Science发布2018年十大科学突破

12月20日,《Science》杂志评选出了2018年十大科学突破,这不仅是对一年中科技大事的年终盘点,更折射出未来科学领域前沿热点研究方向,具有一定的风向标意义。


今年的十大科学突破中,单细胞基因活性分析技术成为2018年最重要的科学进展,位居榜首,其他九个重要科学突破分别是:首次发现宇宙中高能中微子来源;利用电子衍射技术快速确定微小有机化合物分子结构;在格陵兰岛发现巨型陨石坑,激起千年全球降温事件猜想;美国国家科学、工程和医学学院发布报告,内容直指科学领域对女性的性骚扰问题;对俄罗斯丹尼索瓦山谷洞穴中骨块基因组测序发现古人类“混血”证据;利用开源基因数据抓捕上世纪七八十年代犯下累累罪行的“金州杀手”;经20年等待后基因沉默技术终获美国食品药品管理局认可;对5亿多年前化石分析发现动物生命标志--胆固醇样分子痕迹;多项研究揭示细胞内部基本组织原则。

1、单细胞基因活性分析技术

至少从希波克拉底时期开始,生物学家们就开始探究单个细胞是如何发展成为一个拥有多器官和数十亿细胞的成年动物。希波克拉底猜测,是母体呼吸中的水分促进了幼体发育成形,但现在我们知道,正是DNA最终Manbetx手机网页版了细胞增殖和分化的过程。现在,技术的发展使得科学家能够揭示单个细胞中的基因何时开启,细胞如何发挥它们的特殊作用,并能以惊人的细节和时间追踪生物体和器官的发育。

实现这一科学突破的技术组合被称为单细胞RNA测序,包括将数千个完整的细胞从活生物体中分离出来,高效地对每个细胞中表达的遗传物质进行测序,最后利用计算机或细胞标签,在空间和时间上重建它们之间的关系。科学家认为,单细胞RNA测序会在未来10年内改变基础生物学和医学研究格局。

仅在今年,就已经有相关论文详述扁虫、鱼、青蛙和其他有机体是如何开始制造器官和附属物的。目前,世界各地的研究人员正在应用这一技术组合来研究人类细胞一生中是如何成熟、组织如何再生,以及细胞在疾病中是如何变化的。

2、来自遥远星系的信使

中微子又称“幽灵粒子”,能自由穿过人体、行星和宇宙空间,难以捕捉和探测。2018年7月12日,多国科学家在Science发表文章宣布,他们首次确定了发现的宇宙高能中微子,来自于距地球大约40亿光年的遥远星系。这项突破性进展将为认识宇宙提供一种新方法,也将推动多信使天文学进入一个新的时代。

3、更快速简单的确定分子结构

来自加州理工学院和加州大学洛杉矶分校的研究人员,通过对冷冻电镜技术的改进,实现了只用极微量样品就可在几分钟内确定小型有机化合物的分子结构,这将有助于科学家更快速地解析分子,加速药物的发明发现。

4、冰河时代大碰撞

根据2018年11月科学家的报告,1万3千年前,一颗小行星像一团核弹一样撞上了格陵兰岛的西北部,立即蒸发岩石,并在北极上空发出冲击波。陨石残骸撞击后,产生了一个开口31km左右的火山,隐藏于冰川之下,这是人类首次在地球大陆冰盖下发现的陨石坑,可能有助于解释一些气候变化。

5、科学界反性骚扰运动获得成效

今年6月,美国国家科学、工程和医学研究所发表了一份关于科学、工程和医学领域女性性骚扰现象的分析报告,超过50%的女教职员工和20%~50%的学生曾遭受到性骚扰,包括语言和非语言的性别歧视、欺凌等。2018年9月,美国科学促进会(AAAS)通过了一项Manbetx.com,一旦科学促进会研究员被确定为性骚扰者,将被剥夺其终身荣誉。

6、古人类的“混血儿”

2018年8月22日,科学家通过对一枚发现于西伯利亚地区洞穴的5万多年前的女孩骨头碎片DNA分析显示,其母亲是尼安德特人,父亲是丹尼斯人。她或许是现发现最早的混血儿,这一发现为欧亚大陆古人类种群间的融合和迁徙提供了证据。

7、法医系谱学走向成熟

2018年4月,美国警方宣布他们逮捕了一名史上最扑朔迷离悬案的嫌疑人。警方利用犯罪现场回收的DNA,通过公共家谱DNA数据库锁定了金州杀手的亲属。此后,执法机构利用这一策略破解了大约20起其他陈年冷案件。这开辟了一个新的领域:法医系谱学。调查人员可以将案件遗传学证据输入了可公开访问的DNA数据库中,系谱学家通过遗传信息匹配远亲找到可能的嫌疑人,这种侦查结合了DNA数据、出生记录和社交媒体资料。

8、基因沉默药物获批上市

RNA干扰(RNAi)技术通过改变RNA分子传递的信息来阻止基因表达,不让其产生蛋白质。2018年8月10日,FDA批准了首个RNAi机制的药物--Alnylam 公司的静脉注射药物Onpattro,用于治疗遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性(hATTR)引起的神经损伤。

hATTR是一种罕见的进展性、系统性、致死性遗传性神经疾病,是由于转甲状腺素(TTR)淀粉样变性导致三级结构折叠出错,引起变性蛋白在全身多个器官和组织中聚集、沉淀,导致周围神经损伤或多发性神经病。Onpattro可通过靶向和沉默特定信使RNA来阻碍TTR蛋白生成,从而降低引起TTR淀粉样变的TTR蛋白的水平。

这是在RNAi机制被发现20年后首次面世的创新类药物,也是FDA批准的首个治疗该适应症的药物,目前以每年45万美元的定价进入市场。

9、探索原始世界的分子窗口

2018年9月,研究人员利用气相色谱及质谱等方法在距今5.58 亿年前的狄更逊水母化石中发现了胆固醇分子,从而确认这种生物是地球上已知最古老的动物之一。10月,另一个研究小组在距今6.35亿到6.6年亿之间的岩石层中发现了如今仅由海绵动物产生的分子的痕迹,这表明海绵这种形式的动物可能比已有最古老的化石早进化了一亿年。

10、细胞内的“相分离”

通过大量的研究,科学家发现细胞内部存在相分离,即细胞成分会凝结成微小液滴,从而发挥关键功能:驱动DNA转录为RNA蛋白质,可浓缩成附着在DNA上的液滴,并且当相分离过程出现错误时,蛋白质液滴可变成固化的凝胶,从而形成神经退行性疾病(如肌萎缩侧索硬化症)中出现的各种聚集体。这位科学家们溶解堵塞大脑的凝固液滴找到了治疗途径,尤其是在治疗肌萎缩等疾病方面。

参考文献

《2018 BREAKTHROUGH of the YEAR》

《Science:2018 年十大科学年度突破出炉,单细胞测序技术将改变未来十年的研究》

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