生命科学近年来有哪些新技术？

NO1
SARAH TEICHMANN: Expand single-cell biology（扩展单细胞生物学）
Head of cellular genetics, Wellcome Trust Sanger Institute, Hinxton, UK
在过去的十年里，我们看到研究人员可以分析的单细胞数量大幅增加，随着细胞捕获技术的发展，结合条形码标记细胞和智能化技术等方法，在未来数量还将继续增加，对此，大家可能不以为然，但这可以让我们以更高的分辨率来研究更为复杂的样品，我们可以做各种各样的实验。比如说，研究人员不再只关注一个人的样本，而是能够同时观察20到100个人的样本，这意味我们能够更好的掌握人的多样性，我们可以分析出更多的发展时间点，组织和个体，从而提高分析的统计学意义。
我们的实验室最近参与了一项研究，对6个物种的250000个细胞进行了分析，结果表明，控制先天免疫反应的基因进化速度快，并且在不同物种间具有较高的细胞间变异性，这两个特征都有助于免疫系统产生有效的微调反应。
我们还将看到在单个细胞中同时观察不同基因组模式的能力发展。例如，我们不局限于RNA，而是能够看到染色质的蛋白质-DNA复合物是开放还是封闭。这对理解细胞分化时的表观遗传状态以及免疫系统和神经系统中的表观遗传记忆具有重要意义。
将单细胞基因组学与表型关联的方法将会发生演变，例如，将蛋白质表达或形态学与既定细胞的转录组相关联。我认为我们将在2019年看到更多这种类型的东西，无论是通过纯测序还是通过成像和测序相结合的方法。事实上，我们已经见证了这两种技术的一种融合发展：测序在分辨率上越来越高，成像也越来越多元化。
NO2
JIN-SOO KIM: Improve gene editors(改进基因编辑)
Director of the Center for Genome Engineering, Institute for Basic Science, and professor of chemistry, Seoul National University（首尔国立大学基因学研究所基因组工程中心主任、化学教授。）
现如今，蛋白质工程推动基因组工程的发展。第一代CRISPR基因编辑系统使用核酸酶Cas9，这是一种在特定位点剪切DNA的酶。到目前为止，这种方法仍然被广泛使用，但是许多工程化的CRISPR系统正在用新变体取代天然核酸酶，例如xCas9和SpCas9-NG，这拓宽了靶向空间——基因组中可以被编辑的区域。有一些酶比第一代酶更具特异性，可以将脱靶效应最小化或避免脱靶效应。
去年，研究人员报告了阻碍CRISPR基因组编辑引入临床的新障碍。其中包括激活p53基因 (此基因与癌症风险相关)；不可预料的“靶向”效应；以及对CRISPR系统的免疫原性。想要将基因组编辑用于临床应用，就必须解决这些限制。其中一些问题是由DNA双链断裂引起的，但并非所有基因组编辑酶都会产生双链断裂——“碱基编辑”会将单个DNA碱基直接转换成另一个碱基。因此，碱基编辑比传统的基因组编辑更干净利索。去年，瑞士的研究人员使用碱基编辑的方式来纠正小鼠中导致苯丙酮尿症的突变基因，苯丙酮尿症是一种先天性代谢异常疾病，患者体内会不断累积毒素。
值得注意的是，碱基编辑在它们可以编辑的序列中受到了限制，这些序列被称为原间隔相邻基序。然而蛋白质工程可以用来重新设计和改进现有的碱基编辑，甚至可以创建新的编辑，例如融合到失活Cas9的重组酶。就像碱基编辑一样，重组酶不会诱导双链断裂，但可以在用户定义的位置插入所期望的序列。此外，RNA引导的重组酶将会在新的维度上扩展基因组编辑。
基因编辑技术在临床上的常规应用可能还需要几年的时间。但是我们将在未来一两年看到新一代的工具，将会有很多的研究人员对这项技术感兴趣，到时候他们每天都会使用这些技术。届时必然会出现新的问题，但创新的解决方案也会随之出现。
NO3
XIAOWEI ZHUANG（庄小威）: Boost microscopy resolution （提高显微镜分辨率）
Professor of chemistry and chemical biology, Harvard University, Cambridge, Massachusetts; and 2019 Breakthrough Prize winner
超分辨率显微镜的原理验证仅仅发生在十几年前，但今天这项技术相对来说再平常不过，生物学家可以接触到并丰富知识。
一个特别令人兴奋的研究领域是确定基因组的三维结构和组织。值得一提的是，基因组的三维结构在调节基因表达中起到的作用越来越大。
在过去的一年里，我们报道了一项工作，在这项工作中，我们对染色质进行了纳米级的精准成像，将它与数千个不同类型细胞的序列信息联系起来。这种空间分辨率比我们以前的工作好一到两个数量级，使我们能够观察到各个细胞将染色质组织成不同细胞之间差异很大的结构域。我们还提供了这些结构域是如何形成的证据，这使我们更好地理解染色质调节的机制。
除了染色质，我们预见到在超分辨率成像领域空间分辨率有了实质性的提高。大多数实验的分辨率只有几十纳米，虽然很小，但与被成像的分子相比却没有什么差别，特别是当我们想解决分子间的相互作用时。我们看到荧光分子和成像方法的改进，大大提高了分辨率，我们预计1纳米分辨率的成像将成为常规。
同时，瞬时分辨率变得越来越好。目前，研究人员必须在空间分辨率和成像速度之间做出妥协。但是通过更好的照明策略和更快的图像采集，这些限制可以被克服。成千上万的基因和其他类型的分子共同作用来塑造细胞的行为。能够在基因组范围内同时观察这些分子的活动，将为成像创造强有力的机会。
NO4
JEF BOEKE: Advance synthetic genomes （先进的合成基因组）
Director of the Institute for Systems Genetics, New York University Langone Medical Center, New York City
当我意识到从头开始写一个完整的基因组变成可能的时候，我认为这将是一个对基因组功能获得新观点的绝佳机会。
从纯科学的角度来看，研究小组在合成简单的细菌和酵母基因组方面取得了进展。但是在合成整个基因组，特别是哺乳动物基因组方面仍然存在技术挑战。
有一项降低DNA合成成本的技术将会对行业产生帮助，但是目前还没有上市。今天发生的大多数DNA合成都是基于亚磷酰胺化学过程。所得核酸聚合物的最大长度和保真度都受到限制。
许多公司和实验室都在研究酶促DNA合成——这种方法有可能比化学合成更快、更准确、更便宜。目前，还没有一家公司在商业上提供这种分子。但是去年10月，一家总部位于巴黎的叫做DNA Script的公司宣布，它已经合成了一种150碱基的寡核苷酸，几乎符合化学DNA合成的实际限制。
作为一个群体，我们还研究了如何组装人类染色体DNA的大片段，并且我们可以使用这种方法构建100千碱基或更多的区域。现在，我们将使用这种方法来解剖大的基因组区域，这些区域对于识别疾病易感性非常重要，或者是其他表型特征的基础。
我们可以在酵母细胞中快速合成这些区域，因此我们应该能够制造数十到数百种以前不可能检测到的基因组变体。使用它们，我们将能够检查全基因组关联研究中涉及的数千个基因组基因座，它们在疾病易感性方面具有一定意义。这种解剖策略可能使我们最终能够确定这些变体的作用。
NO5
CASEY GREENE: Apply AI and deep learning（应用人工智能和深度学习）
Assistant professor of systems pharmacology and translational therapeutics, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia

2005年1月19日，韩国首汉城市长李明博宣布，汉城市的中文名称改为“首尔”，“汉城”一词不再使用。
9个月后的10月23日，新华社报道说，中国近日将开始启用韩国首都汉城市的中文新译名“首尔”。使用611年的“汉城”名称将在地图文献中消失。
据新华社电 记者23日从有关部门获悉，中国近日将开始启用韩国首都汉城市的中文新译名“首尔”。汉城市今年1月宣布，将该市中文译名改为“首尔”，韩方希望在中国也使用这一新译名。专家认为，韩国首都使用中文译名“首尔”，符合国际惯例，也符合中国有关外国地名翻译使用规定。
首尔历史悠久，古时因位于汉江之北，得名“汉阳”。14世纪末朝鲜王朝定都汉阳后，改名为“汉城”。近代朝鲜半岛受日本殖民统治期间，汉城改称“京城”。1945年朝鲜半岛光复后，更名为朝鲜语固有词，罗马字母标记为“SEOUL”，语意为“首都”。
实际上，早在今年1月19日，汉城市市长李明博就宣布把汉城市的中文名称改为“首尔”，并向中国提出这一要求。李明博当时表示，绝大多数国家都将“SEOUL”按照与英文标记相似的发音来称呼，汉语中的华盛顿、伦敦、莫斯科也都是根据这些地名的固有发音来标记的，只有汉城的中文名称一直沿用古代名称“汉城”。随着韩中两国的往来与交流日益频繁，名称造成的混乱越来越多。汉城市经过一年多的意见征求，确定用新的中文名称“首尔”取代“汉城”。李明博还表示说，“首尔”同汉城的韩语发音最为接近，并采用多用于外国地名的常用汉字，中国人也容易熟悉这一新名称。据悉，汉城市早在2004年年初就成立了“汉城中文名称改名推进委员会”，就改名方案进行讨论和征求意见，原计划于2004年4月公布新的名称，但由于在新名称的确定过程中出现很多问题，故而新名称公布日期一再推迟。
汉城改“首尔”曾引发争论
自韩国汉城宣布改名以来，引发了很大的争议，同时不断有中国媒体刊登关于汉城改名首尔的文章。其中主要有两种观点:一种对这种做法表示质疑，另一种则认为应该宽容。
第一种观点认为，“汉城”在汉文化圈已使用了600多年，包括中国内地、港澳台地区、海外华侨，还有日本和新加坡等地的近15亿人口都已非常熟悉，改名将会带来极大的不便。持第一种观点的人表示，虽然韩国要改名是他们本国自己的事情，别国无可厚非，但使用汉文的人也有自己的表述权，别国无权强制他们接受这种改名。
另一种观点则说，即使改名有韩国民族自尊心的因素，也应该予以理解。大方接受韩国的提议，表明我们平等待人，尊重其他民族的意愿。以下是一些有代表性的话语———
■我还是不习惯
在使用了600多年之后，韩国人说汉城从此不再是汉城，改叫首尔了，还真是让人们不太习惯。只是城市还是那个城市，Seoul也还是那个Seoul，一切的改变和不便都只是冲着中文译名而来。韩国的首都当然是韩国人的，韩国人尽可以随便将首都的名字进行更改。但是汉字显然是中国的，中国人想要怎么称呼外国的地名，也是自己的权利。韩国首都中文名称的突然更改，显然会给世界上使用汉字的人带来很大的不方便。因此，韩国人在考虑更改自己首都的中文名字之前，是否也对世界上其他使用汉字的人们体现出足够的尊重和体谅呢？———网民留言
■不用太在意
别太紧张了，就当学了一个新单词，Seoul这个单词在朝鲜语里的意思就是首都，首尔也好汉城也好，心态要平和。———网民留言
■“名从主人”吧
“汉城”这个名称原本也是他们自己定的。现在，既然他们要把他们首都的“汉语标记”改用音译的“首尔”了，咱们就“名从主人”吧。就像一个叫“张三”的人，他现在要改叫“张四”了，咱们也就得叫他“张四”一样。建议中国媒体，在一段时间内，要不怕麻烦，在“首尔”后面括注“汉城”，如韩国首都首尔（汉城），直到大家习惯为止。这样也有利于中韩两国之间的交流。———中国教育部语言文字应用研究所研究员 费锦昌
■交流不可阻挡
现在许多韩国年轻人喜欢把自己的名字写成中文，政府官员们为了不落伍也争相学汉语。在韩国的外语学院中，收费最高、竞争最激烈的已不再是英语专业，而是汉语。不论“汉城”改名“首尔”到底为哪般，中国国内涌动着“韩流”，韩国则出现了“汉风”，这种文化的交融已经成为不可阻挡之势。———中国朝鲜史研究会副会长兼秘书长 李敦球
"汉城"已叫了611年
据历史资料，“汉城”的沿革是这样的：公元前18年，百济的温祚王在今城址筑城，称“慰礼城”。公元474年，高句丽在此设置“北汉山郡”。新罗真兴王16年改称“汉山州”。景德王（公元742~765）时称“汉州”。1394年，朝鲜王朝的开国皇帝李成桂把首都自开城迁至此，始称“汉城”。这些名称均以城北的汉山山峰得名，由于此城又处汉江下游，因此也可能兼由山河二者得名。1910年后，“汉城”曾一度称“京城”，但是很多人还是称之为“汉城”。从1394年算起，“汉城”已经被叫了611年。
汉城改名究竟图什么
据悉，汉城并不是第一个对外改名的城市。10年之前，印度孟买将英文名称从“Bombay”改为“Mumbai”，为的是脱去英国殖民地的痕迹。而2005年3月，南非通过决议把比勒陀利亚恢复最早的名称“茨瓦内”，同样也是为了表示与种族隔离时代彻底决裂。正因为以上两次改名都是为了脱离某种痕迹，因此，人们很容易做这样的类比：深受中国文化影响的韩国改中文名为“首尔”，内心的真实意图究竟是什么？
汉城市长李明博的解释是绝大多数国家都将“SEOUL”按照与英文标记相似的发音来称呼，只有汉城的中文名称一直沿用古代名称“汉城”。随着两国交流日益频繁，名称造成的混乱越来越多。韩国媒体则解释，在意义上，“首”可解释为“一流”，“首尔”可解释为“首位的城市”、“一流的都市”，非常适合作为首都名称使用。
但有分析人士表示，韩国这样做是为了摆脱中国汉语文化的影响，其根在民族主义。辽宁大学韩国研究中心博士张东明介绍说，韩国在历史上确实不止一次碰到过外来词与韩文之间翻译没有采用国际化标准造成的麻烦，1997年金泳三执政后进行了重新规范。不过，上个世纪，韩国也确实发生过排斥汉语的事件。二战后，韩国曾以法律规定，以韩国的表音字为专用文字。于是从1970年起韩国小学、中学教科书中的汉字都被取消。在1988年汉城奥运会之前，韩国政府曾下令取消所有牌匾上的汉字标记，以强调韩国的民族文化。直到1999年，金大中才下令部分解除对汉字使用的限制。
有些首都还是汉字名
有专家表示，按照中国对外国专名（人名、地名、民族等）的翻译原则和惯例，大多数是以音译为主的；但是，也有一些例外，如旧金山(Sanfrancisco)、牛津（Oxford）、剑桥（Cambridge）、韩国（Korea）、中国（China）等都不是音译。特别是对韩国、朝鲜、日本、越南的专名，由于这些国家的专名一般是源于汉字的，因此，中译时其实不是翻译，而是照录其原名的汉字形式。例如：“平壤”，韩（朝）音P’yǒngyang，中文不译“皮翁扬”，不读Píwēngyáng，仍作“平壤”，读Píngrǎng；“东京”，日语音Tōkyō,中文不译“托基奥”，不读Tuōjī’ào,仍作“东京”；“河内”，越南语音Hanoi,中文不译“哈诺伊”，不读Hānuòyī,仍作“河内”。（据《了望东方周刊》）

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