将会取得更加显著的成绩。实验方法和数据分析上的改良，将进一步提升该技术非凡的敏感性和特异性。数字PCR的应用范围也将进一步拓展，比如单细胞分析、罕见肿瘤等位基因检测、产前诊断以及血液中游离肿瘤DNA的研究。

　　3.DIY 实时定量PCR。尽管实时定量PCR仪的价格已经在逐年下降，但它们依然是许多小型实验室难以承担的。另外各种PCR技术也一直是许多DIY爱好者的心头好。明年，一款平价实时PCR仪(Open qPCR)将首次交付使用，这无疑让实时定量PCR技术更加平易近人。不出意外的话，这一技术将大大推动资金匮乏区域的DNA诊断，帮助人们在这些地区检测埃博拉、HIV、食源性污染甚至假冒伪劣产品。

　　我们相信，2015年PCR技术的发展趋势仍将以优化反应和拓展应用为主，当然出现PCR新变种的可能性是始终存在的。反应速度、延伸范围和检测成本的不断优化，将帮助PCR继续稳坐现代分子生物学的头把交椅。

2015技术展望之细胞分析

　　作为现代生物学实验室的“基石“技术，细胞培养方法和试剂的改变，可能比其他领域发生的更为缓慢。但是这并不意味着来年在细胞培养和分析领域不会发生什么惊人的进展。为了找出这些可能发生的进展，BioTechniques的编辑对来年的细胞培养和分析进行了大胆的预测。

　　1. 细胞的3D生物打印。把它看作是下一个十年的细胞培养。长久以来，我们一直在讨论，在各种惰性材料制成的3D支架上种植和培育细胞。我们已经了解如何改变支架的物理性能，以使不同的细胞过程(例如干细胞的分化)成为可能，以及如何将生长因子和其他生物大分子放置到支架中，以与细胞相互作用。所有这一切，都是利用传统移液器将细胞滴入这些支架中。但是，在细胞培养世界中，随着细胞的3D生物打印在世界范围内的更为普遍，我们可能会突破这一技术限制。事实上，澳大利亚墨尔本St. Vincent医院的研究人员正在致力于生物打印干细胞，最终为神经系统疾病的研究生成人脑组织。3D打印机的特异性与它们对生物学样本的适应性相结合，让我们在2015年有良好的时机，不仅能看到打印的脑组织，而且还能生物打印其他组织和细胞排列。

　　2. 最后了解你的细胞?我们继续把它作为每年的一个预测问题。人们越来越了解生物学中的可重复性问题，已经导致人们强烈抗议用定义明确、经过验证的试剂开展的精确描述的实验。然而，问题仍在于，使用的是未经验证的细胞系。来年我们能够看到这方面发生重大变化吗?也许在提供资金之前，资助机构将需要细胞系的认证数据?也许用于认证的资金将被补充到研究资金里面?或者也许该出现一种用于好用细胞系认证的单一数据库和程序。

　　3. “太空细胞”。现在我们来做出2015年最深远的预测：更多检测有限重力对细胞的影响，将对真实感3D细胞培养和再生医学应用，提供一种更好的路径。让我解释一下。随着航天任务的增多，以前在太空检测细胞的工作已经有经验了，在接下来的几个月，太空细胞培养将变得越来越普遍。在2014年，英国杜伦大学的Stefan Przyborski，将细胞送到国际空间站，以检测3D细胞培养，并研究微重力对细胞的生理学影响。Przyborski一直热切地参与3D细胞培养方法的发展，他开发了一种支架，可使一种比传统2D平板更加现实的培养环境成为可能。但事实证明，在微重力环境下，细胞更容易聚集在一起，一些学者甚至认为，这样的环境可能对于推动再生医学工作而言是完美的。因此，在来年，商业太空旅行可能会大大增加，细胞太空培养方面的见解，可能为再生医学进步做了更好的准备，我们认为，2015年可以看到新的空间细胞生物学研究。

2015技术展望之蛋白质分析

　　蛋白质是细胞功能的执行者，是一切生命的物质基础。然而人们对蛋白质和蛋白质组的了解还远远不够，蛋白质分析被认为是一项复杂而艰巨的任务。2015年是蛋白质领域的关键一年，有可能决定着蛋白质分析的未来走向。

　　1.人类蛋白互作图谱取得更大的成果。最近Cell杂志上发表了一项大规模的蛋白质研究，科学家们鉴定了一万四千个蛋白相互作用，获得了迄今为止最大规模的人类蛋白互作图谱。他们计划将在未来六年中逐步完成人类基因组的全部互作图谱。这种图谱可以帮助人们更全面的了解人类互作组，进一步理解疾病的发生和发展。对新发现的蛋白互作进行研究，能够揭示基因型和表型之间的真实关系。我们期待在2015年看到这类研究结出更多硕果。

　　2.人造环境为蛋白质分析提供便利。今年八月Roy Bar-Ziv及其同事在Science杂志上发表文章，展示了以微流体DNA隔室为基础的人造细胞。这些二维的人造细胞可以实现预编程的蛋白合成、代谢和通讯，是一种非常灵活的蛋白合成系统。研究显示，人造细胞能够更好的模拟蛋白表达的动态模式，维持蛋白信号的梯度。人们可以利用这一系统来评估蛋白质的活性和相互作用，这种方法将对蛋白质功能研究产生重要的影响。

　　3. 一个时代的终结——蛋白质结构计划PSI收官。PSI项目在运行了十五年后，正逐步走向自己的终点。PSI项目已经确定了六千三百多个蛋白结构，为蛋白质分析做出了重要的贡献。那些为PSI而建的高通量蛋白生产中心可能会继续维持下去，给其他结构生物学实验室使用。结构生物学家们也可能启动与数据处理有关的中、大型项目，作为PSI的延续。

　　不管怎样，对于蛋白质领域来说明年都是特别的一年，研究者们需要决定PSI之后的前进方向。我们希望未来能有更多类似人类互作组图谱的大型项目，增进我们对蛋白质结构和功能的理解。

2015技术展望之基因组编辑

　　规律成簇的间隔短回文重复CRISPR与内切酶Cas9的组合，原本是细菌抵御病毒的重要武器，现在这一组合已经成为了最热门的基因组编辑利器。

　　2014年基因组编辑热潮在持续发酵，CRISPR/Cas9仍旧是最引人注目的话题之一，相关论文被大量下载和引用。纵观CRISPR/Cas9的发展我们可以看到，科学家们仍在追求最理想的基因组工程技术，而2015很有可能会成为基因组工程年。

　　这里我们不妨大胆预测一下，明年基因组工程领域会起那些波澜：

　　1. 大规模CRISPR/Cas9。2013年，麻省理工的CRISPR技术先驱张锋(Feng Zhang)和同事为我们展示了CRISPR/Cas9进行多重基因组编辑的能力。相信在2015年大规模CRISPR/Cas9全基因组操作将越来越多，同时新多重基因组编辑法会大量涌现，还很可能会出现大型的引导RNA数据库。在这样的趋势下，每个人都能在自己的基因组工程研究中用上CRISPR/Cas9。

　　2. CRISPR对簿公堂。2015年将有更多公司提供以CRISPR为基础的实验工具，基于CRISPR的药物也将离我们越来越近。在这种情况下，基础研究领域可能会迎来历史上最大的专利诉讼。目前有三个团队都宣称自己享有CRISPR/Cas9技术的部分专利权，他们很可能最终会对簿公堂，而专利权的归属将决定CRISPR/Cas9日后的命运。

　　3.用细胞来记录生命。假如细胞能将自己发生的所有事情记录下来，我们将会读到些什么呢?2014年Timothy K. Lu和Fahim Farzadfard在Science杂志上发表了一项令人振奋的成果。他们通过合成生物学技术，将细胞事件的模拟记忆编码在活细胞DNA中。虽然这类研究还处于早期阶段，但随着研究者们不断突破细胞工程的极限，我们期待在2015年看到更多的进展和应用。

　　当然了以上都只是我们的推测，基因组工程领域其实是很难预测的，因为相关技术发展得非常之快。你看，短短两三年CRISPR/Cas9系统就走了这么远。这些基因工程领域的预测是否过于保守，就让我们拭目以待吧。