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nature methods期刊解读_nature chemistry(2024年12月精选)

内容来源：AI全自动内容创作接口所属栏目：新闻更新日期：2024-12-02

nature methods期刊

「brainnews超话」「健康登顶计划」 Nat Methods两连发：中科院神经所王凯团队开发多种显微成像新技术！来源：brainnews 01 2024年11月22日，《Nature Methods》期刊在线发表了题为《Super-resolution imaging of fast morphological dynamics of neurons in behaving animals》的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）王凯研究组完成。研究团队开发了一种新型超分辨显微成像技术，有效解决了背景噪声干扰和运动伪影两大技术难题，可在清醒动物脑中对神经元的快速动态进行超分辨率光学成像和解析，为研究动物学习过程中的神经元突触可塑性基础提供了有力的新工具。 02 2024年10月8日，《Nature Methods》期刊在线发表了题为《Volumetric Voltage Imaging of Neuronal Populations in Mouse Brain by Confocal Light Field Microscope》的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）王凯研究组完成。研究团队开发了一种新型三维光场显微成像技术，显著提升了神经元电压光学成像的通量。这项技术能够对小鼠脑三维神经网络中数百神经元的膜电位进行高速同步记录，为深入解析神经网络的信息处理机制提供了新的有力工具。

【培养“迷你大脑”新突破！Nat Methods：开发出具有独特皮层区域和前后模式的大脑类器官，有助深入研究人类特有的大脑发育和疾病】在一项新的研究中，奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）的J㼲gen Knoblich及其团队开发出一种新方法，使科学家们能够培养出具有独特皮层区域和前后模式的大脑类器官。这项技术让科学家们能够更深入地研究人类特有的大脑发育和疾病。相关研究结果于2024年9月18日在线发表在Nature Methods期刊上，论文标题为“A polarized FGF8 source specifies frontotemporal signatures in spatially oriented cell populations of cortical assembloids”。网页链接

AI与生物技术结合：蛋白质设计新进展 𐟓… 2024年10月28日，Liu等人在《Nature Methods》期刊上发表了题为《De novo protein design with a denoising diffusion network independent of pretrained structure prediction models》的文章，介绍了SCUBA-D模型。SCUBA-D是一种从头训练的蛋白质骨架去噪扩散模型，旨在通过实验验证模型设计的蛋白质能够实现预期目标。文章通过X射线验证了16个蛋白质和1个蛋白质复合物的结构，进一步证明了模型设计的血红素结合蛋白和Ras结合蛋白能够有效结合。 𐟓… 2024年4月19日，Rohith Krishna等人在《Science》期刊上发表了题为《Generalized Biomolecular Modeling and Design with RoseTTAFold AllAtom》的文章，提出了RoseTTAFold All-Atom（RFAA），并通过微调得到RFdiffusionAA。RFdiffusionAA能够针对小分子设计蛋白质，并通过实验验证其有效性。文章利用RFdiffusionAA设计出能够结合心脏病治疗药物digoxigenin、酶促辅因子血红素和光捕获分子bilin的蛋白质结合物。 𐟓… 2024年8月16日，Wei Qu等人在bioRxiv上公开了题为《P(al-atom)Is Unlocking New Path For Protein Design》的文章，介绍了Pallatom模型。Pallatom是一种蛋白质生成模型，能够产生全原子坐标的蛋白质结构。文章采用双轨框架将蛋白质符号化为token级别和原子级别的表征，并通过多层的解码过程将两种表征结合在一起。实验结果表明，Pallatom生成结果的可设计性、多样性和新颖性都得到提升。这些研究再次证明了深度生成模型在蛋白质结构设计等复杂物理问题上的应用潜力。未来，随着AI与生物技术的进一步结合，我们有望看到更多创新性的蛋白质设计方法和应用。

「健康登顶计划」「brainnews超话」 Nat Methods：新技术！王凯团队实现对小鼠脑三维神经网络中数百神经元的膜电位高速同步记录来源：brainnews 2024年10月8日，《Nature Methods》期刊在线发表了题为《Volumetric Voltage Imaging of Neuronal Populations in Mouse Brain by Confocal Light Field Microscope》的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）王凯研究组完成。研究团队开发了一种新型三维光场显微成像技术，显著提升了神经元电压光学成像的通量。这项技术能够对小鼠脑三维神经网络中数百神经元的膜电位进行高速同步记录，为深入解析神经网络的信息处理机制提供了新的有力工具。

这个图不错诶「国民医生说」「微博健康公开课」四川大学生物治疗全国重点实验室科研团队的新成果登上了《nature methods》期刊封面。团队发表了题为“Real-time detection of 20 amino acids and discrimination of pathologically relevant peptides with functionalized nanopore”的研究论文，阐明纳米孔单分子检测新策略，实现了对全部20种天然氨基酸的直接区分，提出并验证了纳米孔外切酶实时多肽测序方法（简称NEPS），为实现单分子蛋白质测序提供了可行途径，展示出生物传感器技术与人工智能算法结合的优异潜力，代表我国生物传感技术与蛋白组学工具的原始创新能力进入全球前沿方阵。 [中国赞]

探索生命科学的实验指南：年度最佳发现 𐟌ŸBio-protocol Journal：这本开放获取期刊专注于生命科学领域，提供经过同行评审的详细实验方案。 𐟔Springer Nature Experiments：这个平台集成了Springer Protocols、Nature Protocols和Nature Methods等资源，提供大量优质的生命科学实验方案。 𐟓šEverlab-Protocol：这是一个创新性的实验方法平台，允许用户创建和分享实验方法，并与个人实验记录系统集成。 𐟓–Bio-101：这是Bio-protocol旗下的一个在线数据库，专门提供生命科学基础实验方案，强调开放获取和实验方案的可重复性。 𐟌PhET：提供一系列免费的在线仿真程序，覆盖物理、化学、生物、地理和数学等多个科学领域。 𐟏뤸�𝧧‘学技术大学图书馆 - SpringerProtocols：提供生物化学、分子生物学等领域的详细实验操作记录，支持校园网和VPN用户访问。 𐟓šSpringer Nature Experiments实验指南与方法数据库：这个数据库提供Springer Protocols等期刊内容，覆盖广泛的实验方法。

【王凯组开发新型三维神经网络高速电压成像技术】 2024年10月8日，《Nature Methods》期刊在线发表了题为《Volumetric Voltage Imaging of Neuronal Populations in Mouse Brain by Confocal Light Field Microscope》的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）王凯研究组完成。研究团队开发了一种新型三维光场显微成像技术，显著提升了神经元电压光学成像的通量。这项技术能够对小鼠脑三维神经网络中数百神经元的膜电位进行高速同步记录，为深入解析神经网络的信息处理机制提供了新的有力工具。对大脑工作原理的解析离不开对神经元进行功能活动的记录。神经元通过细胞膜电位的变化来编码和传递信息，传统电生理技术主要通过在大脑中插入不同形态和功能的电极来检测神经元微弱的电信号，这些技术的发展在历史上极大推动了神经科学的进步。近年来，结合功能荧光探针和光学成像的神经元功能光学成像技术在神经科学研究中引发了一场技术革命。与传统电生理技术相比，光学功能成像技术具有通量高、非侵入和分子特异性高等优点。然而，由于直接对神经元膜电位进行功能光学成像面临诸多技术挑战，目前研究人员普遍选择通过光学检测神经元的胞内钙离子浓度来间接获得神经元的激活状态。然而，这项技术缺乏解析单个动作电位的时间分辨率，也无法准确记录神经元阈下膜电位的变化，在深入解析神经信号处理机制等方面存在不足。因此，开发能够对神经元膜电位进行大规模光学记录的新技术一直是神经科学研究的长期愿景和技术前沿。相比于钙离子成像，电压成像的速度提升近100倍。不仅要求图像采集速率提高100倍，还对在有限的荧光信号中高效捕捉微弱的电压信号提出了极高的要求，给电压敏感荧光探针和光学成像技术带来了巨大的挑战。目前，最高通量的电压光学记录主要通过宽场荧光显微镜对小鼠脑浅表神经元进行成像来实现，但其穿透深度小、效率低、通量有限等缺点限制了其在神经科学研究中的广泛应用。为了提高电压成像的通量，并实现对三维神经网络的同步成像，研究团队开发了基于三维光场成像技术的电压成像新方法。三维光场显微镜是一种高度并行化的成像技术，能够在一次相机曝光中对三维体进行同时成像。王凯研究组长期致力于光场成像新技术的开发，并将其应用于神经科学研究：研究团队曾发明拓展视场光场显微镜，首次实现自由行为斑马鱼的全脑神经元钙离子功能成像（Cong et al., eLife 2017）；并进一步创新提出广义共聚焦原理，发明共聚焦光场显微成像技术，实现小鼠脑神经元和三维血管网络循环血细胞的快速成像（Zhang et al., Nature Biotechnology 2021）。虽然光场成像的高速成像能力对电压成像具有天然优势，但仍面临光效率低，速度与视场的矛盾，以及连续成像能力不足等问题。为此，研究团队逐一攻克这些技术难题，首次实现大范围神经元群体的三维电压成像。首先，光场成像需要一个高灵敏度、大靶面的相机来同时记录多个视角的投影图像。然而，由于相机的数据带宽受限，大靶面相机的帧率无法满足电压成像的速度需求。为此，研究团队提出通过降低采集图像的动态范围来换取更高的帧率。通常，电压成像需要较高的动态范围来捕捉高基线上微弱变化的信号。但研究团队采用广义共聚焦原理（Zhang et al., Nature Biotechnology 2021），高选择性滤除背景来降低信号基线，并有效整合多个视角的信息，实现了利用低动态范围的相机来高效捕捉微弱的电压信号。进一步地，由于电压成像信号微弱，极易淹没在噪声中。为了最大限度降低系统的噪声，研究团队系统性地研究了光场成像中的噪声来源，发现激光光源的强度噪声，扫描振镜的同步噪声以及动物血液流动导致的激光散斑噪声都显著降低了电压成像的信噪比。为了克服这些难题，研究人员创新地提出基于单振镜双面扫描的共聚焦光场成像技术，结合高数值孔径的光照明策略和新数据处理方法，有效将系统噪声降低至泊松噪声理论极限。最后，为了最大化荧光信号的捕获效率，实现长时程持续电压成像，研究团队优化了系统的光学效率。通过自主设计定制密集排列的微透镜阵列，并最小化光学元件的数量，系统的通光效率比前期工作提高约3倍。研究团队将这些关键创新有机整合在新型共聚焦光场显微镜中，实现了对清醒小鼠脑三维视场中（直径800微米，厚度180微米）数百个神经元的电压信号开展同步记录，并以每秒400帧的速度连续成像超过20分钟。至此，新型共聚焦光场显微镜弥补了电压成像在成像通量、信噪比与成像时长上的不足，极大地提升了电压成像的应用范围。为了验证电压成像获取的信号真实可靠，研究团队记录了清醒小鼠初级视皮层中数百个神经元对光栅视觉刺激的反应特性。通过对神经元动作电位发放情况的统计，电压成像成功鉴别出具有不同方向选择性的神经元，且这些具有调谐特征的神经元占比与该区域已知的神经元特性相符。进一步，研究团队对数百个神经元构成的三维神经网络进行了功能连接分析。由于电压成像能够提供神经元的阈下膜电位信息，这一分析在传统钙离子成像和胞外电生理记录实验中无法实现。与膜片钳记录相比，电压成像可在清醒动物中开展，且通量提高约100倍。分析表明，神经元之间同时存在兴奋性和抑制性功能连接，并且在短距离内，抑制性连接强于兴奋性连接。这种兴奋-抑制的连接差异在三维空间上近似垂直于皮层表面的圆柱体。总结而言，该研究开发了一种新型三维电压成像新技术，大幅度提高了电压成像的通量，使在清醒动物中进行三维神经网络的功能联接分析成为可能。这一关键技术进步为电压成像技术的广泛应用奠定了基础，为神经科学研究提供了新的有力工具。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）的博士后白璐和副研究员丛林为该研究的共同第一作者，穆宇研究员，徐宁龙研究员和熊志奇研究员参与指导了该项工作，王凯研究员为本论文的通讯作者。这项研究得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院青促会、上海市及中国博士后科学基金的经费资助。

科研新手必看！8个实验技能学习资源推荐无论是刚进入实验室的新手，还是需要参考作图的老手，以下8个科研实验技术资源库都能帮你提升实验技能。 1⃣ Nature Protocols 𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ 提供详细的实验步骤和注意事项，还有讨论组、常用试剂配方和实验视频。 2⃣ JoVE 𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ 全称Journal of Visualized Experiments，是首个实验视频期刊，非常推荐。 3⃣ Bio-protocol 𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ 一个开放获取和沟通的平台，特别适合初学者，可以使用检索功能。 4⃣ Current Protocol 𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ 提供分步骤的实验操作流程方案，格式统一，一目了然，覆盖范围广，现有25,000篇方案。 5⃣ Protocol Exchange 𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ 由Nature Protocols打造的开放平台，涉及生物化学、微生物、植物学、医学、分析化学等35个领域。 6⃣ Nature Methods 𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ 涵盖生命科学领域中新的研究方法或对经典方法有显著改进的相关论文。 7⃣ Springer Protocols 𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ 最全面的线上生命科学实验指南库，涵盖动物科学、基因组学、微生物学领域，可以在线管理自己的Protocol。 8⃣ Cold Spring Harbor Protocols 𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ𐟌Ÿ 冷泉港实验室是分子生物学领域的巨头，提供分步骤的实验操作流程。以上资源都有详细的介绍，有需要的可以收藏起来哦！

九个技巧，让你的实验流程清晰易懂如果你曾经管理过实验室或科研小组，你就知道把实验操作流程和方案写清楚、写详细有多重要。你可能已经把实验室的实验流程发布在网上，或者打算发表某个实验流程，让更多人看到。其实，有些期刊专门发表重点阐述实验方法的论文，比如《Nature Methods》。如果你决定发表某个实验方法，让更多人受益，那么制定一个可复制、清晰和详细的流程至关重要。安全第一 𐟛᯸ 实验中用到危险品了吗？如果是，首先要确保实验流程中非常清楚地注明这些材料的安全使用和处置方法，个人防护设备的正确使用，以及如何查阅所有试剂和化学品的材料安全数据表。确保再现性 𐟔„ 一个有适当知识背景的人能否理解并遵循你的实验流程，在没有你直接监督的情况下在他们自己的实验室再现你的实验结果？重现性是证明实验方法有效的一个重要标志，因此一定要制定足够清晰和详细的书面流程，以确保获得一致的结果。跳出实验室圈 𐟌 你的实验流程是专门为你实验室量身定制的吗？甚至是针对某个特定型号的设备，或是实验室里某个独特的问题？比如如果打开方式不对，通风柜的门就会卡住？其实呢，写实验流程时如果考虑到使其在具有不同设备的其他实验室也同样适用，那么这样的流程将更加有用。了解目标受众 𐟑€ 你写的书面流程假设了读者有多少背景知识和经验？太多还是太少？对在您实验室工作的人进行培训的作用是什么？起草和分发实验流程时，需考虑目标受众。避免迂腐的指导 𐟓š 实验流程是否“过度解释”了各种技巧，并且包含了对某些步骤不必要的详细描述？你是否假定使用者具有一定程度的“常识”？不要只提供配方 𐟧ꊥꌦ𕁧苦˜縷樧㩇Š了某些步骤背后的科学知识和目的，还是只是描述了每一个步骤而没有解释？随机应变 𐟌𑊤𝠧𜖥†™的实验流程是否能够适应必然的知识进步和技术改进？应明确指出当前的流程在未来可能会发生演变，产生新的和改进的版本，并注明最近一次修订的日期。别漏了“洗盘子”的步骤 𐟍𝯸 实验流程中是否记得包括了那些乏味但关键的步骤？例如实验前准备实验空间、清洗实验用具，以及完成实验后保证实验室环境干净安全？注明资料来源 𐟓‘ 流程中是否大量借鉴了他人开发的技术或来自于发表的论文中的技术？是否包含了同事和合作者的建议和诀窍？是否有自创的一些步骤？通过这些技巧，你可以轻松撰写清晰有效的实验流程，让更多人受益。

九个技巧，让你的实验流程更清晰有效如果你曾经管理过实验室或科研小组，你一定知道，制定一份清晰、详细且易于理解的实验流程文档有多么重要。你可能已经将实验室的实验流程发布在网上，或者打算将某个实验流程发表，以便让更多人看到。实际上，有些期刊专门发表重点阐述实验方法的论文，例如《Nature Methods》。如果你决定发表某个实验方法，那么制定一份可复制、清晰和详细的流程至关重要。安全第一 𐟛᯸ 实验中是否使用了危险品？首先要确保实验流程中非常清楚地注明这些材料的安全使用和处置方法，个人防护设备的正确使用，以及如何查阅所有试剂和化学品的材料安全数据表。确保再现性 𐟔„ 一个有适当知识背景的人能否理解并遵循你的实验流程，在没有你直接监督的情况下在他们自己的实验室再现你的实验结果？重现性是证明实验方法有效的一个重要标志，因此一定要制定足够清晰和详细的书面流程，以确保获得一致的结果。跳出实验室圈 𐟌 你的实验流程是专门为你实验室空间量身定制的吗？甚至是针对某个特定型号的设备，或是实验室里某个独特的问题？比如如果打开方式不对，通风柜的门就会卡住？写实验流程时如果考虑到使其在具有不同设备的其他实验室也同样适用，那么这样的流程将更加有用。了解目标受众 𐟑€ 你写的书面流程假设了读者有多少背景知识和经验？太多还是太少？对在您实验室工作的人进行培训的作用是什么？起草和分发实验流程时，需考虑目标受众。避免迂腐的指导 𐟓š 实验流程是否“过度解释”了各种技巧，并且包含了对某些步骤不必要的详细描述？你是否假定使用者具有一定程度的“常识”？不要只提供配方 𐟧ꊥꌦ𕁧苦˜縷樧㩇Š了某些步骤背后的科学知识和目的，还是只是描述了每一个步骤而没有解释？随机应变 𐟌𑊤𝠧𜖥†™的实验流程是否能够适应必然的知识进步和技术改进？应明确指出当前的流程在未来可能会发生演变，产生新的和改进的版本，并注明最近一次修订的日期。别漏了“洗盘子”的步骤 𐟍𝯸 实验流程中是否记得包括了那些乏味但关键的步骤？例如实验前准备实验空间、清洗实验用具，以及完成实验后保证实验室环境干净安全？注明资料来源 𐟓‘ 流程中是否大量借鉴了他人开发的技术或来自于发表的论文中的技术？是否包含了同事和合作者的建议和诀窍？是否有自创的一些步骤？通过以上这些技巧，你可以轻松撰写清晰有效的实验流程，让你的实验结果更加可靠和可重复。

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