未來生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室將需要自動(dòng)化、開源技術(shù)、人工智能和許多其他新興領(lǐng)域的技能。以下是您需要了解的內(nèi)容。
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。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(shì)而不同的技能組合。

以下是我們認(rèn)為有助于您熟悉的六個(gè)技能領(lǐng)域，以推動(dòng)您的職業(yè)發(fā)展并為未來的生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室做好準(zhǔn)備。

1. 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)，到 2025 年，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)。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，僅液體處理機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模就預(yù)計(jì)將超過 70 億美元，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。

自動(dòng)化為生命科學(xué)研究人員提供了顯著的優(yōu)勢(shì)，包括提高數(shù)據(jù)質(zhì)量、提高成本效率、可擴(kuò)展性，以及有更多的時(shí)間去做實(shí)驗(yàn)室中重復(fù)實(shí)驗(yàn)以外的其他事情。自動(dòng)化還有利于新一代測(cè)序或質(zhì)譜蛋白質(zhì)組學(xué)分析等新的復(fù)雜生物技術(shù)，這些技術(shù)需要越來越復(fù)雜的工作流程，有時(shí)過于復(fù)雜和耗時(shí)，人們無法成功執(zhí)行。隨著藥物發(fā)現(xiàn)、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。

鑒于全自動(dòng)化工作流程的巨大潛力，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，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)讓實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人完成，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，將重復(fù)的實(shí)驗(yàn)室工作留給機(jī)器人，這樣生物學(xué)家就可以解決困難的科學(xué)問題。

Ginkgo Bioworks 為客戶設(shè)計(jì)定制生物體，并建立自己的工廠，利用軟件和硬件自動(dòng)化來擴(kuò)展該流程。Synthego 是第一家也是唯一一家提供全棧基因組工程解決方案的公司，通過利用基于云的軟件自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。Synthace 同時(shí)利用硬件和軟件來幫助大型自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)然，世界各地有數(shù)百名生物學(xué)家使用 Opentrons 軟件和硬件來自動(dòng)化各種實(shí)驗(yàn)的協(xié)議和工作流程，從基本稀釋到 PCR 制備和 NGS。探索這些公司如何使用自動(dòng)化將有助于您了解自動(dòng)化如何改變生命科學(xué)研究。

2. 開源、協(xié)作和可共享性技能

開源是指源代碼可供任何人免費(fèi)查看、使用、修改和共享的軟件。它允許用戶在現(xiàn)有代碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)建和學(xué)習(xí)，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)用程序用于吸收基因組學(xué)和其他相關(guān)應(yīng)用程序產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)集，例如 Ensembl 基因組瀏覽器數(shù)據(jù)庫，任何感興趣的用戶都可以訪問基因組和其他相關(guān)數(shù)據(jù)。開源計(jì)算技術(shù)也被用于建模和模擬生物體：OpenWorm 使用它來創(chuàng)建虛擬線蟲，而 Virtual Cell 使用它來建模和模擬細(xì)胞，流行病學(xué)研究人員共享基因組數(shù)據(jù)以加快病原體分析并確定爆發(fā)源。

隨著生命科學(xué)學(xué)科中開源的使用不斷發(fā)展，編碼和數(shù)據(jù)共享方法方面的實(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(shì)。開源協(xié)議共享平臺(tái)是一個(gè)很好的起點(diǎn)，例如 Protocols.io 和 Opentrons 協(xié)議庫，它們?cè)试S科學(xué)家發(fā)現(xiàn)和共同開發(fā)協(xié)議，以及 Plasmotron.org，它允許用戶在開源代碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)建。

3. 科學(xué)傳播
   雖然所有科學(xué)家都通過科學(xué)演講、研究論文、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。

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，在科學(xué)家與社會(huì)之間建立了重要的聯(lián)系。這一領(lǐng)域的有效溝通包括使用非技術(shù)性的、樸實(shí)無華的語言，使概念易于理解，以及學(xué)習(xí)如何接觸和吸引公眾。實(shí)踐這兩個(gè)學(xué)科可以鼓勵(lì)重要的討論和辯論，并使有關(guān)科學(xué)發(fā)展的知識(shí)透明且人人都能獲得。您可以加入致力于改善科學(xué)傳播的數(shù)千名生物學(xué)家，通過參加自愿的科學(xué)推廣活動(dòng)、在社交媒體上分享您的研究活動(dòng)或創(chuàng)建自己的科學(xué)博客或播客來磨練您的科學(xué)傳播技能。

4. 機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能
   雖然聽起來很有未來感，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、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。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)。這個(gè)過程改進(jìn)了計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)過程，使它們?cè)陧憫?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，機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)通過其區(qū)分細(xì)胞、分析基因組數(shù)據(jù)、進(jìn)行圖像分析和比以前的方法更早、更靈敏地檢測(cè)疾病指標(biāo)的能力，徹底改變了研究和診斷的速度。一個(gè)主要的增長領(lǐng)域是利用機(jī)器學(xué)習(xí)來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。Asimov 使用開源數(shù)據(jù)開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，將大規(guī)模數(shù)據(jù)集與生物學(xué)機(jī)械模型聯(lián)系起來，以構(gòu)建生物電路實(shí)驗(yàn)。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。另一個(gè)主要的增長領(lǐng)域是生物信息學(xué)。 Deep Genomics 利用機(jī)器學(xué)習(xí)來收集、分析和處理基因組數(shù)據(jù)，以開發(fā)更好、更有針對(duì)性的藥物。一些公司，如 Atomwise，甚至使用深度學(xué)習(xí)框架嘗試在軟件中篩選候選藥物。熟悉這些新興應(yīng)用將有助于您掌握該技術(shù)的未來用途。

5. 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?。雖然我們現(xiàn)在都熟悉 CRISPR 平臺(tái)，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，幫助簡化工作流程。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)血液疾病（如鐮狀細(xì)胞性貧血）的藥物，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。

預(yù)計(jì)到 2023 年，全球 CRISPR 市場(chǎng)將增長 6 倍，達(dá)到 30 億美元，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。

6. 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)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和表觀遺傳學(xué)技術(shù)應(yīng)用于單細(xì)胞，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。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，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?；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。10x Genomics 使用單細(xì)胞癌癥基因組學(xué)檢測(cè)來分析癌細(xì)胞。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。

單細(xì)胞分析領(lǐng)域的增長受到基礎(chǔ)研究以及對(duì)早期疾病檢測(cè)技術(shù)、產(chǎn)前篩查、生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)、液體活檢和生物藥物開發(fā)日益增長的需求的推動(dòng)。