Science公布2022年度十大科学突破,生物及医药领域占据5项

医疗健康 来源:医谷网
2022
12/23
08:50
医谷网 医疗健康

近日,Science公布了2022年度十大科学突破评选结果,生物及医药领域占据5项。其中,詹姆斯•韦布空间望远镜(JWST)位列榜首,其他分别为:巨型细菌的发现、黑死病如何改变欧洲人基因的新见解、呼吸道合胞病毒(RSV)疫苗取得的突破进展、可能导致多发性硬化的病毒的发现、创造性人工智能的快速发展、200万年前环境DNA重现古老生态系统、更易于耕种的多年生稻、美国通过具有里程碑意义的气候法、人类首次行星防御实验成功。

比普通细菌大5000倍的巨型细菌被首次发现

今年2月,在法属安的列斯群岛的一片红树林沼泽中科学家们首次发现了一种无需借助显微镜就可用肉眼看到的、有史以来最大的细菌——华丽硫珠菌(Thiomargarita magnifica),依据相关定义,微生物应当是微观的,需要使用显微镜才能看见,但是这个暂时被命名为Thiomargarita magnifica的微生物,却比许多细菌细胞大5000倍,像一根图钉一样长。科学家表示,该巨型细菌除了颠覆关于微生物可以变得多大和复杂的观点外,还 “可能是复杂细胞进化过程中缺失的一环”。

黑死病如何改变欧洲人基因的新见解

自从700年前黑死病夺去了欧洲三分之一以上人口的生命以来,研究人员一直在想,这场致命的瘟疫是如何在幸存者身上留下印记的。今年,研究人员利用研究古代DNA的工具分析了500多具遗骨中的DNA,这些遗骸分别分别来自于伦敦和丹麦在黑死病之前、期间和之后。研究结果发现,幸存者携带变异基因的可能性更大,从而增强他们对鼠疫耶尔森菌的免疫反应。鼠疫耶尔森杆菌是一种由跳蚤传播的细菌,导致了鼠疫。

在伦敦黑死病之后,惊人的245个基因变异的频率上升或下降;有一个基因特别突出:ERAP2。它编码一种叫做内质网氨肽酶2的蛋白质,这种蛋白质已被证明可以帮助免疫细胞识别和对抗威胁病毒。

在黑死病之后的一个世纪里,这种保护性基因变体在欧洲的快速传播是迄今为止人类基因组自然选择的最有力例子。如今,45%的英国人体内仍然存在ERAP2的保护性变异。它的持续存在表明,直到最近,它仍然受到自然选择的青睐——可能是因为直到19世纪早期,鼠疫还在欧洲和亚洲流行。但这种保护可能是有代价的:同样的变异也会增加患自身免疫性疾病的风险,如克罗恩病和类风湿关节炎。

RSV疫苗取得的突破进展

RSV是一种常见且具有高度传染性的季节性病毒,几乎可以感染所有两岁以下的儿童。是婴幼儿下呼吸道感染(主要是毛细支气管炎和肺炎)及住院的首要致病原,据统计,2岁以下的婴幼儿中有95%都感染过RSV。1岁以下婴儿尤其高危,在急性呼吸道病毒流行高峰季,RSV感染占婴儿急性呼吸道感染的80%以上。同时,RSV还好发于老年人群体,一旦感染会使现有的肺部和心脏状况恶化。

50多年前,一种预防RSV的实验性候选疫苗在临床试验中导致两名儿童死亡,导致了80%的接种者住院,此后,RSV疫苗的研发中断了数十年。科学家随后找出了关键原因:该疫苗由化学灭活的整个病毒制成,只引发了相对较弱的抗体,这不仅无法阻止病毒,而且通过鲜为人知的机制,帮助RSV损伤气道。

2013年,美国国家过敏和传染病研究所的 Barney Graham 等人取得的一项关键进展,使得新的RSV疫苗能够避免上述问题。基于这一发现,GSK和辉瑞开发的两种RSV疫苗在大规模临床试验中都获得了积极数据,其中,GSK针对60岁及以上成人的呼吸道合胞病毒(RSV)候选疫苗的III期临床试验结果显示:该候选疫苗对RSV下呼吸道疾病(RSV-LRTD)的总体疫苗保护力为82.6%,达到试验的主要终点。GSK方面还表示疫苗在重症患者、70-79岁的成人和有潜在并发症的成人中观察到一致的高疫苗保护力。辉瑞的RSV候选疫苗产品PF-06928316的一项三期临床试验中期疗效分析结果数据显示,其保护力达66.7%并且耐受性良好,也没有出现安全性的顾虑。辉瑞公司已向美国FDA提交了生物制品许可申请(BLA),并被授予优先审评资格,PDUFA目标日期定于2023年5月。

可能导致多发性硬化的“嫌疑病毒”的发现

今年,研究人员利用大量的军事医疗记录,证明了一种常见的疱疹病毒在多发性硬化症(MS)中扮演着重要角色。这一发现可能会促成治疗或预防这种神秘疾病的新方法。多发性硬化症是一种免疫系统攻击神经元的疾病,这种疾病在全球280万患者中引起轻度症状,包括视力模糊、疲劳和麻木,但也会使重症患者逐渐无法说话或行走。

爱泼斯坦-巴尔病毒(EB病毒)长期以来一直是诱发多发性硬化症的主要怀疑对象,这种病毒在儿童时期感染大多数人,然后潜伏在某些白细胞中。这种病毒主要通过唾液传播,在新感染的青少年和年轻人中会导致传染性单核细胞增多症,或“接吻病”。几乎所有的多发性硬化症患者都有EB病毒抗体,但95%的健康成年人也有该抗体,因此很难确定该病毒就是病因。

为了确定这种联系,流行病学家搜寻了超过1000万美国新兵20年的医疗记录,并分析了他们储存的一些血样。在801名患MS的士兵中,除一人外,其他所有人此前的爱泼斯坦-巴尔病毒检测均呈阳性。该团队在1月的《科学》杂志上报道,在最初呈阴性的士兵中,随后的感染将MS风险提高了32倍,这超过了吸烟导致的肺癌风险增加。

其他研究人员发现了一种可能的机制,并随后在《自然》杂志上报道称,冬眠的病毒可能会通过所谓的分子模拟唤醒并造成神经损伤。Epstein-Barr的一种蛋白质类似于大脑和脊髓中的蛋白质,它明显地诱使免疫系统攻击传导电信号所必需的神经细胞周围的外壳,约20%至25%的MS患者的血液中含有结合这两种蛋白的抗体。

这些发现刺激了通过靶向病毒开发治疗MS药物的努力。如果目前正在进行临床试验的爱泼斯坦-巴尔疫苗中的一种被证明是有效的,并且被用于全世界的儿童,那么有一天MS甚至可能会像小儿麻痹症一样被消灭。

200万年前环境DNA重现古老生态系统

DNA可以保存多久?最新答案是200万年。今年,科学家从格陵兰岛东北角冻土中提取到了200万年前的DNA序列。此之前,科学家获取的最古老DNA来自120万年前的猛犸。从这批环境DNA片段中,研究团队分析出驯鹿、野兔、旅鼠等动物,以及桦树、杨树和多种微生物的踪迹,这些发现显示,古代沉积DNA可能有助揭开过去生态系统的惊人面貌。

创造性人工智能的快速发展

 无论是艺术还是科学发现,人工智能(AI)正向着原来被认为只属于人类的领域进军。起初,它们对相关领域的蚕食还十分缓慢,但在今年却直接演变成了攻城略地。

OpenAI发布的Dall•E 2 先声夺人,以逼真、契合的效果,掀起了文本-图像模型的新趋势。紧接着Stable Diffusion在更大众层面掀起狂潮——当然也引发艺术圈争议。但用扩散模型生成精美的图像视频,已经成为了今年科技巨头都在冲的领域,Meta、Google都在接二连三发布相关模型。

AI在科学、数学以及编程上也展现了其创造才能。《科学》杂志2021年的年度科学突破奖表彰了人工智能通过氨基酸序列预测蛋白质三维结构的工作。在此基础上,研究人员现已利用人工智能设计出全新的蛋白质,用于疫苗、建材、纳米机械等不同领域。一种被称为“幻觉法(hallucination)”的技术从随机的序列开始,引入突变,再利用AI工具预测哪些序列能够折叠成稳定的蛋白质结构。

詹姆斯•韦布空间望远镜(JWST)成为年度突破

空间望远镜不受地球大气层的干扰,因此可以为我们提供宇宙的真实图景。但与此前的哈勃空间望远镜不同的是,JWST捕捉的是红外光,包括从最古老的恒星和星系所发出的光线。2022年6月,JWST进入工作状态,并在几天内帮助科学家找到数千个新的星系,它们比此前记录的任何星系都更加遥远、古老。除了这些静态的发现,JWST可以收集由各类天体发出的大量光线,从而揭示这些天体的组成及在宇宙中的运动轨迹。这些数据揭示了距离我们数百光年的各行星的详尽大气组成,为判断它们是否支持已知的生命形式提供线索。

更易于耕种的多年生稻

世界上主要的粮食作物——水稻、小麦、玉米,都是一年生作物,在每次收获后都必须重新种植。这对农民来说是繁重的劳作,还可能导致土壤侵蚀等环境问题。多年生作物可以减轻这些负担,但培育足够长寿和高产的作物一直是一个巨大挑战。针对该问题,中国云南大学的研究团队培育出多个多年生水稻品种,其中多年生稻23(PR23)已经于2018年通过品种审定、开始商业化。这类多年生稻种植一次,可连续免耕收获3-4年。在实际种植中,PR23连续种植4年,平均每季产量为6.8吨/公顷,与一年生稻产量相当;在第5年其产量开始下降。这种无需每年重新种植的水稻品种可以节省资金、有助于环境可持续性。

美国通过重要的的气候法

今年美国出台《通胀削减法案》,Science认为这是一部具有里程碑意义的气候法。法案包括未来十年投入约4300亿美元用于气候和清洁能源以及医疗保健领域等内容,并将提供高达3690亿美元补贴,以支持电动汽车、关键矿物、清洁能源及发电设施的生产和投资,其中多达9项税收优惠是以在美国本土或北美地区生产和销售作为前提条件。

NASA航天器成功撞击1100万公里外小行星

今年9月26日,由美国宇航局(NASA)发射的 DART航天器,以每秒6公里的速度撞击了距地球1100万千米的一颗小行星 ,并使其偏离轨道。据估计,大约有25,000个常见的近地小行星大到足以摧毁一座城市,能够对人类产生威胁。然而截至目前,天文学家只探测到了其中的40%,此次成功撞击为科学家完善行星防御计划提供了更多数据,也意味着如果未来发现近地小行星撞击地球的威胁,人类将有可能有应对之计。

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