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.pdfVIP

志不强者智不达，言不信者行不果。——墨翟

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。

志不强者智不达，言不信者行不果。——墨翟

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“