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近日，生命科学领域最顶尖学术期刊 Cell 杂志推出了“Best of 2019”特刊，评选了了年度最佳 Cell 论文，共9篇。特别值得一提的是，张锋的DNA显微镜论文和中科大薛天教授的让哺乳动物实现裸眼红外光感知和红外图像视觉能力的论文入选。 
如果要评选一个人类历史上最伟大的发明，那么显微镜一定能名列前茅。在显微镜发明之前，人类对于世界的观察只局限于肉眼。当列文虎克使用他自制的显微镜观察到细胞和微生物后，一个全新的微生物世界在人类眼前打开。此后，恩斯特·鲁斯卡于1931年发明电子显微镜，使得人们能够直接在原子水平观察，显微镜将人类视野带到了一个之前从未触及的微观世界，人类开始对自己和自己所处的这个世界有了更深入的认知。显微镜可分为两大类：光学显微镜和电子显微镜，人们早在几百年前使用光学显微镜观察到了细胞，近年来用冷冻电镜观察到了蛋白的三维立体结构，然而，这两类显微镜都无法再基因组水平观察细胞。2019年6月20日，作为CRISPR基因编辑的奠基人之一的张锋教授，在Cell杂志发表了一篇重磅论文，张锋及其合作者开发了一种全新的显微镜：DNA显微镜。DNA显微镜，不依赖光或任何类型的光学器件，通过独特的成像模式，可将物理图像编码为DNA，并以精确的序列信息推断细胞分辨率的原始转录物的物理图像，从而实现在基因组水平上对细胞的观察。通过DNA显微镜，科学家们可以构建细胞图像并同时积累大量的基因组信息。为人们提供了另一层之前无法看到的生物学世界。论文题目：DNA Microscopy: Optics-free Spatio-genetic Imaging by a Stand-Alone Chemical Reaction.
使用DNA显微镜识别样品中的不同细胞（图中不同的彩色的点）使用DNA显微镜（下图左），可以准确地重建用荧光显微镜捕获的细胞图像（下图右），比例尺=100微米。使用DNA显微镜获取一个完整的细胞图片，可以说非常简单，只需要一个样本和和一个移液器。首先，将实验室中培养的细胞固定在反应室中。然后，添加各种各样的DNA条形码。它们连接上RNA分子，给每个分子一个独特的标签。接下来，该团队使用化学反应来制作每个标记分子的越来越多的副本，一个从每个分子的原始位置扩展出来的不断增长的分子堆。最终，标记的分子与其他标记的分子碰撞，迫使它们成对连接在一起。彼此靠近的分子更容易碰撞，产生更多的DNA对。分开的分子将产生更少的DNA对。大约花费30个小时的时间后，DNA测序仪拼出样品中每个分子的碱基。然后通过该团队创建的算法解码数据，将每个原始样本中约5000万个基因序列的DNA碱基转换为图像。张锋认为，每个细胞都是由独特的DNA序列或基因型组成，使用DNA显微镜可以直接从被研究得分子中捕获信息，DNA显微镜开辟了一种将基因型和表型联系起来得全新方法。Aviv Regev认为，DNA显微镜的有着无限的可能性，希望它能够激发人们的想象力，去开发更大更多我们从未想过的创意。论文的第一作者Weinstein认为，有一天DNA显微镜可以让科学家加速免疫疗法治疗的发展，帮助患者免疫系统对抗癌症，该方法可能潜在地识别出最适合靶向特定癌细胞的免疫细胞。这种新型显微镜类别，不仅仅是一种新技术，更是一种我们以前从未考虑过的显微方式。该论文早在2018年11月9日，就已在预印本网站 BioRxiv 上线，随后正式发表于 Cell 杂志。
 上线时间：2018年11月19日 该研究的通讯作者：张锋、Aviv Regev出生于1982年的张锋，是麻省理工学院终身教授，CRISPR基因编辑开创者之一，上市公司Editas Medicine的创始人，当今最为人所关注的华人生物学家。张锋的科研生涯可谓传奇，2004年-2011年，张锋在斯坦福大学神经科学家 Karl Deisseroth 教授实验读博和学习，在此期间，Karl Deisseroth教授同张锋等人开创了光遗传学这一全新的研究领域。2011年，张锋加入麻省理工学院，开始自己的独立科研生涯，2013年，张锋首次将CRISPR/Cas9基因编辑技术成功应用与哺乳动物和人类细胞，从此，张锋随着CRISPR一起大放异彩。年仅30岁时的他就参与开创了两项热门技术领域（光遗传学和CRISPR）。要知道，显微镜技术一共获得过6次诺贝尔奖，三次获物理奖，三次获化学奖。分别是：1953年的物理学奖颁给了相位差显微镜，1982年的化学奖颁给了晶体电子显微技术，1986年的诺贝尔物理学奖颁给了电子显微镜和扫描隧道显微镜，2014年的诺贝尔化学奖颁给了超分辨率荧光显微镜，2017年诺贝尔化学奖颁给了冷冻电子显微镜技术。https://www./cell/fulltext/S0092-8674(19)30547-1# 以下介绍参考自学术经纬 
霍华德·休斯医学研究所（HHMI）的科学家们搭建了一台强大的单层光显微镜，结合先进的算法，让我们在时间与空间的维度上，以前所未有的清晰度看清小鼠胚胎的发育过程，并观察到单个细胞在组织形态发生过程中的动态变化。这项研究荣登当期《细胞》封面。 https:///10.1016/j.cell.2018.09.031深度学习精确预测mRNA的剪接结果 
这项研究描述了一种深度神经网络，可以根据任何mRNA前体的序列，准确预测剪接点，从而精准预测是否会出现剪接造成的非编码遗传变异。
https:///10.1016/j.cell.2018.12.015让哺乳动物拥有感知红外光的超级视力
中国科学技术大学薛天教授与麻省大学医学院韩纲教授合作，设计了可与视网膜光感受器结合的纳米颗粒，将其注入小鼠视网膜。由于这种纳米颗粒可以在吸收红外光后激发小鼠感光细胞的电活动，小鼠不仅获得感知红外线的能力，还可以分辨复杂的红外图像。与此同时，小鼠在可见光下的视觉没有受到影响。 这项研究突破动物视觉感知的物理极限，首次在哺乳动物上实现裸眼红外光感知和红外图像视觉能力。不仅能赋予我们超级视觉，如果改变纳米颗粒的吸收和发射广谱，还有可能帮助视觉感知有缺陷的患者修复视觉，实现向眼底递送药物等功能。 https:///10.1016/j.cell.2019.01.038相分离与转录调控
细胞中，基因表达受到转录因子的控制。转录因子由DNA结合域和激活域组成。麻省理工学院知名生物学家Richard Young院士领衔的这项研究，以转录因子OCT4和GCN4为例，展示了激活域通过与转录中介体复合物聚集形成液体，发挥基因激活功能。这项研究为我们理解已知的几百种转录因子如何在细胞命运决定和疾病发生过程中调控关键基因的表达提供了新的认识。 https:///10.1016/j.cell.2018.10.042大规模研究展示人体微生物组多样性
意大利特伦托大学的研究人员展开一项超大规模研究，样本涵盖了不同地理位置、年龄和生活方式的人群以及人体的不同部位。他们利用单样本宏基因组组装，构建出超过15万个人体微生物基因组，其中77%以前从未被描述过，确定了一些普遍存在、但以前未被发现的微生物类群，尤其是那些在非西方人群中的独特微生物。 https:///10.1016/j.cell.2019.01.001充满潜力的新型免疫检查点抑制剂
革命性的癌症免疫疗法，通过解除T细胞表面起活性抑制作用的受体，来让T细胞恢复对癌细胞的攻击能力。由两名法国科学家领导的一支科研团队发现，T细胞和自然杀伤细胞的表面大量表达一种叫NKG2A的受体分子，很可能也是这样的刹车。 一系列实验和早期临床试验结果显示，针对NKG2A设计的抗体与现有的免疫检查点抑制剂联合使用，能有效提升免疫细胞的抗肿瘤能力，更好地治疗癌症患者！ https:///10.1016/j.cell.2018.10.014筛选CRISPR-Cas9小分子抑制剂
在基因编辑系统CRISPR-Cas9中，SpCas9蛋白是一种常用的核酸内切酶，它可以像剪刀一样切开DNA。在利用基因编辑治疗遗传疾病时，如果这把剪刀在人体内失控，可能会疯狂破坏人类基因组，后果不可想象。因此，未雨绸缪的科学家们开始寻找靶向SpCas9的抑制剂，控制它的活性。 这项工作由Braod研究所的Amit Choudhary教授主导，搭建了两套体系来监测和评估CRISPR-Cas9的活性。利用这一高通量平台，研究人员已成功筛选出两种化合物，能在哺乳动物细胞系中，剂量相关地抑制SpCas9的活性。而这项发现也为快速筛选其他CRISPR相关核酸酶的小分子抑制剂奠定了基础。 https:///10.1016/j.cell.2019.04.009古DNA重建美洲人群的历史
在这篇论文中，一支由十数家科研机构合作参与的国际研究团队分析了来自阿根廷、巴西、智利、秘鲁等不同地区的49个个体的全基因组古代DNA，每个个体的历史至少追溯到9000年前，拥有共同的祖先。研究结果在南美洲和北美洲之间发现了两条过去未知的基因交换流，描摹出美洲祖先变迁的大致轮廓。这些基因证据揭示了古代人类在美洲的复杂定居过程。 https:///10.1016/j.cell.2018.10.027
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