研究方法有哪些(研究课题的研究方法有哪些)
角头杰出的研究工具和项目，我们可以找到一些成功的常见方法。
当被问及他的专长时，王开航的回答很简单:“工匠”。毕竟，他在加州理工学院的大部分工作都与制作东西有关，尽管不是用锤子和钉子。王的团队开发了分子工具，包括一个系统——生物学家可以通过编程将长的合成DNA链转移到细菌细胞中[1]。经过再思考，王给出了一个更科学的答案:合成生物学还是基因组工程。他说:“基本上，我们所有的努力主要是由一个基本目标驱动的，那就是创造生活。
王力可，当手头的工具不足时，许多生物学家会寻找材料、合作者或不同学科的不同方法。这导致了一种全新的命名方法或联盟，如“扩增显微术”或“基因组计划-写”。其中一些方法或联盟因其技术能力和突出的声誉在科学家中引起轰动。
即将到来:人类细胞图谱。来源:改编自盖蒂。
在科罗拉多州立大学研究科学修辞学的埃里卡·西曼斯基说，一个领域或工具的朗朗上口的名字可以为研究人员创造一个探索的概念框架。她说:“就像显微镜限制了我们能用它看到的东西一样，我们只能‘看到’那些有名字的东西。“尝试用新的框架来思考工作有时非常有效，因为它打开了空空间，让我们可以想象新的可能性。”
在这篇文章中，《自然》探索了过去15年中的五项著名技术。有的开辟了新的研究领域或获得了资金支持；有的加强了全球合作，或者在研究中发现了不同于初衷的新目标。无论是揭示细胞的功能，催生公司和疗法，还是在疫情期间为公共卫生决策提供信息，这五项技术都在科学史上留下了伟大的印记。
表转录组学
像基因组DNA一样，信使RNA可以携带改变其功能或命运的化学标记，如甲基或糖基。这种修饰并不统一，已经发现一些mRNA高度甲基化，而另一些则不是，这表明了这些标记的生物学功能。2012年，韦尔康奈尔医学院的RNA生物学家Samie Jaffrey和其他人开发了一种方法来识别转录组中常见的特定mRNA甲基化标记(所有RNA都是从细胞或生物中转录出来的)，命名为m6A[2]。
这项研究的合著者克里斯托弗·梅森也在韦尔科姆医学院工作。他创造了“表观基因组学”这个术语来解释研究小组的假设，即甲基标记调节mRNA转录物的活性，从而表明为什么蛋白质水平并不总是与编码它们的转录物的丰度相匹配。“这可能是基因编码的新水平，非常有吸引力。”杰弗瑞说。新名字让其他人更容易理解这个概念。
在过去的几年里，表观基因组学已经发展成为一个独立的领域，这需要特别的资金、会议和合作。西班牙巴塞罗纳基因组调控中心(CRG)的RNA生物学家Eva Maria Novoa Pardo说:“在某种程度上，一个新词的产生导致了整个研究小组的出现。”
Jaffrey和Mason早期的方法是用m6A抗体分离出长度为100-200个核苷酸的修饰RNA片段，然后通过测序进行鉴定。后来，该团队将抗体与底物交联，然后沉淀抗体结合的RNA片段，精确定位甲基化位点，从而在单核苷酸水平上生成甲基化mRNA的第一张图谱。这有助于识别另一种被修饰的分子，称为核仁核糖核酸[3]。“我们现在开始认同这样一种观点，即m6A的主要功能之一是标记RNA以实现快速周转，”Jaffrey说，这对于细胞改变和适应环境的能力至关重要。
随后，科学家开发了能够在特定序列上切割未甲基化核糖核酸的酶。魏茨曼科学研究所(RNA Israel)的开发人员和RNA生物学家施拉格·施瓦茨(Schraga Schwartz)可以使用这一工具，不仅检测特定位点是否被修饰，还可以检测带有甲基化基序的转录物的百分比。当Schwartz等人将其应用于整个转录组时，他们发现基于抗体的技术遗漏了近75%的修饰位点，表明其灵敏度有限[4]。“这个结果令人惊讶，”他说。“过去有一种方法，但现在我们有两种方法可以更全面地看待这个问题。”
如今，表观基因组学研究人员可以使用纳米孔测序仪直接读取修饰的核糖核酸。与传统测序仪需要先通过逆转录将RNA转化为DNA不同，这些仪器通过蛋白质纳米孔传递RNA分子并产生特定的电流，然后对电流信号进行解码得到RNA序列。过去，解码当前信号的测序算法经常误读甲基化的m6A核苷酸。因此，2019年，Novoa和其他人设计了一种算法(今年早些时候更新了[5])，利用这些误差来预测哪些位点携带甲基化核苷酸。她说:“对天然RNA进行测序是可能的(不必先将其反转录成DNA)，这为转录组打开了一幅不偏不倚的画面。
人类细胞图谱
随着2003年人类基因组测序的完成和研究单细胞的新工具的出现，科学家们开始怀疑是否有可能绘制出每个人类细胞的独特位置、行为和发育。英国韦尔科姆·桑格研究所的遗传学家萨拉·特希曼和美国南旧金山基因泰克公司的计算生物学家阿维夫·雷盖夫就是其中两人。
2016年底，Teichmann、Regev等人聚在一起讨论这个想法。人类细胞图谱项目诞生了，这是一个通过单细胞方法绘制每个人类细胞、组织和器官的结构、遗传和生物学图谱的项目。该组织强调开放和协作的方法:任何人都可以参与，联盟使用广泛的分子和计算方法来收集信息。
在CRG研究单细胞测序技术并领导该联盟标准和技术工作组的Holger Heyn说:“没有一种金标准技术能达到所有目的。“每种方法都有错误。我们集成的技术越多，错误就越少。”
在2020年的一项研究中，Heyn等人比较了一组常见参考样本中的13种单细胞RNA测序技术，并根据它们寻找细胞特异性标记的能力进行了评估[6]。他们发现结果差异的主要来源是样本中细胞的大小。“我们的目标不是竞争，而是决定通过每种技术可以获得什么信息，”Heyn说。
人类细胞学联盟目前在77个国家拥有近2200名成员。他们分析了来自14个主要器官的约3900万个细胞，发表了近80篇文章，而且数量还在增加。
此外，这些数据也有助于解开新冠肺炎之谜。2020年初，联盟成员收集了26个已发表和未发表的数据集，以了解新型冠状病毒冠状病毒是如何侵入肺组织的。他们绘制了病毒进入组织(包括鼻、口和眼等)时使用的细胞表面受体。) [7].从那以后，世界各地的研究人员都使用这个图谱来了解感染过程。Teichmann说，它甚至有助于为公共卫生决策提供信息，例如要求人们戴口罩的政策。她说:“这场疫情对人类细胞图谱项目来说确实是革命性的。\”它显示了细胞图谱的价值——即使它仍然是一个早期和不完整的图谱.\”
膨胀显微成像
尽管许多对显微镜分辨率着迷的研究人员专注于构建更好的硬件，但神经科学家埃德·博伊登采取了不同的策略。他和麻省理工学院的同事一起设计了一种叫做膨胀显微镜的技术，可以像给气球充气一样膨胀细胞和组织。
在这种方法中，一种叫做丙烯酸酯的单体被注入样品中。加水会导致单体聚合和膨胀，当它膨胀时，细胞成分会被推开。在早期，细胞会破裂或不均匀地膨胀。然而，通过在聚合前添加酶来软化组织，研究人员可以将小鼠脑组织扩大到原始大小的4.5倍[8]。两年后，该团队将这种方法扩展到十几种类型的组织，其中一些可以扩展16倍[9]。博伊登说:“这项技术只有在物理放大比例正确的情况下才有价值。
今年，Boyden团队利用这一概念定位组织中的特定RNA，这是一个名为空intertranstomics的子领域。他们首先扩展了小鼠脑组织的一部分，然后对锚定的核糖核酸进行原位测序[10]。
