日前,，《自然-方法》（Nature Methods）雜志在十周年之際推出了紀念特刊,，點評了在過去十年中對生物學研究影響最深的十大技術,。二代測序,、CRISPR、單分子技術,、細胞重編程,、光遺傳學、超高分辨率顯微鏡等紛紛上榜,。

二代測序 Next-generationsequencing

二代測序或大規(guī)模并行測序的出現,，幾乎影響了生物學領域的每一個角落。這一技術允許科學家們測序基因組,、評估遺傳學變異,、定量基因表達、研究表觀遺傳學調控,、探索微觀生命,，將各種分析和篩選輕松升級。技術革新使測序數據的數量和質量不斷攀升,，測序文庫的構建也在不斷的進步?，F在人們已經可以檢測限制性材料或發(fā)生降解的樣本，靈活靶標序列空間的一部分,，標記細胞中各種各樣的分子,，捕捉分子相互作用和基因組結構。此外,，計算工具也為解讀二代測序的海量數據立下了汗馬功勞,，為人們揭示了序列變異、調控和進化的基礎信息,。

基因組工程 Genomeengineering

基因組工程可以在體外培養(yǎng)的細胞,、模式和非模式生物中，進行自定義的改動,，這類技術為相關研究帶來了極大的便利,。研究者們能夠在這些工具的幫助下敲除基因、引入突變或者構建融合基因,。舉例來說,，人們用酶切割特定的基因組序列，啟動細胞的修復過程,，并由此作出想要的序列改變,。Meganuclease、鋅指酶和TALEN通過各自的DNA結合域來靶向目的序列,。最近,，CRISPR-Cas9系統成為了這一領域的新寵兒。該系統使用RNA為核酸酶導航,，不僅很容易設計,，而且能夠改寫幾乎任何基因組序列。

單分子技術 Single-moleculemethods

研究單個分子（比如蛋白或DNA）的行為能夠揭示重要的生物學機制，這一點是平均化分子研究無法企及的,。近十年來,，一些單分子技術逐步成熟。比如,，力譜（forcespectroscopy）技術可以檢測分子的結合,、折疊或機械行為，而熒光顯微鏡能夠在體外和體內對單分子進行追蹤,。新興的單分子技術還包括,，能夠測序單分子的納米孔技術，不用標記就能檢測單分子的光學和plasmonic設備,。這些工具的出現,，使人們能夠以空前的深度探索單分子的功能。

光切成像Light-sheet imaging

光切成像這個老技術迎來了自己的第二春,，這是因為成像設備（包括顯微鏡和相機）,、熒光探針和圖像分析技術得到了很大的改進。光切成像技術利用很薄的一層光來照射樣品,，而不是通過點光源或全場照明,，能夠快速地對生物樣品進行高分辨的三維成像，同時降低了光毒性,。神經學和發(fā)育生物學的研究者們,，正在許多生物中用光切成像研究基本的生物學過程，例如胚胎發(fā)育和大腦功能,。

基于質譜分析的蛋白質組學 Massspectrometry–based proteomics

十年前,，基于質譜分析的蛋白質組學研究還是一個相對小眾的領域，傳統細胞生物學家對它并不熟悉,。然而,，質譜分析儀的速度和性能在這十年迅速提升，樣品制備,、實驗設計和數據分析也取得了巨大的進步,，數據可重復性和全面性的許多問題得以解決。這些發(fā)展導致這一領域煥發(fā)了蓬勃的生機,。對特定細胞狀態(tài)的蛋白質組進行深入定量的圖譜分析,，過去需要儀器運行好幾天，現在只要幾個小時就能完成?，F在,，許多研究者通過質譜分析在系統水平上研究蛋白的功能，比如對蛋白質翻譯后修飾和蛋白質互作進行圖譜分析,。

結構生物學 Structuralbiology

隨著結構測定流程（從蛋白表達到結晶）的不斷優(yōu)化,，用X射線晶體學技術分析可溶性小蛋白的原子結構基本已經成為了常規(guī),。研究者們在此基礎上解析了許多頗具挑戰(zhàn)的蛋白結構，比如膜蛋白和大蛋白復合體,，這些蛋白生成的量少而且很難結晶,。這十年來，X射線晶體衍射的樣本制備,、結晶和數據分析得到了大幅改良。與此同時,，其他結構分析技術也在快速發(fā)展,，比如核磁共振光譜（nuclearmagnetic resonance spectroscopy）和單顆粒冷凍電鏡。更有X射線無電子激光器（X-rayfree electron laser）等新興技術涌現出來,。這些技術進步將幫助人們解決各種各樣的分子結構,。

細胞重編程 Cellularreprogramming

iPS技術能夠通過重編程令細胞重新獲得多能性。該技術生成的誘導多能干細胞（iPSC）可以進行擴增,，它們理論上可以生成任何類型的細胞,，用于研究疾病和篩選藥物。現在,，許多實驗室都能通過iPS生成具有特定遺傳學背景的人類細胞,，不過人們仍在探索誘導iPSC分化的更好方法。ips技術熱潮也使直接重編程重新受到了關注,，直接重編程可通過外源轉錄因子,，直接將一種終末分化細胞轉變?yōu)榱硪环N終末分化細胞。

光遺傳學 Optogenetics

用光照射整合在細胞中的光敏蛋白,，可以非侵入性的改變細胞行為,。光遺傳學技術在神經學領域特別受歡迎，研究者們用這一技術來激活或抑制神經元的活性,，實現精確的時間和空間控制,。光遺傳學工具既可以用于體外也可以用于體內，有助于探索神經元功能,、神經元興奮性,、突觸傳遞等問題。此外,，光敏工具也可以用來二聚化蛋白或者激活轉錄?，F有光敏蛋白的不斷改進和新光敏蛋白的發(fā)現，正在不斷拓展著光遺傳學的工具箱,。此外,，發(fā)光過程也在進行改良，比如采用雙光子激發(fā)和模式化的光照刺激,。

合成生物學 Syntheticbiology

設計微生物代謝通路生產藥物和生物燃料,、建造合成生物,、給哺乳動物細胞賦予新功能，這些都是合成生物學的目標,。由于實驗和計算方法的改進,，上述工作都取得了可喜的進展。在基因合成和組裝方面,，人們已經成功合成了細菌基因組和酵母染色體,。鑒定控制轉錄和翻譯的調控元件，可以幫助人們進行更好的回路設計,。研究者們還在不斷開發(fā)預測性的模型,，這將為合成生物學未來十年的成功奠定基礎。

超高分辨率顯微鏡 Super-resolutionmicroscopy

幾個世紀以來,，光學顯微鏡的“衍射極限”一直被認為是無法超越的?，F在人們從不同途徑“突破”了這一極限，這類技術統稱為超高分辨率顯微技術或納米顯微技術（nanoscopy）,。近十年來,，這些技術被廣泛應用到了生物學領域。這意味著研究者們現在可以區(qū)分細胞內的微小物體（細胞器甚至大分子復合體）,，此前它們還只是無法分辨的模糊點,。超高分辨率顯微技術仍然發(fā)展迅猛，尤其是超高分辨率數據的分析,，這些技術為研究分子和細胞的科學家們開啟了全新的視界,。(生物谷Bioon.com)