促进癌症疫苗研发 建立科学的物联网

15年前，人类基因组测序花费了大约30亿美元，而今天只花费了数千美元。在新的一年里，预期的突破是什么？最近，英国“自然”杂志采访了生物医学领域的专家，为2018年可能改变生命科学前景的人整理技术和话题，包括绘制转录组图、促进癌症疫苗研发和建立科学物联网。

记录组的绘图

全球人类细胞图谱(HCA)计划旨在识别人体内的所有细胞类型，并绘制其空间组织图，完成该项目需要大量的辅助技术。

单细胞RNA测序是鉴定不同细胞类型的有效方法，也是建立HCA的重要工具。这种方法需要将组织分离成单个细胞，然后分离RNA，但这并不能保护组织中细胞的空间环境，即它们如何相互组织和相互作用。

哈佛高级成像中心主任庄晓伟说，需要一种技术来提供这种空间背景，通过对完整组织中细胞的转录本进行成像(包括信使RNA、核糖体RNA、运输RNA等)。他的实验室正在开发一种多重抗错误荧光原位杂交技术(Merfish)，这是一种基于图像的单细胞转录组方法，可以在单个细胞中成像1000个不同的信使RNA(Mrna)，然后通过细胞的基因表达图谱对其进行分类，并绘制其空间组织图。随着技术的进一步发展，梅鱼具有检测完整组织细胞中所有转录群的潜力。

促进癌症疫苗的研究和开发

在肿瘤免疫基因组学领域，研究人员希望了解哪些由肿瘤基因组编码的突变蛋白，即新抗原，能够在个体中触发免疫反应，并在此基础上开发出个性化的癌症疫苗或其他治疗方法。质谱流式细胞术(CytTOF)可用于这些新抗原的研究。

美国国家儿童医院(NationalChildrensHospital)联合基因组医学研究所(JointGenomeMedicineInstitute)主任伊兰.马蒂斯(IlanMartis)说，这项技术可以确定哪些新抗原能产生最多的癌细胞，并对免疫系统产生强烈的反应，然后利用这些信息创建个性化的抗癌疫苗，这些疫苗与新的抗癌药物相结合，最终将最终会使患者摆脱疾病。

细胞TOF不仅可以用于肿瘤基因组学，还可以用来跟踪细胞产生的任何蛋白质的丰度和组成，从而使我们能够更准确、更准确地理解蛋白质。

扩展基因组序列分析

2000年，人们发现了一种新的激素-促性腺激素抑制激素(GnIH)。研究表明，当动物受到压力时，激素会抑制生殖轴。GnIH的研究完全改变了我们对大脑生殖调节的理解。

今天，由于高通量DNA测序技术，基因组测序的价格正在下降。加州大学戴维斯大学(UniversityofCalifornia,Davis)的生殖生物学家RebeccaKallisLodigus说，这使得科学家能够研究通常不在实验室研究的动物，并获得更多的生殖数据。例如，他们最近使用RNA测序来深入了解普通鸽子的生殖轴对压力的反应。慢性压力会影响繁殖，他们希望了解这一点。

同时，他们也在研究每个活跃在生殖轴上的基因-大脑中的丘脑、脑垂体和性腺。庞大的数据集产生了数以百计的假设，有助于更好地了解压力对生殖机制的影响，从而为数百万有生育问题的人提供遗传干预或治疗。

建立科学的物联网

物联网是一群智能传感器和执行器。这些分布式智能设备正在改变我们的生活，并有望改变科学研究的面貌。

研究人员已经开始在分布式科学物联网(Iost)上共同工作，这是一个开放的系统，将分布式传感器和执行器连接到强大的机器学习平台上，从而为全球实验做出贡献。

即使是简化版本的系统也有很大的效果。谷歌(Google)发现，它的智能手机可以通过移动加速度计和陀螺仪检测到的步态变化来检测帕金森氏症的早期症状。加州大学伯克利分校(UniversityofCalifornia，Berkley)的理论神经学家维维安(Viviane)也表示，她的团队可以使用智能手机传感器预测患有双相情感障碍患者的躁狂发作。但现在，许多科学家无法获得这种实验能力。

想象一下，如果研究人员能够使用智能手机、智能手表和世界各地运行Iost应用程序的实验室，科学研究将有多么大的突破；人工智能系统可以挖掘在您的领域发表的研究和数据，等等。

当然，在这些大规模的分布式系统中有一些可怕的因素，比如某些组织是否限制数据？新平台的研究成果是否可以通过传统的科学出版商或诸如arxiv这样的开放访问平台获得？

虽然必须解决准入和道德问题，但转型更为紧迫。一些实验室和研究人员已经充分利用了这些可能性。预计这些系统的建立将使出版更加平等、数据共享和科学更加透明。