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未来生物技术：推动生命科学与医学发展的原动力｜19未来科
学大奖周
19和20世纪见证了传统生物学技术的稳步发展：遗传育种技术
促进了三大遗传定律的发现，体外多聚酶链式反应（PCR）使得基因
克隆、早期基因编辑、人类基因组计划成为可能……进入21世纪后，
生物学更呈现出超摩尔定律的发展速度，新发现与新问题层出不穷，
这依赖并推动着生物技术的革新。
2014年NatureMethods杂志十周年特刊中盘点了过去十年对生
物学研究影响最为深刻的十大技术，二代测序、CRISPR、单分子技术、
蛋白质组学、细胞重编程、光遗传学、超高分辨率显微镜等纷纷上榜。
时至今日，这些技术依然活跃在科学发现的最前沿，推动着生命科学
与医学的前进。
本次峰会“未来生物技术”议题的三位嘉宾分别致力于应用二代
测序和显微镜技术探索基因组物理结构与调控机制、发展基因编辑技
术揭示生理病理机制与治疗人类疾病、整合多组学数据挖掘传统生物
学“看不见”的信息。
探索基因组物理结构与调控机制
我们的遗传物质（线性长链DNA分子）缠绕在核小体上，并进一
步折叠形成染色质，所有染色质共同缠绕形成3维基因组物理结构。
基因组物理结构是表观遗传的重要组成部分：一个个体由同一套遗传
物质能够发展成拥有各种组织器官的复杂生物，即伴随着细胞类型特
异的基因组物理结构的调控作用。
斯坦福大学WilliamGreenleaf实验室专注于利用高通量测序技
术和最先进的光学显微镜技术，开发新的工具，探测基因组编码的分
子的结构和功能，以及基因组本身的物理压缩和折叠。2013年，他们
研发的ATAC-seq（AssayforTransposase-AccessibleChromatin
withhighthroughputsequencing）横空出世并迅速风靡。这是一
种研究染色质开放程度的技术，利用Tn5转座酶对染色质开放区域进
行切割并插入接头，然后将切割后的片段进行建库测序及后续分析。
此外，Greenleaf实验室还致力于研究核小体定位、转录因子在基因组
上的结合位点等技术，从各个角度探索基因组物理结构与调控机制。
ATAC-seq原理示意图（Buenrostroetal.,NatureMethods,
2013.“Transpositionofnativechromatinforfastand
sensitiveepigenomicprofilingofopenchromatin,DNA-binding
proteinsandnucleosomeposition”）
日新月异的“基因剪刀”
随着CRISPR-Cas9技术的诞生，基因编辑异军突起。这项革命性
的技术可以人为插入、去除、修改DNA和RNA序列，精准地编辑生
命信息，有望发展出针对遗传性疾病的全新治疗手段。
北京大学魏文胜实验室致力于发展基因组编辑技术、功能基因组
学以及基因治疗，并在此基础上研究癌症、感染等重大疾病发生机制，
为发展高效治疗手段提供新的药物靶点和思路。今年七月，魏文胜实
验室在NatureBiotechnology发表题为“Programmable
RNAeditingbyrecruitingendogenousADARusingengineered
RNAs”，公开一种全新的原创RNA编辑技术——LEAPER
（LeveragingEndogenousADARforProgrammableEditingon
RNA）。LEAPER是一种RNA单碱基编辑技术，通过使用一小段与目
的序列配对的RNA（arRNA）调用内源性ADAR
（AdenosineDeaminaseActing
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