未來生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室將需要自動(dòng)化、開源技術(shù)深入實施、人工智慧和許多其他新興領(lǐng)域的技能機遇與挑戰。以下是您需要了解的內(nèi)容事關全面。在 21 世紀(jì)初期，分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的濕實(shí)驗(yàn)室技能是任何尋求生命科學(xué)工作的人的關(guān)鍵支撐能力。雖然這些領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)仍然必不可少，但未來的實(shí)驗(yàn)室將需要根據(jù)研究和技術(shù)的新興趨勢而不同的技能組合高效利用。
以下是我們認(rèn)為有助於您熟悉的六個(gè)技能領(lǐng)域特征更加明顯，以推動(dòng)您的職業(yè)發(fā)展並為未來的生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室做好準(zhǔn)備。
- 自動(dòng)化知識(shí)
2018 年世界經(jīng)濟(jì)論壇上發(fā)表的研究發(fā)現(xiàn)講理論，到 2025 年的可能性，自動(dòng)化設(shè)備預(yù)計(jì)將執(zhí)行當(dāng)今一半以上的任務(wù)基礎上。機(jī)器人還將在相當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)創(chuàng)造約 6000 萬個(gè)新工作崗位。到 2026 年應用領域，僅液體處理機(jī)器人市場規(guī)模就預(yù)計(jì)將超過 70 億美元保持競爭優勢，很難想象在不久的將來，自動(dòng)化技術(shù)不會(huì)為你的簡歷增色不少發展機遇。
自動(dòng)化為生命科學(xué)研究人員提供了顯著的優(yōu)勢長效機製，包括提高數(shù)據(jù)品質(zhì)、提高成本效率全技術方案、可擴(kuò)展性分享，以及有更多的時(shí)間去做實(shí)驗(yàn)室中重複實(shí)驗(yàn)以外的其他事情。自動(dòng)化還有利於新一代定序或質(zhì)譜蛋白質(zhì)體學(xué)分析等新的複雜生物技術(shù)信息化，這些技術(shù)需要越來越複雜的工作流程方式之一，有時(shí)過於複雜和耗時(shí)，人們無法成功執(zhí)行新型儲能。隨著藥物發(fā)現(xiàn)創新能力、診斷甚至基礎(chǔ)研究對(duì)速度和吞吐量的需求不斷增加，自動(dòng)化的創(chuàng)新和能力正在激增範圍。
鑑於全自動(dòng)化工作流程的巨大潛力溝通機製，許多研究實(shí)驗(yàn)室正在將科學(xué)家從實(shí)驗(yàn)室工作中抽離出來——將他們從工作臺(tái)上拉下來，放在電腦前註入新的動力，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)讓實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人完成領先水平，而不是自己執(zhí)行。這更有效地利用了科學(xué)家對(duì)生物學(xué)的理解雙重提升，將重複的實(shí)驗(yàn)室工作留給機(jī)器人戰略布局，讓生物學(xué)家可以解決困難的科學(xué)問題。
Ginkgo Bioworks 為客戶設(shè)計(jì)客製化生物體表現明顯更佳，並建立自己的工廠狀態，利用軟體和硬體自動(dòng)化來擴(kuò)展此流程。 Synthego 是第一家也是唯一一家提供全端基因組工程解決方案的公司指導，透過利用基於雲(yún)端的軟體自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)廣泛認同。 Synthace 同時(shí)利用硬體和軟體來幫助大型自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)然流動性，世界各地有數(shù)百名生物學(xué)家使用 Opentrons 軟體和硬體來自動(dòng)化各種實(shí)驗(yàn)的協(xié)議和工作流程鍛造，從基本稀釋到 PCR 製備和 NGS。探索這些公司如何使用自動(dòng)化將有助於您了解自動(dòng)化如何改變生命科學(xué)研究持續創新。
- 開源工具、協(xié)作和可共享性技能
開源是指原始碼可供任何人免費(fèi)查看、使用、修改和分享的軟體重要的角色。它允許用戶在現(xiàn)有程式碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行建構(gòu)和學(xué)習(xí)開放要求，同時(shí)促進(jìn)和鼓勵(lì)世界各地用戶之間的協(xié)作和創(chuàng)新。
生命科學(xué)領(lǐng)域的開源應(yīng)用程式用於吸收基因組學(xué)和其他相關(guān)應(yīng)用程式產(chǎn)生的大量資料集平臺建設，例如 Ensembl 基因組瀏覽器資料庫服務機製，任何有興趣的使用者都可以存取基因組和其他相關(guān)資料。開源運(yùn)算技術(shù)也被用於建模和模擬生物體：OpenWorm 使用它來創(chuàng)建虛擬線蟲使用，而Virtual Cell 使用它來建模和模擬細(xì)胞薄弱點，流行病學(xué)研究人員共享基因組數(shù)據(jù)以加快病原體分析並確定爆發(fā)源。
隨著生命科學(xué)學(xué)科中開源的使用不斷發(fā)展優化程度，編碼和資料共享方法的實(shí)踐專業(yè)知識(shí)將成為生命科學(xué)家的主要資產(chǎn)——因此，現(xiàn)在熟悉其中一些工具將為您在未來提供優(yōu)勢奮勇向前。開源協(xié)議共享平臺(tái)是一個(gè)很好的起點(diǎn)不斷豐富，例如 Protocols.io 和 Opentrons 協(xié)議庫，它們允許科學(xué)家發(fā)現(xiàn)和共同開發(fā)協(xié)議組建，以及 Plasmotron.org各有優勢，它允許用戶在開源程式碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行建置。
- 科學(xué)傳播
雖然所有科學(xué)家都通過科學(xué)演講重要的意義、研究論文持續、文獻(xiàn)綜述和參加會(huì)議來相互交流他們的工作，但他們需要使用不同的方法與公眾交流再獲。
能夠有效地向非技術(shù)受眾傳達(dá)生命科學(xué)研究的應(yīng)用和影響產品和服務，在科學(xué)家與社會(huì)之間建立了重要的連結(jié)。這一領(lǐng)域的有效溝通包括使用非技術(shù)性的體驗區、樸實(shí)無華的語言增多，使概念易於理解，以及學(xué)習(xí)如何接觸和吸引大眾有望。實(shí)踐這兩個(gè)學(xué)科可以鼓勵(lì)重要的討論和辯論進一步推進，並使有關(guān)科學(xué)發(fā)展的知識(shí)透明且人人都能獲得。您可以加入致力於改善科學(xué)傳播的數(shù)千名生物學(xué)家方案，透過參加自願(yuàn)的科學(xué)推廣活動(dòng)應用的選擇、在社群媒體上分享您的研究活動(dòng)或創(chuàng)建自己的科學(xué)部落格或播客來磨練您的科學(xué)傳播技能。
- 機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能
雖然聽起來很有未來感科普活動，但我們每天都被機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的人工智能應(yīng)用所包圍：智能手機(jī)上的語音助手創新延展、網(wǎng)站上的實(shí)時(shí)聊天功能、社交媒體推送中的定向廣告等等長期間。這些應(yīng)用利用復(fù)雜的算法和海量數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練計(jì)算機(jī)像人類一樣工作和反應(yīng)進展情況。這個(gè)過程改進(jìn)了計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)過程，使它們在響應(yīng)條件和產(chǎn)生結(jié)果方面更加高效——迅速提高了未來發(fā)現(xiàn)的速度。
在生命科學(xué)領(lǐng)域至關重要，機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)透過其區(qū)分細(xì)胞不久前、分析基因組數(shù)據(jù)、進(jìn)行影像分析和比以前的方法更早提升行動、更靈敏地檢測疾病指標(biāo)的能力能力建設，徹底改變了研究和診斷的速度。一個(gè)主要的成長領(lǐng)域是利用機(jī)器學(xué)習(xí)來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究進展。 Asimov 使用開源資料開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)演算法無障礙，將大規(guī)模資料集與生物學(xué)機(jī)械模型連結(jié)起來，以建立生物電路實(shí)驗(yàn)快速融入。 Cello 利用機(jī)器學(xué)習(xí)來自動(dòng)設(shè)計(jì)活細(xì)胞中的生物電路認為。另一個(gè)主要的成長領(lǐng)域是生物資訊學(xué)。 Deep Genomics 利用機(jī)器學(xué)習(xí)來收集增強、分析和處理基因組數(shù)據(jù)重要意義，以開發(fā)更好、更有針對(duì)性的藥物更加廣闊。一些公司規劃，如 Atomwise，甚至使用深度學(xué)習(xí)框架嘗試在軟體中篩選候選藥物可以使用。熟悉這些新興應(yīng)用將有助於您掌握該技術(shù)的未來用途進入當下。
- 使用 CRISPR 進(jìn)行基因編輯
2000 年代中期發(fā)現(xiàn)的 CRISPR 是生命科學(xué)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因?yàn)樗捎糜诨蚬こ绦Ц呋?。雖然我們現(xiàn)在都熟悉 CRISPR 平臺(tái)新體系，但基因編輯平臺(tái)的應(yīng)用影響深遠(yuǎn)——并且經(jīng)常與許多其他新興領(lǐng)域重疊。Oxford Genetics 提供用于基因編輯的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工具創造，幫助簡化工作流程長效機製。Synthego 再次利用機(jī)器學(xué)習(xí)來推動(dòng)基因工程中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 CRISPR Therapeutics 利用 CRISPR 基因編輯平臺(tái)開發(fā)針對(duì)血液疾踩夹g方案。ㄈ珑牋罴?xì)胞性貧血）的藥物分享，而 Caribou Biosciences、Editas Medicine 和 Cellectis 則利用 CRISPR 和其他基因編輯技術(shù)（如 TALEN）來修改 T 細(xì)胞以針對(duì)癌細(xì)胞優勢與挑戰。
預(yù)計(jì)到 2023 年經驗分享，全球 CRISPR 市場將成長 6 倍，達(dá)到 30 億美元趨勢，因此未來生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室中利用基因編輯工具的機(jī)會(huì)應(yīng)該不勝枚舉有力扭轉。
- 單細(xì)胞技術(shù)
快速發(fā)展的技術(shù)允許將蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)一站式服務、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和表觀遺傳學(xué)技術(shù)應(yīng)用于單細(xì)胞廣度和深度，為控制發(fā)育、基因表達(dá)、組織異質(zhì)性和疾病機(jī)制的復(fù)雜生物過程提供了新穎而關(guān)鍵的見解加強宣傳。這些技術(shù)對(duì)于分析循環(huán)腫瘤細(xì)胞和稀有干細(xì)胞等生物現(xiàn)象特別有用臺上與臺下，而這些現(xiàn)象對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)“組學(xué)”應(yīng)用來說具有挑戰(zhàn)性，甚至是不可能的技術發展〖坌?；蚪M編輯、自動(dòng)化和微流控技術(shù)的同步發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了單細(xì)胞應(yīng)用中常見的較小樣本的快速高通量分析重要手段。10x Genomics 使用單細(xì)胞癌癥基因組學(xué)檢測來分析癌細(xì)胞互動講。Metafluidics 是一個(gè)用于復(fù)制或重新混合微流控設(shè)備的開源設(shè)計(jì)和協(xié)議文件數(shù)據(jù)庫，是該領(lǐng)域的一個(gè)很好的信息存儲(chǔ)庫像一棵樹。
單細(xì)胞分析領(lǐng)域的成長受到基礎(chǔ)研究以及對(duì)早期疾病檢測技術(shù)過程中、產(chǎn)前篩檢、生物標(biāo)記發(fā)現(xiàn)能運用、液體活檢和生物藥物開發(fā)日益增長的需求的推動(dòng)達到。
