12月17日，《科(kē)學(xué)》網站公(gōng)布了2021年度十大科(kē)學(xué)突破評選結果。讓我們一起來看看今年科(kē)學(xué)界都有(yǒu)哪些重大成果。
今年7月，世界知名(míng)人工(gōng)智能(néng)團隊深度思維宣布，已經利用(yòng)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(yǒu)蛋白質(zhì)的結構，以及其他(tā)20種生物(wù)幾乎完整的蛋白質(zhì)組。AI預測蛋白質(zhì)結構将實現廣泛應用(yòng)，提供對基礎生物(wù)學(xué)的見解并揭示潛在的藥物(wù)靶點。
8月，中(zhōng)國(guó)研究人員使用(yòng)阿爾法折疊2繪制了近200種與DNA結合的蛋白質(zhì)結構圖。11月，德(dé)國(guó)和美國(guó)的研究人員利用(yòng)阿爾法折疊2和冷凍電(diàn)鏡繪制了核孔複合物(wù)的結構圖。現在，科(kē)學(xué)家正使用(yòng)阿爾法折疊2來模拟奧密克戎變體(tǐ)刺突蛋白突變的影響。通過在蛋白質(zhì)中(zhōng)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(tǐ)與其結合并中(zhōng)和病毒。
人工(gōng)智能(néng)預測了兩種蛋白質(zhì)如何形成參與酵母DNA修複的複合體(tǐ)。
最近，科(kē)學(xué)家們從洞穴地面的土壤中(zhōng)解鎖了一個更大的古代DNA寶庫。研究人員使用(yòng)這種“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裏的人類的遺傳特征和性别，并表明尼安(ān)德(dé)特人的一個譜系在10萬年前結束的冰川期之後取代了其他(tā)幾個譜系。在美國(guó)佐治亞州Satsurblia洞穴有(yǒu)2.5萬年曆史的土壤中(zhōng)，科(kē)學(xué)家們發現了來自以前未知的尼安(ān)德(dé)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。通過将墨西哥(gē)奇基維特洞穴中(zhōng)1.2萬年前的黑熊DNA與現代熊DNA進行比較，科(kē)學(xué)家們發現，在最後一個冰河時代之後，洞中(zhōng)黑熊的後代向北遷徙至阿拉斯加。
一名(míng)研究人員記錄了墨西哥(gē)奇基維特洞穴中(zhōng)沉積物(wù)樣本的位置。
8月，美國(guó)國(guó)家點火裝(zhuāng)置 (NIF) 産(chǎn)生了一種聚變反應，這種反應産(chǎn)生的能(néng)量比點燃它所需的激光能(néng)量更多(duō)。NIF使用(yòng)來自世界上最高能(néng)量激光的脈沖來壓縮胡椒粒大小(xiǎo)的氫同位素氘和氚膠囊。這種方法每次發射産(chǎn)生170千焦的聚變能(néng)量——遠(yuǎn)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。研究人員認為(wèi)這是燃燒等離子體(tǐ)的結果，這意味着聚變反應産(chǎn)生了足夠的熱量，可(kě)以像火焰一樣通過壓縮燃料傳播。
為(wèi)了産(chǎn)生美國(guó)國(guó)家點火裝(zhuāng)置（NIF）的聚變反應，192束激光束會聚在一個微小(xiǎo)的燃料芯塊周圍。
數據顯示，美國(guó)默克公(gōng)司的抗病毒藥物(wù)莫奈拉韋可(kě)将未接種疫苗的高危人群的住院或死亡風險降低30%；而輝瑞公(gōng)司的抗病毒藥物(wù)PF-07321332，如果在出現症狀的3天内開始服用(yòng)，則可(kě)使住院率降低89%。科(kē)學(xué)家們強調，抗病毒藥物(wù)不能(néng)取代疫苗接種，但它們仍然至關重要。如果新(xīn)的奧密克戎變體(tǐ)導緻突破性感染激增，它們的重要性将更加突出。
美國(guó)默克制藥公(gōng)司的莫奈拉韋将未接種新(xīn)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(duō)中(zhōng)心、随機、對照試驗發現，3,4-亞甲基二氧基甲基苯丙胺(MDMA) ，也就是我們常說的“搖頭丸”的主要成分(fēn)，顯著減輕了創傷後應激障礙(PTSD)患者的症狀。76名(míng)受試者，部分(fēn)接受了3次MDMA治療，部分(fēn)接受了安(ān)慰劑指導治療課程。2個月後，67%的接受MDMA治療的患者不再有(yǒu)PTSD症狀，而安(ān)慰劑組則僅有(yǒu)32%。
研究人員對創傷後應激障礙（PTSD）使用(yòng)MDMA治療。
今年單克隆抗體(tǐ) (mAb)開始在對抗新(xīn)冠病毒和其他(tā)威脅生命的病原體(tǐ)，包括呼吸道合胞病毒 (RSV)、HIV 和瘧疾寄生蟲等方面顯現出效果。到今年年底，已有(yǒu)3種用(yòng)于治療新(xīn)冠病毒的單克隆抗體(tǐ)獲得FDA緊急使用(yòng)授權。科(kē)學(xué)家還正在開發針對流感、寨卡病毒和巨細胞病毒的單克隆抗體(tǐ)。兩個旨在預防所有(yǒu)嬰兒呼吸道合體(tǐ)病毒(RSV)的候選藥物(wù)被寄予厚望。單克隆抗體(tǐ)或将成為(wèi)傳染病武器庫中(zhōng)的“标配”。
藝術家描繪的單克隆抗體(tǐ)（紅色和藍色）攻擊新(xīn)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”号火星探測器在其着陸點測量了大約733次地震。科(kē)學(xué)家基于其中(zhōng)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(xiǎo)、地幔的結構和地殼的厚度。這也是科(kē)學(xué)家第一次使用(yòng)地震數據來探測地球以外行星的内部，這是了解火星形成和熱演化的重要一步。
地震波顯示火星有(yǒu)一層薄薄的地殼、淺層的地幔和一個異常大的液體(tǐ)核心。
4月7日，美國(guó)費米國(guó)家加速器實驗室進行的缪子反常磁矩實驗顯示，缪子的行為(wèi)與标準模型理(lǐ)論預測不相符。研究報告稱，巨大的、不穩定的類電(diàn)子粒子——缪子，比最初預測的更具(jù)磁性。此外，費米實驗室裏的質(zhì)子加速器也可(kě)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，如果成立，并且理(lǐ)論和實驗結果之間的差異持續存在，可(kě)能(néng)将标志(zhì)着有(yǒu)50年曆史的粒子物(wù)理(lǐ)标準模型的預言失敗，或打開物(wù)理(lǐ)學(xué)變革之門。
在美國(guó)費米國(guó)家加速器實驗室的這個環内，缪子像指南針一樣在磁場中(zhōng)旋轉，精(jīng)确度為(wèi)十億分(fēn)之三十。
首次證明
基因編輯工(gōng)具(jù)CRISPR于2020年首次顯現出或可(kě)治愈鐮狀細胞病和β—地中(zhōng)海貧血患者的功能(néng)。今年，科(kē)學(xué)家們更進一步，直接在人體(tǐ)内部署CRISPR-Cas9。在小(xiǎo)型研究中(zhōng)，該策略減少了一種有(yǒu)毒的肝髒蛋白質(zhì)，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(yī)藥公(gōng)司和再生元公(gōng)司科(kē)學(xué)家在6名(míng)患有(yǒu)一種名(míng)為(wèi)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(tā)們的治療方法。結果顯示，所有(yǒu)參與者的畸形蛋白質(zhì)水平均下降，其中(zhōng)兩名(míng)接受高劑量注射的人的蛋白質(zhì)水平平均下降了87%。
來自CRISPR注射的引導。RNA（藍色）将DNA切割酶（白色）引導至其目标（橙色）。
打開新(xīn)窗戶
通常，老鼠胚胎在母鼠體(tǐ)外生長(cháng)的時間為(wèi)3到4天。但在3月，一個團隊報告了一個将這一期限延長(cháng)到11天的方案。該研究進展有(yǒu)望為(wèi)子宮外孕育人類鋪平道路。此外，還有(yǒu)科(kē)學(xué)家設計了被稱為(wèi)“胚泡”的關鍵胚胎階段的替代品。一個研究小(xiǎo)組從人類胚胎幹細胞中(zhōng)複制了胚泡，并誘導了多(duō)能(néng)幹細胞(IPS)。另一項研究發現，轉化為(wèi)誘導性多(duō)能(néng)性細胞的皮膚細胞會産(chǎn)生囊胚狀結構。這些人造胚泡并不是真正的胚胎，但其中(zhōng)一些可(kě)作(zuò)為(wèi)某些研究的替代方案以減少倫理(lǐ)争議。5月，國(guó)際幹細胞學(xué)會宣布放寬人類胚胎培養“14天規則”，進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裏生長(cháng)。這樣的胚胎可(kě)以幫助研究人員更好地了解人類發育的早期階段。
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