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来源|科学网博客 每年年底，Science杂志都会评选出十大科学突破。本周（12月22日）Science杂志公布了该刊评选出的2017年度十大科学进展，今年的Science十大科学突破之首是首次观测到双中子星并合（去年为首次直接探测到引力波），除此之外，今年的十大科学突破中生物类的包括…… 低温电子显微镜（cryo-EM）技术，30万年前的智人化石，新型“碱基编辑器”，生物学预印模式受关注，新的肿瘤治疗概念，还有新发现类人猿，以及基因疗法在脊髓性肌萎缩症中取得的成功。 还在为混动车电池担心么？ 广告 低温电子显微镜（cryo-EM）技术  低温电子显微镜虽然是结构生物学研究中的重要工具，但其潜力还未充分发挥出来。近期的技术进步大大提高了cryo-EM的分辨率，正在重振这一领域。同时今年的诺贝尔化学奖也颁给了三位从事“冷冻电镜，用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定”的科学家。 更多成果介绍： 单粒子电子冷冻显微镜 瞬时感受器电位(TRP)离子通道 NOMPC 最初是在研究人员对共济失调和感觉迟钝的果蝇幼虫进行遗传筛查的过程中鉴别出来的，它是第一个明确与机械力传导有关联的TRP通道。来自加州大学旧金山分校的研究人员发表了最新成果，利用单粒子电子冷冻显微镜解析了果蝇NOMPC的原初原子结构。这一结构表明，NOMPC的ARs结构域能组装成一种螺旋弹簧，这说明其作用是将细胞骨架机械位置与通道相连，这种构架结构指出了NOMPC将机械力转化为电信号的分子基础。 冷冻电子断层扫描术 目前，除非使用冷冻电子断层成像，其他任何手段都无法直接获取细胞内部进程信息，包括正常或疾病细胞微环境变化等。然而，这项技术需要耗费大约1周手动工时才能完成一个细胞内部所有细节和结构的标注，这严重限制了技术的推广和使用，为了提高效率，贝勒医学院Steven Ludtke等人开发了自动化的方法便捷方法。用不同类型细胞（如人血小板、非洲锥虫、蓝藻等）进行测试，并与传统方法比较，结果显示新方法可以准确地确定细胞内部结构，并具有很高的精确度。 新技术极大地节约了科研工作者的劳动时间，从整整一周缩减到了1小时。 清华大学施一公教授新成果 清华大学施一公教授研究组一直致力于捕捉RNA剪接过程中处于不同动态变化的剪接体结构，从而从分子层面阐释RNA剪接的工作机理。今年其研究组获得的一系列成果为解析这个重要的生物学过程提供了新的见解。 30万年前的智人化石
一个摩洛哥洞穴中长期被忽视的头骨，将我们这一物种（智人，学名为Homo sapiens）的化石记录向前推移一大步，也为2017年的现代人类起源研究提供了动力。研究人员发现，该头骨的历史达到惊人的30万年，比在埃塞俄比亚发现的化石年代早了约10万年，后者之前一直广泛地认为是最古老的智人遗存记录。 更多成果介绍： Nature推翻旧观点，最古老的智人并非起源于东非 研究人员说，我们在一个不太可能的地方发现了最古老的智人（Homo sapiens）。 关于智人最早出现的时间科学界有许多不同的推测，通常认为是在20万年前，通过化石和DNA分析，认为他们起源于东非。 两个已知的最古老的智人化石分别来自埃塞俄比亚的两颗19万6千岁和16万岁的颅骨，人们根据如今世界各地的人口的DNA分析结果，推断我们的非洲裔起源可能在20万年前。 《Nature》连着发布了两篇文章，称科学家们在大西洋海岸附近的一个考古遗址（Jebel Irhoud，摩洛哥）中，发现了早期智人（现存的人类就属于智人）物种的头骨、面部和颚骨，这些骨头距今已经有31万5千年了。这项发现把智人出现在地球上的时间又向前推了10万年。并且否定了智人起源于北非的观点。 新型“碱基编辑器” 去年，David Liu研究组构建出了一种新型的“碱基编辑器”，能够在人类和小鼠细胞系中以低出错率永久及高效地将胞嘧啶（C）转化成胸腺嘧啶（T）碱基。今年其研究组实现了上述的反方向，也就是将腺嘌呤（A）或胸腺嘧啶（T）转化为胞嘧啶（C）或鸟嘌呤（G），这样就可以消除最常见的“点突变”类型。 犹他大学的基因工程研究员Dana Carroll表示：“这项研究是一项壮举，我也许没有这种胆量去尝试他们所做的事情，我要向David Liu致敬。” 中科院植物遗传学家高彩霞也点评道，能完成从A到G，G到A，C到T和T到C这四种类型的替换对于“精确的治疗和农艺学编辑将是非常有价值的”。 更多成果介绍： 同期Nature，Science发布CRISPR重大技术突破：精确修复基因组 两个研究小组宣布了CRISPR技术的重大突破：他们研发出了能精确靶向RNA和DNA的新CRISPR技术，这种方法与原始的CRISPR基因编辑系统不同，后者是一种虽然可以剪切大部分DNA，但相对来说不可预测，且不是十分锋利的“分子剪刀”，而新技术系统则能重写单个碱基，这一改变单一碱基的能力意味着研究人员现在可以一半以上的人类遗传疾病了。 这两大成果分别公布在Science和Nature杂志上，由CRISPR技术先驱张锋研究组，以及David Liu研究组完成。 生物学预印模式受关注
几十年来，许多物理学家在同行评议的期刊上发表论文之前，经常把稿件放到网上，而生物学家却只能在一旁看着。不过，生物学领域的预印模式在今年出现了快速发展，数以千计的生物学家将未经评议的论文在线发表，资助机构也对这一科学交流模式逐渐重视起来。 更多介绍： 建立在线生物预印本文库总站计划引热议 建立新生物医学和生物预印本文库的计划已经受到十余家大型科学资助机构的青睐，其中包括政府机构、大型资助结构和研究慈善机构。但它同样引发了一场争论：现有预印本文库bioRxiv.org是否应该成为这些资料自然而然的归处。 尽管目前对该计划尚无确定的资助，但非盈利机构ASAPbio在2月13日宣布了一份应用请求，以对预印文本（尚未被一家期刊接收或进行同行评议的文章）建立“中心服务”。 新的肿瘤治疗概念 Keytruda是一种人源化的单克隆抗体，通过增加机体免疫系统的能力来帮助检测和对抗肿瘤细胞。Keytruda可有效阻断PD-1受体及其配体PD-L1和PD-L2之间的相互作用，从而活化T淋巴细胞，狙击肿瘤细胞。去年FDA批准Keytruda用于非小细胞肺癌一线治疗，今年5月FDA又批准Keytruda成为首款“广谱抗癌药”，用于治疗“MSI-H/dMMR亚型”的实体瘤，这也是FDA历史上第一次按照基因缺陷而不是发病组织批准抗癌药物。不过这些批准都只是用于少数几类癌症（如结肠癌）的治疗，6月的一项研究指出12种癌症类型的患者中，有半数对Keytruda做出了免疫治疗应答。 更多成果介绍： 重磅消息：FDA批准首个依据生物标志物划分的抗肿瘤疗法 5月，FDA批准了默沙东的PD-1抗体Keytruda用于治疗所有携带修补错配缺陷（dMMR）的无法手术/转移实体瘤。这是FDA历史上第一次按照基因缺陷而不是发病组织批准抗癌药物，反映监管部门对肿瘤药物的新认识。 FDA药物评价和研究中心血液学和肿瘤药物办公室主任、肿瘤创新中心主任Richard Pazdur博士表示：“这是抗癌史上一个重要的进步。到目前为止，FDA一直依据癌症的发病部位（如肺癌、乳腺癌）批准治疗方法。现在我们第一次基于肿瘤生物标志物而不是肿瘤原始位置批准了一种新药。” Science发布癌症免疫疗法重要发现：对错配修复缺陷癌症也有效 约翰霍普金斯大学的一组研究人员在涉及86位（结直肠癌等12种癌症类型）癌症患者的三年临床实验中，发现癌症免疫疗法药物：pembrolizumab (商品名：Keytruda)对多种癌症有效。 《Science》新型广谱抗癌的专利靶向药 虽然癌症的种类五花八门，归根到底它们都源于细胞异常的不可控地疯狂生长。今天《Science》杂志报道了一种新的方法，可以减缓所有类型癌细胞的快速生长！科学家们从癌细胞无限生长的本质出发，找到了控制癌细胞周期运转的关键闸门。虽然该实验效果仅局限于体外研究，但是这种超级抗癌方法的前景十分广阔。 新发现类人猿 上一次人类发现类人猿新物种，还是将近90年前的事了。今年11月，研究者宣布在印度尼西亚一处森林中发现了一个新的猩猩物种，这也是自婆罗洲猩猩和苏门答腊猩猩之后，猩猩属的第三个成员。 基因疗法取得的成功
由美国儿童医院、AveXis公司、俄亥俄州立大学医学院合作开展的首个针对SMA的临床试验（脊髓性肌萎缩症）取得了重要成功。他们成功开发出替换突变基因的基因疗法（AVXS-101），能够弥补患者体内缺乏的SMN蛋白（神经细胞存活的必要蛋白）。截止2017年8月7日，11名高剂量组患儿能够说话、正常吞咽，7名患者不再需要人工呼吸机。这在SMA治疗史上是绝无仅有的。 更多成果介绍： Science重磅新闻：基因疗法首次在血友病B患者身上取得明确成功 《The New England Journal of Medicine》杂志12月7日报道，首次在使用基因疗法治疗血友病中取得明确成功。十名血友病B患者单次注射携带肝脏特异性启动子和IX因子基因（factor IX–R338L）的单链腺相关病毒(AAV)载体18个月后，患者肝脏仍然能够生产约34%正常水平的因子IX (重型血友病B患者凝血因子IX活性不足正常水平的2%)。 JCI：一次基因治疗，终身受益 “在这项工作中，我们使用了实验性哮喘过敏原，但是该治疗方法可被推广用于花生、蜂毒、鱼虾等其他过敏原。该实验结果将进一步开展临床前研究，看看人类细胞是否也能复制同等的实验结果。” 《Biomaterials》：香港浸会大学为肿瘤基因疗法开发新靶向系统 研究团队以治疗骨肉瘤（osteosarcoma，OS）的CRISPR/Cas9核酸适配子功能化给药系统为目标，在小鼠模型中使用该适配子促进CRISPR/Cas9选择性分布于原位OS和肺转移，实现了体内基因组血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）的有效编辑，抑制了原位恶性OS肿瘤和肺转移，在未发现明显副作用毒性的前提下，减少了血管生成和骨病变。
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