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2017年度《科学》十大突破,单碱基编辑入选!

  万众期待的《科学》杂志“科学十大突破”终于在今天隆重揭晓!这是继前几天《Nature》十大人物之后,科学界又一次重磅榜单!

  这份榜单相当让人相当惊喜,前几天入选《Nature》十大人物的华人科学家美国Broard研究所的DavidLiu,再次凭借黑科技单碱基基因编辑技术入选《科学》杂志“科学十大突破”。

  除此之外,我们熟知的LIGO、冷冻电镜技术,以及本公众号昨天推送的旗舰文章介绍的基因治疗均入选年度突破发现,最近美国FDA批准了基因治疗用于治疗眼疾。

  另一大惊喜是,《科学》杂志介绍冷冻电镜的年度进展的时候,主要来自国内数个科研小组的工作,比如清华大学施一公团队、中科院生物物理所的王艳丽团队等。值得一提的是,王艳丽团队近期在国际顶级期刊发表了多篇解析基因编辑CRISPR-Cas蛋白的杰出工作。

  -1-  双中子星合并

  今年8月,全世界953个研究机构4156名科研人员,观测并研究了1。3亿光年远的两颗中子星并合及后续事件。他们检测到了宇宙中极微小的涟漪,也就是旋转的中子星在并合之前放出的引力波(gravitational waves)。中子星并合产生的引力波比黑洞并合产生的引力波频率更高,持续时间也更长。引力波产生后,研究者还观测到了短时γ射线爆。

  这次探测也支持了25年前的一个假说:中子星并合会产生短时γ射线爆。不过这次中子星并合的数据也让人困惑,如产生的短时γ射线爆非常弱,科学家希望未来能看到更多这样的事件,从而有助于对目前数据的阐释。

  -2-原子水平观察生命(Life at the atomic level)

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  冷冻电镜技术(cryo-electron microscopy)在科学领域的声誉不断攀升,这种技术能让科学家在复杂的分子相互作用过程中,构建定格的图像,从而为分子间的互作提供多样的视角。

  今年,这项技术为研究者观察剪接体如何工作提供一个新的视角(清华大学施一公团队);它使得研究者对细胞中重塑细胞膜蛋白质,有了更清晰的认识;帮助研究者对酶修复DNA中的断裂,也有了新认识;此外它还展示了CRISPR系统是如何捕获和编辑DNA等(中科院王艳丽团队)。

  -3-最“羞涩”粒子的微型探测器(A tiny detector for the shiest particles)

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  今年,物理学家以一种新的方式轰击原子核,发现了最难以捉摸的亚原子粒子---中微子。中微子在某些核过程中产生,它与其他物质的相互作用很少,以至于无数中微子束穿过地球。

  但有时候,中微子会撞击原子核中的中子,将其变成质子,同时自身变成可检测的粒子,如电子。今年,COHERENT合作团队使用了一个14。6公斤的碘化铯钠晶体的大型晶体探测器,当它内部的原子反射时,探测器就会闪光。

  他们把它放置在了田纳西州的橡树岭国家实验室的散裂中子源所产生的中子之中,也许有一天,这样的小中微子探测器可帮助我们监测核反应堆,如它可确保核反应堆按照核不扩散规则运行,或者它可帮助我们寻找更难以捉摸的“惰性中微子”。

  -4-智人更古老的起源(Deeper roots for Homo sapiens)

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  一个摩洛哥山洞里被长期忽视的头骨,将智人的化石记录向前推进的更早了,这也为今年的现代人类起源研究提供了原动力。研究人员认为,这块头骨有着令人震惊的30万年历史,比埃塞俄比亚出土的最早被认可的智人遗骨还要早10万年。

  这块头骨于1961年由矿工们发现。长期以来,人们认为它是非洲尼安德特人的头骨,因为它具有尼安德特人以及早期智人的一些原始特征。其中一颗牙齿的放射性测试显示,它的年龄为16万年。然而这块头骨也显示出一些现代人的特征,如脸是盖在头骨下面而不是向前突出的,这引起了来自德国莱比锡的马克斯普朗克进化人类学研究所Jean-JacquesHublin的兴趣。

  他想知道这块头骨是否属于早期智人。他的研究小组认为JebelIrhoud人是早期智人中的一个大型杂交种群的一部分,后者早在33万到30万年前就在非洲繁衍,并演变成现代人类。这使得我们的非洲根基比以往认为的更深且更广泛。

  -5-单碱基突变(Pin point gene editing)

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  目前,超过6万个遗传突变和人类疾病有关,其中3。5万个是由小的错误造成,即基因组中一个特定位点上DNA碱基的变化。

  今年,Broard研究所的DavidLiu等宣布了一项名为碱基编辑(base editing)的新技术,以此来纠正DNA甚至RNA的这种点突变。这项技术最终有可能会在医疗上应用。这项技术是修改了CRISPR的编辑工具,创建了一个碱基编辑器,可解开DNA,但不会在目标位置切割DNA,而是用失去酶活性的CRISPR蛋白融合一种可以替换碱基的酶来替换突变的碱基。

  今年,中国研究人员通过在人类胚胎中更正了一个疾病点突变来证明碱基编辑的力量,虽然修复并不总是成功,但这个壮举证明了碱基编辑有“巨大的潜力”。

  -6-生物预印快速发展(Biology preprint stake off)

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  以前生物学家的文章都是同行评议过后再在线发表,但今年生物领域未经评议的文章快速发展起来。四年前,冷泉港实验室创立免费生物预印服务器bioRxiv,刚开始只有计算生物学的文章,后细胞生物学、神经科学领域的文章也多了。

  今年四月,陈-扎克伯格基金会(ChanZuckerbergInitiative)对bioRxiv公开投资,加速了预印在学术界的发展势头。

  -7-广谱抗癌药(A cancer drug’s broads wipe)

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  今年5月,美国FDA批准了Merck的一款广谱抗癌药派姆单抗(KEYTRUDA,pembrolizumab),用于治疗带有微卫星不稳定性高(MSI-H)或错配修复缺陷(dMMR)的实体瘤患者。这是FDA首次基于生物标志物而不以癌症类型批准的药物。

  尽管肿瘤在不同部位发生,但它有时比那些长在同一位置的肿瘤更为相似,所采取的措施也不尽相同,即所谓“同病异治、异病同治”。早在2015年,来自约翰霍普金斯大学的LuisDiaz就发现了这一现象,当时他用派姆单抗治疗结肠癌患者,令他震惊不已的是,13名患者中有8位错配修复缺陷患者治疗后,肿瘤有所减小,但另外4名患者无反应。

  -8-  新的类人猿A new great ape species

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  最近,科学家在印度尼西亚苏门答腊岛一片濒危的树林中找到了一类属于人科(Hominidae)的动物,命名为Pongotapanuliensis,其以地区Tapanuli来命名。

  通过基因组对比分析发现,该类人猿的祖先几百万年前就遍布印度尼西亚及其周边海岛,大概在三至四百万年前,北方的苏门答腊与南方的苏门答腊、婆罗洲分离,直到67万年前,南方的苏门答腊和婆罗洲分离后,形成了如今的Pongotapanuliensis。

  -9-  270万年前的地球气候Earth’s atmosphere 2.7 million years ago

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  冰封在世界底部的是通往另一段时光的入口:古代地球空气的气泡。今年8月,普林斯顿大学和缅因大学宣布,他们挖掘出了在南极冰封270万年之久的冰块。这次发掘的冰块比之前的要古老170万年,这也将直接的气候记录向前推到一个对地球历史非常重要的时期。

  解释这样的气体记录极具挑战性,前期的分析表明,在冰河期开始之时,二氧化碳的含量保持在百万分之300(300ppm)以下——远低于今天的400ppm。但这个结论与来自那个时代的间接记录存在矛盾,后者显示二氧化碳的比例应该更高。但这一分析结果(浓度为300ppm)验证了气候模型的预测——只有这样的低浓度才能使地球进入冰河期的周期循环。

  -10-  基因治疗的胜利Gene therapy triumph

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  一个小型临床试验的成功,使今年基因治疗得到推动。研究人员报告称,他们通过在脊髓神经元中添加一个缺失的基因,拯救了患有致命的遗传性、神经肌肉疾病婴儿的生命。如果不进行治疗,婴儿会在2岁左右死亡。此项技术的成功打开了使用基因疗法治疗其他神经退行性疾病的大门。

  该技术的关键是一种被称为腺病毒(AAV)的无害病毒,它被广泛应用于将基因转运到靶细胞中。目前,研究人员在注射携带其他基因的AAV来治疗严重的遗传性脑病。在此之前,为了给这些孩子提供基因治疗,研究人员不得不在他们的颅骨上打孔,即便如此,也没有什么作用。 

来源链接:—By Jocelyn Kaiser

References

  1. J. Kaiser, Gene therapy’s new hope: A neuron-targeting virus is saving infant lives, Science, 1 November 2017
  2. J. Mendell et al., Single-Dose Gene-Replacement Therapy for Spinal Muscular Atrophy, The New England Journal of Medicine, Vol. 377, p. 1713, 2 November
  3. 2017http://vis.sciencemag.org/breakthrough2017/finalists/#atomic-life

参考文献

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