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《Science公布年度十大科学突破！》

  • 来源专题：科技大数据监测服务平台
  • 编译者： dingxq
  • 发布时间：2020-12-21

  • 12 月 17 日，《科学》（Science）发布最新“年度突破奖”（Breakthrough of the Year），新冠肺炎疫苗的快速开发被评为 2020 年年度科学突破。《科学》还发布了新冠肺炎研究里程碑的时间表，并纪念了因新冠肺炎逝世的 11 名科学家。

    “年度突破奖”是《科学》 为每年获得最重大发展的科研领域而颁发的奖项。除新冠肺炎疫苗之外，2020 年 10 大科学突破还包括：

    CRISPR 疗法首次在临床试验中获得成功；
    科学家呼吁提高多样性；
    全球变暖趋势恶化；
    发现快速射电暴的来源；
    发现全球最古老的狩猎场景图画；
    AI 解决蛋白质折叠问题；
    发现 HIV “精英控制者”免疫机制；
    首次实现室温超导；
    重新认识鸟类认知能力。（Science News）

  • 原文来源：https://mp.weixin.qq.com/s/L7iSngKBj1VIhYMsIM_mcg
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  • 《重磅！Science公布2021年十大科学突破》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2021-12-24
    • 北京时间12月17日，《科学》网站公布了2021年度十大科学突破评选结果。让我们一起来看看今年科学界都有哪些重大成果。其中人工智能预测蛋白质结构进展获得2021年十大科学突破进展之首！ 1、人工智能预测蛋白质结构 今年7月，世界知名人工智能团队深度思维宣布，已经利用AI智能软件程序——阿尔法折叠预测了人类表达的几乎所有蛋白质的结构，以及其他20种生物几乎完整的蛋白质组。AI预测蛋白质结构将实现广泛应用，提供对基础生物学的见解并揭示潜在的药物靶点。 8月，中国研究人员使用阿尔法折叠2绘制了近200种与DNA结合的蛋白质结构图。11月，德国和美国的研究人员利用阿尔法折叠2和冷冻电镜绘制了核孔复合物的结构图。现在，科学家正使用阿尔法折叠2来模拟奥密克戎变体刺突蛋白突变的影响。通过在蛋白质中插入更大的氨基酸，突变改变了它的形状——也许足以阻止抗体与其结合并中和病毒。 人工智能预测了两种蛋白质如何形成参与酵母DNA修复的复合体。 2、解锁古老泥土DNA宝库 最近，科学家们从洞穴地面的土壤中解锁了一个更大的古代DNA宝库。研究人员使用这种“泥土DNA”来重建世界各地穴居人的身份。 在西班牙的Estatuas洞穴，核DNA揭示了8万至11.3万年前生活在那里的人类的遗传特征和性别，并表明尼安德特人的一个谱系在10万年前结束的冰川期之后取代了其他几个谱系。在美国佐治亚州Satsurblia洞穴有2.5万年历史的土壤中，科学家们发现了来自以前未知的尼安德特人系的女性人类基因组，以及野牛和现已灭绝的狼的遗传痕迹。通过将墨西哥奇基维特洞穴中1.2万年前的黑熊DNA与现代熊DNA进行比较，科学家们发现，在最后一个冰河时代之后，洞中黑熊的后代向北迁徙至阿拉斯加。 3、实现历史性核聚变突破 8月，美国国家点火装置 (NIF) 产生了一种聚变反应，这种反应产生的能量比点燃它所需的激光能量更多。NIF使用来自世界上最高能量激光的脉冲来压缩胡椒粒大小的氢同位素氘和氚胶囊。这种方法每次发射产生170千焦的聚变能量——远低于1.9兆焦的激光输入。但在8月8日记录显示，该能量飙升至1.35兆焦耳。研究人员认为这是燃烧等离子体的结果，这意味着聚变反应产生了足够的热量，可以像火焰一样通过压缩燃料传播。 为了产生美国国家点火装置（NIF）的聚变反应，192束激光束会聚在一个微小的燃料芯块周围。 4、抗新冠强效药出现 数据显示，美国默克公司的抗病毒药物莫奈拉韦可将未接种疫苗的高危人群的住院或死亡风险降低30%；而辉瑞公司的抗病毒药物PF-07321332，如果在出现症状的3天内开始服用，则可使住院率降低89%。科学家们强调，抗病毒药物不能取代疫苗接种，但它们仍然至关重要。如果新的奥密克戎变体导致突破性感染激增，它们的重要性将更加突出。 美国默克制药公司的莫奈拉韦将未接种新冠疫苗的高危人群因病住院或死亡的风险降低了30%。 5、“摇头丸”可治疗创伤后应激障碍 一项多中心、随机、对照试验发现，3,4-亚甲基二氧基甲基苯丙胺(MDMA) ，也就是我们常说的“摇头丸”的主要成分，显著减轻了创伤后应激障碍(PTSD)患者的症状。76名受试者，部分接受了3次MDMA治疗，部分接受了安慰剂指导治疗课程。2个月后，67%的接受MDMA治疗的患者不再有PTSD症状，而安慰剂组则仅有32%。 研究人员对创伤后应激障碍（PTSD）使用MDMA治疗。 6、单克隆抗体治疗传染性疾病 今年单克隆抗体 (mAb)开始在对抗新冠病毒和其他威胁生命的病原体，包括呼吸道合胞病毒 (RSV)、HIV 和疟疾寄生虫等方面显现出效果。到今年年底，已有3种用于治疗新冠病毒的单克隆抗体获得FDA紧急使用授权。科学家还正在开发针对流感、寨卡病毒和巨细胞病毒的单克隆抗体。两个旨在预防所有婴儿呼吸道合体病毒(RSV)的候选药物被寄予厚望。单克隆抗体或将成为传染病武器库中的“标配”。 7、“洞察”号首次揭示火星内部结构 自“扎根”火星以来，美国国家航空航天局（NASA）的“洞察”号火星探测器在其着陆点测量了大约733次地震。科学家基于其中35次地震的数据，揭示了火星的内部结构，估计了火星地核的大小、地幔的结构和地壳的厚度。这也是科学家第一次使用地震数据来探测地球以外行星的内部，这是了解火星形成和热演化的重要一步。 8、粒子物理学的标准模型出现“裂缝” 4月7日，美国费米国家加速器实验室进行的缪子反常磁矩实验显示，缪子的行为与标准模型理论预测不相符。研究报告称，巨大的、不稳定的类电子粒子——缪子，比最初预测的更具磁性。此外，费米实验室里的质子加速器也可以大量制造缪子。研究人员现在正在仔细检查今年的计算结果，如果成立，并且理论和实验结果之间的差异持续存在，可能将标志着有50年历史的粒子物理标准模型的预言失败，或打开物理学变革之门。 在美国费米国家加速器实验室的这个环内，缪子像指南针一样在磁场中旋转，精确度为十亿分之三十。 9、CRISPR基因编辑疗法对人类疗效 首次证明 基因编辑工具CRISPR于2020年首次显现出或可治愈镰状细胞病和β—地中海贫血患者的功能。今年，科学家们更进一步，直接在人体内部署CRISPR-Cas9。在小型研究中，该策略减少了一种有毒的肝脏蛋白质，并适度改善了遗传性失明患者的视力。6月26日，美国Intellia医药公司和再生元公司科学家在6名患有一种名为转甲状腺素淀粉样变性病的罕见疾病的患者身上测试了他们的治疗方法。结果显示，所有参与者的畸形蛋白质水平均下降，其中两名接受高剂量注射的人的蛋白质水平平均下降了87%。 10、体外胚胎培养为早期发育研究 通常，老鼠胚胎在母鼠体外生长的时间为3到4天。但在3月，一个团队报告了一个将这一期限延长到11天的方案。该研究进展有望为子宫外孕育人类铺平道路。此外，还有科学家设计了被称为“胚泡”的关键胚胎阶段的替代品。一个研究小组从人类胚胎干细胞中复制了胚泡，并诱导了多能干细胞(IPS)。另一项研究发现，转化为诱导性多能性细胞的皮肤细胞会产生囊胚状结构。这些人造胚泡并不是真正的胚胎，但其中一些可作为某些研究的替代方案以减少伦理争议。5月，国际干细胞学会宣布放宽人类胚胎培养“14天规则”，进一步提振了该领域的研究。
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  • 《2024 Science年度十大科学突破》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：朱晓琳
    • 发布时间：2024-12-13
    •   2024年12月12日，《Science》杂志发布2024年度十大科学突破，不仅代表了科学界的最新成就，也预示着未来科技的发展方向。以下是今年十大科学突破的简要介绍： 2024科学突破之首：长效HIV预防针剂   一种创新机制的注射用HIV药物展现出显著的预防感染效果   尽管过去几十年间全球在预防和治疗艾滋病毒新发感染方面取得了巨大进展，但艾滋病毒每年仍会感染高达100多万人，而有效的疫苗仍未问世。在今年，我们见证了一种可能最为强大的防护措施：一种每次注射可提供6个月保护的药物——lenacapavir（来那卡帕韦）。该药物作为暴露前预防（PrEP）的重要进展，其成功源于基础研究的重大突破——即对lenacapavir所靶向的HIV衣壳蛋白的结构与功能有了全新的深入理解。鉴于许多其他病毒亦拥有各自的衣壳蛋白，这些蛋白围绕着遗传物质形成保护层，因此lenacapavir的成功应用带来了令人兴奋的前景，即类似的衣壳抑制剂可以对抗其他病毒性疾病。 药物lenacapavir（黄色）与HIV的衣壳蛋白结合，防止衣壳锥穿过孔进入人体细胞核 其他9项Science年度科学突破分别为： 利用免疫细胞治疗自身免疫疾病   狼疮、硬皮病、多发性硬化症和其他自身免疫疾病都是由免疫系统发生危害引起的，免疫系统会攻击一个人自身的健康组织。现有的治疗方法（如免疫抑制药物）可能会有所帮助，但它们并不总是能阻止疾病的进展，并且可能会产生使人衰弱的副作用。今年，一种新方法，即嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法，在重症患者中产生了显着的改善，开启了自身免疫疾病治疗的新篇章。到目前为止，已有30多名患者得到成功治疗。研究人员在理解工程化T细胞为何如此有效方面也取得了进展，例如，他们发现了在其他治疗方法难以到达的组织（如患者的淋巴结）中，B细胞的深度耗竭。 嵌合抗原受体T细胞（CAR-T，粉红色）接近并破坏B细胞。今年，CAR-T疗法在对抗狼疮等自身免疫疾病方面跨出了一大步（N. Burgess/Science） 詹姆斯·韦伯空间望远镜探测宇宙起源   那些令人眼花缭乱的星系在时间之始都发生了什么？自从美国宇航局的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）天文台在2022年2月睁开它巨大的眼睛以来，这架太空望远镜发现的宇宙最早时期的明亮星系，比人们理论预测认为的要更多。今年，对星系远古光波的详细研究已经开始解释可能发生的事情。 被遥远的早期星群红光笼罩——JWST最早的图像之一（NASA; ESA; CSA; STScI） RNA杀虫剂用于农田   杀虫剂是一把双刃剑，在消灭害虫的同时也可能对非目标生物造成伤害。今年，美国国家环境保护局（EPA）批准了可能的解决方案：一种基于RNA的杀虫喷雾剂，针对特定害虫的基因进行了精准设计。支持者认为，这种新的、精确的方法将比现有的化学杀虫剂更安全，并且可能对许多害虫有效。第一种RNA杀虫剂产品针对的是马铃薯叶甲，这种甲虫已经对现有化学药剂产生了抗药性，每年在全球范围内造成五亿美元的农作物损失。 与目前的商业杀虫剂不同，基于RNA干扰的杀虫剂针对特定的害虫（Edwin Remsberg/VWPics via AP Images） 固氮细胞器的发现增添了进化论的转折点   某些细菌能够“固定”大气中的氮，将其转化为植物可利用的氨，用于合成蛋白质及其他必需分子。但直到今年，尚未发现任何真核生物（即拥有复杂细胞结构的生物，如植物和动物）具备这种能力。随着硝基体（nitroplast）的发现，这种局面发生了变化，硝基体是海藻细胞中独特的固氮结构。该发现不仅揭示了我们对细胞复杂性进化的认知尚存不足，也预示着未来通过获取硝基体，农作物或许能够实现自给自足的肥料供应。 在海藻Braarudosphaera bigelowii中发现了一种新的细胞器，即硝基体（圆形物体，右下）（Tyler Coale） 一种新磁性的发现   近百年来，物理学家已知存在两种永磁体，如今，他们发现了第三种。   在我们熟知的铁磁体中，相邻原子上的未配对电子以相同的方向自旋，使材料表现出磁性，比如，磁铁能够吸附在冰箱上；而在反铁磁体中，相邻的电子以相反的方向自旋，但整体上不显示磁性，例如铬。5年前提出的新型交错磁体（altermagnet）兼具上述两种磁体的特点。相邻的电子以相反的方式自旋，保证了零净磁性，同时在更深层次上，这种材料也表现出类似铁磁体的性质。今年，多个研究团队展示了这种独特的特性。 在交错磁体中，相邻的电子自旋方向相反（颜色），但原子尺度结构中具有不同定向（形状）（Libor ?mejkal and Anna Birk Hellenes） 古代真核生物的多细胞性很早就出现了   今年初，来自中国的微小藻类化石的年龄极其古老，令进化生物学家感到震惊。这些16亿年前的标本表明，复杂生命体的一个重要标志——多细胞体出现的时间远远早于先前的估计。   研究人员过去认为，真核生物（包括所有植物、动物和真菌在内的将DNA封装在细胞核内的生物）最初以单个细胞的形式存在了约10亿年，随后才逐渐形成细胞链。这一转变的发生为更复杂生物体的演化铺平了道路，而这些生物体在大约5.5亿年前开始大量出现。   然而，这项新发现揭示，简单的多细胞真核生物在更复杂的身体结构（包括无法直接接触外界环境的细胞）出现之前的约10亿年就已经存在。早在几十年前，中国燕山的串岭沟组中也发现了类似的化石，这些地层同样拥有16亿年的历史。其发现者将其命名为“壮丽青山藻”（Qingshania magnifica）。但由于该发现发表在一本不太知名的期刊上，因此并未引起广泛关注。2015年，中国的古生物学家重返该地区，在随后的几年里，他们又发现了278个壮丽青山藻标本，并对其进行了详细分析。 这些微观化石的研究揭示，单细胞真核生物细胞的链接可能远早于先前的估计 （Lanyun Miao et al./Chinese Academy of Sciences’s Nanjing Institute of Geology and Palaeontology） 地幔波动能影响大陆轮廓的形成   当板块构造的力量撕裂大陆时，这是一个极其剧烈的过程，尽管其进展速度缓慢。这一过程在过去被认为具有高度局部性：沿裂谷带上涌的热地幔岩石产生岩浆，而远离裂谷带的大陆内部则保持寒冷且相对稳定。然而，今年的研究颠覆了这一传统观点，揭示了这种局部的剧烈活动实际上在地幔中引发了扩展的波动，进而影响了整个大陆的地貌。   今年8月发表在《自然》杂志上的一项研究表明，这种波动是对板块构造理论的重要补充。研究者们提出，当裂谷形成时，上涌的地幔物质与冷的大陆板块接触，导致了旋转的岩石对流。这些旋涡状的对流以极慢的速度沿着大陆的基底移动，类似于船底下的湍流。随着它们的滚动，这些对流在上方造成了多种地质效应。 南非的中央高原可能就是由地幔岩石流动波推动抬升的结果（Laranik/Alamy Stock Photo） “星舰”着陆成功实现“筷子夹住火箭”   今年，“星舰”这艘世界上最巨型、最强大的火箭，高达120米的不锈钢结构，在33个引擎的强劲推力下轰鸣着升空了四次。然而，10月13日，“星舰”助推器的成功着陆更为引人注目：助推器以超音速从高空下降，通过重启部分发动机将其速度降至几乎静止的悬停状态，并由发射塔的机械臂将其精准捕获。这次成功有望大幅降低太空科学研究的成本，标志着成本可负担的重型火箭新时代的到来。 今年6月，SpaceX的巨型星际飞船火箭在美国德克萨斯州进行了一次重大飞行测试（SpaceX via UPI/Alamy） 远古DNA揭示家族纽带   从古代骨骼和牙齿中提取的DNA为了解很久以前的人口流动、传染病演变和史前饮食提供了见解。现在，它也揭示了家族秘密。在今年，大量的研究为几千年前去世的人们重建了家谱。   了解遗传亲缘关系可以揭示过去社会的相关信息，而这些信息仅靠考古学永远无法得到答案。例如，将德国南部凯尔特酋长的DNA数据与他们墓地的细节相结合，可以发现2500年前，该地区最有权势的男性通过他们的母亲继承了他们的力量——一种被称为母系制的社会组织形式。与此同时，对石器时代欧洲农民的亲属关系分析表明，父系是主流社会形式。本周发表的一项研究发现，4万多年前第一批生活在欧洲的现代人中，有两名女性来自一个大家庭，尽管她们在临终前相距数百公里。   随着研究人员对更多个体进行样本测定，这类发现将变得更加普遍，并能使遥远过去的亲属关系更加明朗。 公元7世纪匈牙利，被埋在一匹马旁边的一名男性，现在拥有了一段家族历史 （Institute of Archaeological Sciences/E?tv?s Loránd University Museum）
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