年后突破1一14 ICG-14|2019年，这9大科研突破正在影响世界

生命科学领域每年都涌现出大量的杰出进展，极大地推动了人类探索生物的结构、功能、发生和发展，进而创造出新的技术来改善人类的健康发展和生态环境。

2019年，生命科学也取得了丰硕成果。DNA显微镜的出现，CRISPR基因编辑的不断发展，从零开始设计的开关蛋白，以及全球最大的人类肠道细菌基因组集研究成果的发布...

国际基因组学大会咨询委员会首次对年度组学活动进行了盘点，并在2019年选择了9项活动。

1.科学家最近扩展了生命的遗传密码:ZPSB

众所周知，所有生物的遗传信息都储存在腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)四种关键化学物质中，这四种化学物质的组合和排列信息也构成了基因组学研究的基础。但是今年，科学家已经完全扩展了生命的遗传密码。

北京时间2月22日，国际顶级学术期刊《科学》杂志在线发布新成果。科学家们通过将四种合成核苷酸与核酸中四种天然存在的核苷酸结合，创造了一种八个字母的DNA分子，称为“HachimojiDNA”。本研究首次系统地证明了互补的非天然碱基可以相互识别和结合，它们形成的双螺旋结构可以保持稳定，这也为科学家探索生命的遗传密码带来了新的方向。

2.世界上最大的人类肠道细菌基因组集+人类微生物组整合计划的研究成果

在微生物研究领域，2019年有两大成果。一个是世界上最大的人类肠道细菌基因组集的研究结果。这项研究发表在2019年2月5日的《自然生物技术》杂志上。该研究提供了1500多个高质量的人类肠道细菌基因组，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一个新的维度。这是第一次通过大规模培养技术获得这么多高质量的细菌基因组数据。

另一个是《自然》及其附属机构《自然医学》在多份报告中公布了人类微生物群的整合计划，探讨了人类微生物群在炎症性肠病、糖尿病前期、妊娠和早产三种情况下的变化。这些新发现将有助于我们理解疾病的特征，并有望促进疾病的治疗。

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；第二种是基于解剖的显微镜，它可以在计算机程序的帮助下，通过将每个解剖片段拼接成完整的样本，为科学家提供更多的微观遗传信息。

今年6月，《细胞》杂志发表了一种非常规的成像方法，他们称之为“DNA显微镜”。每个细胞都有一个独特的DNA字母或基因型组成。DNA显微镜可以直接从研究的分子中捕获信息，构建细胞图像，积累大量基因组信息，开辟了一种将基因型与表型联系起来的新方法。

4.新的CRISPR编辑技术——Rescue+全球首个基于基因的编辑干细胞，用于治疗艾滋病和白血病

CRISPR编辑技术对于大众来说是非常神秘的。CRISPR编辑技术实际上是基于细菌独特的免疫系统“CRISPR”开发的基因编辑技术，是人类探索重大疾病解决方案的重要技术手段。

2019年，CRISPR基因编辑继续发挥实力，在多个领域取得突破。首先，张峰和他的团队开发了一种叫做救援的策略，免费提供给人们进行学术研究。

二是CRISPR技术应用的重要进展。研究小组使用CRISPR-Cas9技术编辑造血干细胞和祖细胞，并成功将其移植给一名27岁的患有艾滋病和急性淋巴细胞白血病的男性。本研究的意义不仅限于艾滋病领域，而是对CRISPR领域的“一大进步”，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.从头开始设计的开关蛋白

细胞免疫疗法作为一种安全有效的治疗方法，在临床治疗中发挥着越来越突出的作用，被誉为“未来医学的第三支柱”。通过将正常或生物工程化的人类细胞移植或导入患者体内，新导入的细胞可以替代受损细胞或具有更强的免疫杀伤功能，从而达到治疗疾病的目的。

今年，《自然》杂志发表了两篇关于“从零开始设计开关蛋白”的文章，为细胞治疗带来了新的想法。研究人员从零开始开发的开关蛋白可以通过明确的细胞信号来打开和关闭，而不是模糊的匹配信号。这种开关可以用来对活细胞进行编程，为合成生物学和细胞重编程开辟了一条新的途径。

6.史上最大的古代DNA研究+第一次，古代人类只通过蛋白质来鉴定

近20年来，随着分子生物学和生物信息学的发展，古代DNA研究已经成为研究古代人类起源、迁徙和混合的重要手段。目前，古代基因组数据在人类起源、大型灭绝哺乳动物的迁徙与进化、动植物驯化过程、对人类社会生活模式的启示、生物与环境的关系等诸多方面发挥着独特的作用。

2019年，古代DNA研究取得重大突破:首先，研究人员分析了524名从未被研究过的古代个体的基因组，成为历史上规模最大的古代DNA研究。

另一项研究首次仅通过蛋白质来鉴定古代人类，这是古蛋白质组学新兴领域中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，《自然》一口气发表了三篇关于癌症的研究，揭示了一个惊人的事实:许多癌细胞伪装成神经细胞，与真正的神经细胞形成特殊的突触结构。

在其中一项研究中，科学家将人类神经胶质瘤细胞注入小鼠大脑。电镜下，这些胶质瘤细胞形成明显的突触结构，周围观察到许多含有神经递质的小泡。另一项研究还观察了胶质瘤细胞和神经细胞之间形成的突触结构。这两个团队还揭示了潜在的分子机制:在一些神经胶质瘤细胞中，与突触形成相关的基因被激活，这与正常神经细胞非常相似。

《自然》杂志高度赞扬了这三项研究，作者指出，这些研究的结果表明，“脑肿瘤与神经细胞形成突触联系”。利用一种类似于正常突触的机制，钙浓度的增加会“促进肿瘤的增殖，使癌症致命”。这些引人入胜的研究结果有望使相关受体成为潜在的药物靶点，缓解脑肿瘤的进展。

8.现象学:从基因型到表型

现象学主要研究某种生物的理化性质随基因突变和环境变化而变化的规律。经过几十年的发展，表型组学在各个领域都取得了巨大的突破，特别是在医学领域，从疾病研究走向临床应用，包括外科、癌症、营养等专业学科。

今年《科学》杂志发表了《从基因型到表型》特刊，拓展了我们对基因型和表型的认识，探索了理解人类表型发展影响因素的最新进展。

在本期特刊的四篇综述文章中，十多位全球顶尖研究人员展示了包括单细胞基因组学分析和GWAS在内的各种方法。这些方法将增强我们对基因型和表型之间复杂关系的理解，为人类健康探索提供重要的参考方向。

9.在单细胞中同时进行核糖核酸测序和ATAC测序

单细胞组学研究是组学领域的一个热点。借助单细胞表达谱测序技术和表观遗传学分析，将极大地促进人们对脑功能的认识。然而，如何结合不同的测序方法同时研究不同细胞类型的转录调控和输出，已经成为单细胞多显微研究的一个重要方向。

10月15日，Nature Biotechnology发布了基于小滴平台的SNARE-seq技术。使用巧妙的分子生物学策略，在每个单细胞中同时进行RNA-序列和ATAC-序列。该技术的原理是将插入基因组的ATAC-seq的接头序列转化为一个可被mRNA测序引物识别的多聚A尾，从而可以利用现有的单细胞测序方法同时检测基因表达和染色质可及性。该技术可以实现单细胞和多组学的大规模高通量测序，因为它不依赖于单细胞单个组分的人工分离。