12月17日，《科學(xué)》網站公布了2021年度十大科學(xué)突破評選結果。讓我們一起(qǐ)來看看今年科學(xué)界都(dōu)有哪些重大成(chéng)果。
今年7月，世界知名人工智能(néng)團隊深度思維宣布，已經(jīng)利用AI智能(néng)軟件程序——阿爾法折疊預測了人類表達的幾乎所有蛋白質的結構，以及其他20種(zhǒng)生物幾乎完整的蛋白質組。AI預測蛋白質結構將(jiāng)實現廣泛應用，提供對(duì)基礎生物學(xué)的見解并揭示潛在的藥物靶點。
8月，中國(guó)研究人員使用阿爾法折疊2繪制了近200種(zhǒng)與DNA結合的蛋白質結構圖。11月，德國(guó)和美國(guó)的研究人員利用阿爾法折疊2和冷凍電鏡繪制了核孔複合物的結構圖。現在，科學(xué)家正使用阿爾法折疊2來模拟奧密克戎變體刺突蛋白突變的影響。通過(guò)在蛋白質中插入更大的氨基酸，突變改變了它的形狀——也許足以阻止抗體與其結合并中和病毒。
人工智能(néng)預測了兩(liǎng)種(zhǒng)蛋白質如何形成(chéng)參與酵母DNA修複的複合體。
最近，科學(xué)家們從洞穴地面(miàn)的土壤中解鎖了一個更大的古代DNA寶庫。研究人員使用這(zhè)種(zhǒng)“泥土DNA”來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8萬至11.3萬年前生活在那裡(lǐ)的人類的遺傳特征和性别，并表明尼安德特人的一個譜系在10萬年前結束的冰川期之後(hòu)取代了其他幾個譜系。在美國(guó)佐治亞州Satsurblia洞穴有2.5萬年曆史的土壤中，科學(xué)家們發(fā)現了來自以前未知的尼安德特人系的女性人類基因組，以及野牛和現已滅絕的狼的遺傳痕迹。通過(guò)將(jiāng)墨西哥奇基維特洞穴中1.2萬年前的黑熊DNA與現代熊DNA進(jìn)行比較，科學(xué)家們發(fā)現，在最後(hòu)一個冰河時(shí)代之後(hòu)，洞中黑熊的後(hòu)代向(xiàng)北遷徙至阿拉斯加。
一名研究人員記錄了墨西哥奇基維特洞穴中沉積物樣本的位置。
8月，美國(guó)國(guó)家點火裝置 (NIF) 産生了一種(zhǒng)聚變反應，這(zhè)種(zhǒng)反應産生的能(néng)量比點燃它所需的激光能(néng)量更多。NIF使用來自世界上最高能(néng)量激光的脈沖來壓縮胡椒粒大小的氫同位素氘和氚膠囊。這(zhè)種(zhǒng)方法每次發(fā)射産生170千焦的聚變能(néng)量——遠低于1.9兆焦的激光輸入。但在8月8日記錄顯示，該能(néng)量飙升至1.35兆焦耳。研究人員認爲這(zhè)是燃燒等離子體的結果，這(zhè)意味著(zhe)聚變反應産生了足夠的熱量，可以像火焰一樣通過(guò)壓縮燃料傳播。
爲了産生美國(guó)國(guó)家點火裝置（NIF）的聚變反應，192束激光束會(huì)聚在一個微小的燃料芯塊周圍。
數據顯示，美國(guó)默克公司的抗病毒藥物莫奈拉韋可將(jiāng)未接種(zhǒng)疫苗的高危人群的住院或死亡風險降低30%；而輝瑞公司的抗病毒藥物PF-07321332，如果在出現症狀的3天内開(kāi)始服用，則可使住院率降低89%。科學(xué)家們強調，抗病毒藥物不能(néng)取代疫苗接種(zhǒng)，但它們仍然至關重要。如果新的奧密克戎變體導緻突破性感染激增，它們的重要性將(jiāng)更加突出。
美國(guó)默克制藥公司的莫奈拉韋將(jiāng)未接種(zhǒng)新冠疫苗的高危人群因病住院或死亡的風險降低了30%。
一項多中心、随機、對(duì)照試驗發(fā)現，3,4-亞甲基二氧基甲基苯丙胺(MDMA) ，也就(jiù)是我們常說(shuō)的“搖頭丸”的主要成(chéng)分，顯著減輕了創傷後(hòu)應激障礙(PTSD)患者的症狀。76名受試者，部分接受了3次MDMA治療，部分接受了安慰劑指導治療課程。2個月後(hòu)，67%的接受MDMA治療的患者不再有PTSD症狀，而安慰劑組則僅有32%。
研究人員對(duì)創傷後(hòu)應激障礙（PTSD）使用MDMA治療。
今年單克隆抗體 (mAb)開(kāi)始在對(duì)抗新冠病毒和其他威脅生命的病原體，包括呼吸道(dào)合胞病毒 (RSV)、HIV 和瘧疾寄生蟲等方面(miàn)顯現出效果。到今年年底，已有3種(zhǒng)用于治療新冠病毒的單克隆抗體獲得FDA緊急使用授權。科學(xué)家還(hái)正在開(kāi)發(fā)針對(duì)流感、寨卡病毒和巨細胞病毒的單克隆抗體。兩(liǎng)個旨在預防所有嬰兒呼吸道(dào)合體病毒(RSV)的候選藥物被寄予厚望。單克隆抗體或將(jiāng)成(chéng)爲傳染病武器庫中的“标配”。
藝術家描繪的單克隆抗體（紅色和藍色）攻擊新冠病毒（紫色）的概念圖。
自“紮根”火星以來，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的“洞察”号火星探測器在其著(zhe)陸點測量了大約733次地震。科學(xué)家基于其中35次地震的數據，揭示了火星的内部結構，估計了火星地核的大小、地幔的結構和地殼的厚度。這(zhè)也是科學(xué)家第一次使用地震數據來探測地球以外行星的内部，這(zhè)是了解火星形成(chéng)和熱演化的重要一步。
地震波顯示火星有一層薄薄的地殼、淺層的地幔和一個異常大的液體核心。
4月7日，美國(guó)費米國(guó)家加速器實驗室進(jìn)行的缪子反常磁矩實驗顯示，缪子的行爲與标準模型理論預測不相符。研究報告稱，巨大的、不穩定的類電子粒子——缪子，比最初預測的更具磁性。此外，費米實驗室裡(lǐ)的質子加速器也可以大量制造缪子。研究人員現在正在仔細檢查今年的計算結果，如果成(chéng)立，并且理論和實驗結果之間的差異持續存在，可能(néng)將(jiāng)标志著(zhe)有50年曆史的粒子物理标準模型的預言失敗，或打開(kāi)物理學(xué)變革之門。
在美國(guó)費米國(guó)家加速器實驗室的這(zhè)個環内，缪子像指南針一樣在磁場中旋轉，精确度爲十億分之三十。
首次證明
基因編輯工具CRISPR于2020年首次顯現出或可治愈鐮狀細胞病和β—地中海貧血患者的功能(néng)。今年，科學(xué)家們更進(jìn)一步，直接在人體内部署CRISPR-Cas9。在小型研究中，該策略減少了一種(zhǒng)有毒的肝髒蛋白質，并适度改善了遺傳性失明患者的視力。6月26日，美國(guó)Intellia醫藥公司和再生元公司科學(xué)家在6名患有一種(zhǒng)名爲轉甲狀腺素澱粉樣變性病的罕見疾病的患者身上測試了他們的治療方法。結果顯示，所有參與者的畸形蛋白質水平均下降，其中兩(liǎng)名接受高劑量注射的人的蛋白質水平平均下降了87%。
來自CRISPR注射的引導。RNA（藍色）將(jiāng)DNA切割酶（白色）引導至其目标（橙色）。
打開(kāi)新窗戶
通常，老鼠胚胎在母鼠體外生長(cháng)的時(shí)間爲3到4天。但在3月，一個團隊報告了一個將(jiāng)這(zhè)一期限延長(cháng)到11天的方案。該研究進(jìn)展有望爲子宮外孕育人類鋪平道(dào)路。此外，還(hái)有科學(xué)家設計了被稱爲“胚泡”的關鍵胚胎階段的替代品。一個研究小組從人類胚胎幹細胞中複制了胚泡，并誘導了多能(néng)幹細胞(IPS)。另一項研究發(fā)現，轉化爲誘導性多能(néng)性細胞的皮膚細胞會(huì)産生囊胚狀結構。這(zhè)些人造胚泡并不是真正的胚胎，但其中一些可作爲某些研究的替代方案以減少倫理争議。5月，國(guó)際幹細胞學(xué)會(huì)宣布放寬人類胚胎培養“14天規則”，進(jìn)一步提振了該領域的研究。
一隻老鼠胚胎在一個旋轉的罐子裡(lǐ)生長(cháng)。這(zhè)樣的胚胎可以幫助研究人員更好(hǎo)地了解人類發(fā)育的早期階段。
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