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这些技术,很牛!(二)

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浏览:- 发布日期:2016-05-17 10:13:00【 】


结构生物学

结构生物学主要是用物理的手段,用x-射线晶体学,核磁共振波谱学,电镜技术等物理学技术来研究生物大分子的功能和结构,来阐明这些大分子相互作用中的机制。随着结构测定流程(从蛋白表达到结晶)的不断优化,用x射线晶体学技术分析可溶性小蛋白的原子结构基本已经成为了常规。在此基础上许多颇具挑战的蛋白结构得到解析,比如膜蛋白和大蛋白复合体。x射线晶体衍射的样本制备、结晶和数据分析的大幅改良,核磁共振光谱和单颗粒冷冻电镜的发展,以及x射线无电子激光器等新兴技术涌现,都将帮助人们解决各种各样的分子结构。

细胞重编程

细胞重编程指的是分化的细胞在特定的条件下被逆转后恢复到全能性状态,或者形成胚胎干细胞系,或者进一步发育成一个新的个体的过程。通过插入回拨细胞发育时钟的基因,可以了解疾病和研究细胞如何决定其命运。2006年,日本研究人员报告说他们发现了一个能避开人体胚胎干细胞实际与伦理问题的可能方法。他们将4个基因导入在培养皿中生长的小鼠尾部细胞,得到了外表和作用与胚胎干细胞极其相似的新细胞。他们把这些新细胞称作诱导多能干(ips)细胞。

ips技术能够通过重编程令细胞重新获得多能性。该技术生成的诱导多能干细胞(ipsc)可以进行扩增,它们理论上可以生成任何类型的细胞,用于研究疾病和筛选药物。现在,许多实验室都能通过ips生成具有特定遗传学背景的人类细胞。ips技术热潮也使直接重编程重新受到了关注,直接重编程可通过外源转录因子,直接将一种终末分化细胞转变为另一种终末分化细胞。

光遗传学

光遗传学是近几年正在迅速发展的一项整合了光学、软件控制、基因操作技术、电生理等多学科交叉的生物工程技术。其主要原理是首先采用基因操作技术将光感基因(如chr2,ebr,nahr3.0,arch或optoxr等)转入到神经系统中特定类型的细胞中进行特殊离子通道或gpcr的表达。光感离子通道在不同波长的光照刺激下会分别对阳离子或者阴离子的通过产生选择性,从而造成细胞膜两边的膜电位发生变化,达到对细胞选择性地兴奋或者抑制的目的。

光遗传技术具有独特的高时空分辨率和细胞类型特异性两大特点,克服了传统手段控制细胞或有机体活动的许多缺点,能对神经元进行非侵入式的精准定位刺激操作而彻底改变了神经科学领域的研究状况,为神经科学提供了革命性的研究手段。光遗传技术在将来还有可能发展出一系列中枢神经系统疾病的新疗法。

合成生物学

合成生物学最初是由hobomb.于1980年提出来表述基因重组技术,随着分子系统生物学的发展,2000年e. kool在美国化学年会上重新提出来。合成生物学是指人们将“基因”连接成网络,让细胞来完成设计人员设想的各种任务。例如把网络同简单的细胞相结合,可提高生物传感性,帮助检查人员确定地雷或生物武器的位置。再如向网络加入人体细胞,可以制成用于器官移植的完整器官。

合成生物学将催生下一次生物技术革命。目前,科学家们已经不局限于非常辛苦地进行基因剪接,而是开始构建遗传密码,以期利用合成的遗传因子构建新的生物体。合成生物学在未来几年有望取得迅速进展。据估计,合成生物学在很多领域将具有极好的应用前景,这些领域包括更有效的疫苗的生产、新药和改进的药物、以生物学为基础的制造、利用可再生能源生产可持续能源、环境污染的生物治理、可以检测有毒化学物质的生物传感器等。

超高分辨率显微镜

为了更好地理解生命过程和疾病发生机理,生物学研究需要观察细胞内器官等细微结构的精确定位和分布,阐明蛋白等生物大分子如何组成细胞的基本结构,重要的活性因子如何调节细胞的主要生命活动等,而这些体系尺度都在纳米量级,远远超出了常规的光学显微镜(激光共聚焦显微镜等)的分辨极限。为了解决生命科学研究面临的这一难题,超高分辨率显微技术应时而生。

超分辨率显微作为一类很新的技术,突破了光学成像中的衍射极限,把传统成像分辨率提高了10~20倍,以往那些大小在200nm至750nm之间的模糊泡状图像再也无法对科研人员造成困扰了。过去几年间,随着技术不断推进,先后实现了多色、三维和活细胞高速成像。其生物应用也很广泛,包括细胞膜蛋白分布、细胞骨架、线粒体、染色质和神经元突触等。

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