The Scientist：2012生命科学10大创新

The Scientists杂志评出了2012年生命科学领域中最具创新性的产品与服务，包含了从细胞与组织的3D培养技术、基因合成服务、快速便宜的基因组测序技术等等。

                                  第一名：BioFab DNA合成系统    公司：Gen9

现代的制药、化工、能源公司越来越依赖合成生物学为其量身定做DNA，以满足它们的生产需求。利用合成基因对微生物进行改造曾经是非常费时的事情，此外还需要昂贵的设备和其他装置。Gen9公司开发的BioFab这一新的系统可以快速而便宜地生产成千上万的双链DNA片段，长度在500到1000碱基对之间。该公司的“生物制造”系统将便宜的合成小DNA片段与将小片段DNA组装成大DNA片段的精确化学技术结合了起来，利用该平台可实现批量生产。据Gen9公司董事长/CEO Kevin Munnelly表示，尽管在价格上根据合成的DNA量以及客户的特定需求而有所变动，但是其成本也不到10美分/碱基对，只有竞争对手价格的1/5。华盛顿大学分子工程师David Baker说：“以低廉的成本同时合成大量基因改变了计算机蛋白设计领域。” David Baker既是Gen9的客户，也是该公司的咨询委员会成员。

Gen9公司是在今年夏天才成立的，目前拥有大约20家客户，一半来自产业界，一半来自学术界。Gen9的高通量制造技术使得它既降低了DNA合成的成本，也缩减了生产时间。Gen9公司希望到2013年的生产能力能够超越目前全世界的DNA合成量。

第二名：Ion Proton测序系统    公司：Life Technologies

12年前，完成一个人的全基因组测序需要花费10亿美元，而到明年，利用Life Technologies的Ion Proton测序仪，完成一个人类全基因组测序只需要不到1天的时间，成本不到1000美元（当然，这不包括分析费用）。

Ion Proton测序仪在今年9月份推出，同样采用了半导体技术——将化学信号直接转变为数字信号，这种技术铸就了Personal Genome Machine（PMG）的成功。目前，Proton I芯片完成一个人类外显子测序需要几个小时，不过到2013年，Life Technologies会推出Proton II芯片，这是专门设计用于人类全基因组测序的，从样品准备到完成测序，总耗时将不到8个小时。Ion Proton的售价是244000美元，芯片为一次性使用，成本为1000美元。

“为了在成本和速度上带来显著的改善，我们在半导体技术上进行了十几年的投入，”Ion Torrent的业务开发与市场营销副总裁Maneesh Jain说。作为一家测序技术创业公司，Ion Torrent在2009年被Life Technologies收购。Maneesh Jain表示，通过促进大规模测序变得更加广泛，Ion Proton将带来生物学发现的新时代。

第三名：MyCell干细胞服务    公司：Cellular Dynamics International

由于发现利用几个转录因子可以将已经分化的成体细胞重新变为多能干细胞，日本科学家山中伸弥分享了今年的诺贝尔生理或医学奖。这一技术彻底革新了生物医学的研究，使得科学家们能够建立诱导多能干细胞模型用于各类疾病研究。现在，Cellular Dynamics International公司（简称CDI）正通过它们的MyCell Services业务利用山中伸弥的技术为客户提供诱导多能干细胞系，以及由诱导多能干细胞分化来的其他细胞系。

“客户没有必要成为能操控这项技术的干细胞专家，”CDI的首席商务馆Chris Parker说。“他们只需要简单地对某种病状感兴趣，有了他们所需要的人体细胞就能获得所研究问题的正确答案。”

例如，北卡罗莱纳大学哈姆纳药物安全科学研究所所长Paul Watkins正在进行一项研究，将在严重肝脏药物反应中幸存下来的患者的干细胞分化肝细胞与健康人干细胞分化的肝细胞进行对比。他说，研究的目标就是确定与不良药物反应有关的遗传图谱。“我们对病人进行了外显子测序，还将进行全基因组测序。不过这项技术使得我们可以直接对一些推测进行验证。”

CDI提供的诱导多能干细胞系由客户提交的血样中CD34细胞制成，以96孔板形式返回给客户所需的细胞类型。Parker说，一个诱导多能干细胞系的建立需要大约6个月的时间，花费为15000美元，不过一旦诱导多能干细胞系建立后，诱导产生其他类型特定细胞只需要1至2个月时间。每板分化的细胞价格在1500美元，每次下单至少20板。

第四名：Labguru平台    公司：BioData

实验室的研究生、博士后们在凌乱的黑板或白板上潦草记录自己的实验设置和数据的日子一去不复返了。全世界的实验室都在走向数字化，Labguru就是这样一款可以改变实验室进度规划方式的产品。

Labguru是一个数字化平台，可以通过浏览器或iPad App登录，用于存储实验数据、跟踪参考资料、记录后勤信息如试剂的库存等，还可以用来分享实验操作方法与其他有用的实验小花絮。“我们最关心的就是让实验室的运行更加高效、高产。”开发Labguru的BioData公司创始人Jonathan Gross说。

德克萨斯大学病理学家Gustavo Valbuena在使用9个月后表示，Labguru在提高学生和技术人员的工作效率及责任心方面非常有效，“我看到，实验室里的人在记录数据方面变得更加持之有恒。”Labguru每年升级费用为100美元，iPad App基础版及web版免费。

第五名：MiSeq测序仪    公司：Illumina

Illumina公司的“个人测序仪”MiSeq采用了它广泛使用的合成测序技术。Illumina希望通过这种速度更快、价格更低的台式测序仪将下一代测序技术变成主流。

这台占地才2平方英尺的仪器具备了更大的通量，支持2X250碱基对运行，每次运行产生数据量为8.5G。MiSeq的直观界面对用户非常友好。Illumina产品营销总监Jeremy Preston说：“我们将Illumina在过去5年所作的工作浓缩进了一个真正简单的整体。”只要准备好DNA、上好样，然后按下“开始”就等着出数据了。

MiSeq的速度很快：用户可以在90分钟内完成样品准备并在不到一天的时间内完成一个微生物基因组的测序。MiSeq的价格是125000美元，每次运行成本在400到750美元之间，临床应用能够承担得起这个花费。

美国FDA已经在利用MiSeq追踪食源性病菌。MiSeq将来还会被用于追踪医院内爆发的超级细菌，英国牛津大学微生物学家Derrick Crook说。Derrick Crook最近利用MiSeq对英国一些医院的梭状芽孢杆菌以及耐甲氧西林金黄色葡萄球菌进行了监测。他说：“在很短的时间内就能获得高质量的测序结果，这是一个巨大的进步。”

第六名：ONIX微流体平台    公司：CellASIC

CellASIC公司的ONIX微流体灌注平台（ONIX Microfluidic Perfusion Platform）对新细胞成像做了新的改进。这个装置就像是一个改装过的玻璃底96孔板。细胞从入口流至培养室中，在由用户设定的动态环境中生长。在板上的其他孔中，研究者可以添如各种培养基、药物和其他的物质。然后，平板被放在显微镜下并与一台控制仪器相连。设定后的控制仪器控制孔内物质经过微槽孔流入或流出培养室。

CellASIC公司产品经理说：“把培养基、细胞滴加进去后，你就可以去软件上设置所有的自动步骤了。研究人员完全可以准确控制培养室的加料和产出，你不需要在周末还要来观察细胞的状态。“

这套系统在2009年发布，在今年进行了改造，对硬件和软件做了全新的升级，除了可以对培养室内的化学物质进行控制外，还可以控制温度与气压。哈佛医学院尼康成像中心的显微镜专家Jennifer Waters评论称，该系统非常适合一些重要机构使用，因为它通过气体力学工作，只有气流通过，因此无需担心被用户的样品污染。此外，该系统还根据不同的应用定制了几套不同的平板，“你可以用来对从细菌到哺乳动物的所有细胞进行成像，”她说道。

整套ONIX设备售价23000美元，附带5块平板，其他的平板5件一套，每套400美元。

第七名：NanoLuc荧光素酶技术    公司：Promega

对于免疫学家、细胞和分子生物学家、遗传学家以及其他的研究细胞分子动态的研究者来说，发光报告物试验已经成为不可或缺的工具。萤火虫荧光素酶和绿色荧光蛋白是常用的发光报告物，现在Promega公司又推出了一个新的荧光报告酶，叫做NanoLUc荧光素酶，这种荧光素酶是在深海中的一种虾上发现的。

这种新的酶与其他的发光报告物相比有一些改进。NanoLuc荧光素酶大小只有绿色荧光蛋白的三分之二，这使得它在研究中不会破坏细胞过程。此外，与萤火虫荧光素酶相比，其发光的亮度要高240倍。“生物发光是生命科学研究中一种基础的检测技术，”Promega的研发主管Keith Wood说，“我们认为，NanoLuc在多个方面推进了该技术的发展。”

美国神经疾病和中风研究所的Samuel Hasson是NanoLuc用户。他表示，如果没有NanoLuc这种体积小，发光量大的荧光素酶，那么他的帕金森症线粒体功能失调体外研究是无法开展的。“从NanoLuc得到的光信号非常亮”他说。因此当基因的表达量很低的时候，NanoLuc的光信号要比萤火虫荧光素酶亮的多。此外，“你结合到线粒体蛋白质上的报告物越小，对自然过程的干扰就越少。”

携带产NanoLuc基因的质粒价格大约是320美元，发光检测用的底物价格为125美元。

第八名：xSCELL数码相机    公司：Photonis

Photonis公司新的xSCell数码相机具有低光能力、高速、高分辨率的特点。该相机可轻松地与显微镜连接，可进行1024X1024像素的分辨率拍摄，每秒可捕捉1000帧图像，可快速调到全分辨率的视频模式，存储容量达16G，视情况而定最低可在-30℃条件下工作。

“在更高速度方面，这对现代荧光显微镜技术是一大推动，尤其是超高分辨率显微镜。”xSCell用户、耶鲁医学院的细胞生物学家Joerg Bewersdorf说。“单分子水平的高灵敏度是必须的，除了在速度上的提升，新的xSCell相机也代表了这一方向的一大进步。这将推动生物医药显微镜领域的进步。”

Photonis成像产品总监Marc Neglia指出这款产品具有广泛的应用领域，包括天文学、光谱学以及其他的高通量筛选，尤其是它的高端机型可以冷却到-30℃，有助于减少相机感应器由于发热而导致的画面上出现雪花效果——这是数码摄像的一个普遍问题。

xSCell数码相机售价40000美元，新机型年已经售出10台，2013年预计售出50台。

第九名：光-吗啉（Photo-Morpholinos）    公司：Gene Tools

吗啉基寡核苷酸是一种可以与RNA结合的分子，通常用于中断基因表达。为了更好地控制对目标RNA敲落（knock-down）的时机与位置，生物技术公司Gene Tools设计出了光-吗啉（Photo-Morpholinos）。利用光照，光-吗啉可用于在特定时间对生物或组织培养物中的基因表达进行开启或关闭。当感应光-吗啉与反义吗啉基寡核苷酸结合时，光-吗啉起着“笼子”的作用，防止反义吗啉寡核苷酸与其目标RNA反应而影响基因表达。当用紫外光对该系统进行照射时，光-吗啉脱落，从而启动基因敲落。或者，反义光-吗啉直接与目标RNA结合，由于光照可切割吗啉基寡核苷酸并使之失活，因而这种基因敲落是可逆的。

这种技术使得科研人员可以对生物体特定组织中或不同发育阶段的基因功能进行研究。美国犹他大学Huntsman癌症研究所的博士后George Eisenhoffer和他的同事利用光-吗啉对Piezo1通道进行研究，他们推测Piezo1通道在上皮细胞膜排出多余细胞的过程中发挥了重要作用。当Eisenhoffer对Piezo1使用传统的吗啉时，斑马鱼胚胎在早期发育中就死亡了。而使用光-吗啉后，他们可以避开在发育早期的这些问题，只在Piezo1缺失不会对斑马鱼造成致命影响时才实施敲落。果然，抑制Piezo1的表达后，细胞在斑马鱼的两侧聚集，这说明斑马鱼的上皮细胞膜未能正确排出多余的细胞（Nature, 484:546-49, 2012）。

Gene Tools公司位于俄勒冈州，自光-吗啉产品推出后，目前已经为30位客户定制了产品。该产品每300纳摩尔售价700美元——300纳摩尔已足够注射1000条斑马鱼。Gene Tools的研究员Jon Moulton说：“我们从来没把这当做印钞机，它只是我们的客户真正需要的一个产品。”

第十名：HubioGEM与Wiggler    公司：Vivo Biosciences与Global Cell Solutions

对于做新药研发和毒性筛选的科学家来说，具有现实生物性的3D培养是非常重要的，而这样的3D培养非常棘手。由Vivo Biosciences公司与Global Cell Solutions公司联合开发的产品HubioGEM是解决这一难题的不错选择。

与动物性基质不同，生物胶可形成类似人体组织生物学的环境，支持细胞生长。同时，由半渗水凝胶与磁珠形成的微载体可以在细胞收集或培养基更换过程中对细胞簇进行磁性控制，不会对分析或筛选造成干扰。生物胶与微载体联用提供了一种更好的生产和管理3D肿瘤或干细胞的方式，实现了对体内的代谢功能进行精确模拟。

今年10月，Global Cell Solutions公司推出了名为Wiggler的生物反应器系统，该系统与传统的多孔板或摇瓶方法相比，所培养的细胞活性更强。Global Cell Solutions公司CEO Uday Gupta表示：“我们将多种优点整合成一个单一的解决方案，结果就为带来更健康、更持久、更易管理、更具生理相关性的细胞培养物。”

这些特点已经被证实是极有价值的。诺华基金会基因组研究所的Eric Murphy的研究领域是癌症药物。他表示：“我们在这种产品中做了很多药物组合筛选，发现了很多在传统方法中可能会错过的疗法。”