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导读： 《Science》是发表最好的原始研究论文、以及综述和分析当前研究和科学政策的同行评议的期刊之一。它的科学新闻报道、综述、分析、书评等部分，都是权威的科普资料。 前不久，《science》网站公布了2021年度科学突破评选结果，其中7个都是生命科学！我们来看看，它们凭什么能上榜呢？  榜单一览： 1、人工智能预测蛋白质结构 2、解锁古老泥土DNA宝库 3、实现历史性核聚变突破 4、抗新冠强效药 5、“摇头丸”可治疗创伤后应激障碍 6、单克隆抗体治疗传染性疾病 7、”洞察“号首次揭示火星内部结构 8、粒子物理学的标准模型出现“裂缝” 9、CRISPR基因编辑疗法对人类疗效首次证明 10、体外胚胎培养为早期发育研究打开新窗户 生命科学领域重大突破： 2021年7月，蛋白结构两大AI预测算法相继开源，一个是DeepMind的AphaFold2，另一个是华盛顿大学等机构研发的RoseTTAFold。 AlphaFold2，是DeepMind公司的一个人工智能程序。 我们知道，蛋白质中的长链氨基酸扭曲、折叠并交织成复杂的三维结构，这些结构可能很难，甚至根本不可能破译。 数十年来科学家们一直希望通过基因序列简单地预测蛋白质的结构形状，以开启一个洞察生命运作机理的新世界，但一直进展缓慢。 直到DeepMind宣布，人们首次发现了一种通过计算来预测蛋白质结构的方法。即使在不知道相似结构的情况下，AI也可以在原子层面上精确预测蛋白质的结构。 图片来源：（知乎）Kuhlman,B, Bradley, P(2019). Advances in protein structure prediction anddesign. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 20(11),681-697 8月，中国研究人员使用AphaFold2绘制了近200种与DNA结合的蛋白质结构图。 现在，科学家正使用AlphaFold2来模拟奥密克戎变体刺突蛋白突变的影响，通过在蛋白质中插入更大的氨基酸，突变改变了它的形状，这也许足以阻止抗体与其结合并中和病毒。 中国科学院院士施一公说：“依我之见，这是人工智能（AI）对科学领域最大的一次贡献，也是人类在21世纪取得的最重要的科学突破之一，是人类在认识自然界的科学探索征程中一个非常了不起的历史性成就。” 李国杰院士：机器学习可以正确预测蛋白质结构，说明机器已掌握了一些人类还不明白的“暗知识”。 面对alphafold，学术界也没有躺平。 研究者们尝试用开源蛋白质预测工具RoseTTAFold，挑战蛋白复合物预测。 RoseTTAFold，是由华盛顿大学医学院蛋白质设计研究所（Institutefor ProteinDesign）联合哈佛大学、德克萨斯大学西南医学中心、剑桥大学、劳伦斯伯克利国家实验室等机构研发的一款基于深度学习的蛋白质预测工具。 RoseTTAFold取得了媲美AlphaFold2的超高准确率，而且速度更快、所需要的计算机处理能力也更低。 图片来源：DrugAI 过去，科学家们要分析远古时代的DNA，总要找到点遗骸、毛发之类的东西。 现在科学家们发现，有一部分生物的DNA被混进了泥土里，埋在了地下。如果能分析出泥土之中的DNA信息，那么我们就能知道很多远古时代的事儿。 而最近，科学家们从洞穴地面的土壤中解锁了一个更大的古代DNA宝库。研究人员使用这种“泥土DNA”来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8万至11.3万年前生活在那里的人类的遗传特征和性别，并表明尼安德特人的一个谱系在10万年前结束的冰川期之后取代了其他几个谱系。 在美国佐治亚州Satsurblia洞穴有2.5万年历史的土壤中，科学家们发现了来自以前未知的尼安德特人系的女性人类基因组，以及野牛和现已灭绝的狼的遗传痕迹。 图片来源：网易NetEase 数据显示，美国默克公司的抗病毒药物莫奈拉韦可将未接种疫苗的高危人群的住院或死亡风险降低30%。 如果在出现症状的3天内开始服用，辉瑞公司的抗病毒药物PF-07321332将使住院率降低89%。 科学家们强调，抗病毒药物不能取代疫苗接种，但它们仍然至关重要。如果新的奥密克戎变体导致突破性感染激增，它们的重要性将更加突出。 在国内，2021年12月8日，我国首个抗新冠病毒特效药——安巴韦单抗/罗米司韦单抗联合疗法特效药获得中国药监局的上市批准，这标志着中国拥有的首个全自主研发并证明有效的抗新冠病毒抗体特效药正式问世。 临床试验数据显示，安巴韦单抗/罗米司韦单抗联合疗法特效药能够降低高风险新冠门诊患者80%的住院率和死亡率，主要作用以治疗为主。同时，抗体在人体内可存留9至12个月的时间，对预防感染也有一定作用。 这是目前全世界范围内抗新冠病毒特效药中最好的治疗数据。 图片来源：健康界 创伤后应激障碍（PTSD） 是指个体经历、目睹或遭遇到一个或多个涉及自身或他人的实际死亡，或受到死亡的威胁，或严重的受伤，或躯体完整性受到威胁后，所导致的个体延迟出现和持续存在的精神障碍。 2021年，一项多中心、随机、对照试验发现，3,4-亚甲基二氧基甲基苯丙胺（MDMA），也就是常说的“摇头丸”，显著减轻了创伤后应激障碍（PTSD）患者的症状。 76名受试者，部分接受了3次MDMA治疗，部分接受了安慰剂指导治疗课程。2个月后，67%的接受MDMA治疗的患者不再有PTSD症状，而安慰剂组则仅有32%。 今年单克隆抗体(mAb)开始在对抗新冠病毒和其他威胁生命的病原体，包括呼吸道合胞病毒（RSV）、HIV和疟疾寄生虫等方面显现出效果。 到今年年底，FDA已授予3种用于治疗新冠病毒的单克隆抗体紧急使用授权。科学家还正在开发针对流感、寨卡病毒和巨细胞病毒的单克隆抗体。两个旨在预防所有婴儿呼吸道合胞病毒的候选药物被寄予厚望。 单克隆抗体或将成为治疗传染病武器库中的“标配”。 而在国内，上文说到的安巴韦单抗/罗米司韦单抗联合疗法特效药，也是从新冠肺炎康复者血液中提取新冠病毒抗体，然后通过克隆单一细胞的方式大量生产。 从1986年至今，单抗药物取得长足的发展，治病范围不断扩大，到2021年，单抗又被证实能治疗传染病，尤其是治疗新冠肺炎，因而被视为划时代、跨疾病的重要一类药物。 未来，单克隆抗体的作用将更为重要，也将为治疗更多人类疾病做出贡献。 基因编辑工具CRISPR于2020年首次显现出或可治愈镰状细胞病和β—地中海贫血症患者。 2021年，科学家们更进一步，直接在人体内部署CRISPR-Cas9。 在小型研究中，该策略减少了一种有毒的肝脏蛋白质，并适度改善了遗传性失明患者的视力。 2021年6月26日，美国Intellia医药公司和再生元公司科学家在6名患有一种名为转甲状腺素淀粉样变性病的罕见疾病患者身上测试了他们的治疗方法。 结果显示，所有参与者的畸形蛋白质水平均下降，其中两名接受高剂量注射的人的蛋白质水平平均下降了87%。 用俗称“基因剪刀”的基因编辑技术来治疗人类疾病，将带给人们无限的想象空间。 图片来源：腾讯网 胚胎体外培养（Invitro culture ofembryo）指的是把胚胎放在专门容器里置37℃下（有时加入人工混合气体：5%CO2、5%O2、90%N2或5%CO2、95%空气），使胚胎体外持续发育。 以老鼠为例，通常，胚胎在母鼠体外生长的时间为3到4天。但在2021年3月，一个团队报告了一个将这一期限延长到11天的方案。该研究进展有望为子宫外孕育人类铺平道路。 此外，还有科学家设计了被称为“胚泡”的关键胚胎阶段的替代品。一个研究小组从人类胚胎干细胞中复制了胚泡，并诱导了多能干细胞（IPS）。 另一项研究发现，转化为诱导性多能性细胞的皮肤细胞会产生囊胚状结构。这些人造胚泡并不是真正的胚胎，但其中一些可作为一种有指导意义的、争议较少的替代方案。 2021年5月，国际干细胞学会宣布放宽人类胚胎培养“14天规则”，进一步提振了该领域的研究。 图片来源：网络 结语： 也许二十一世纪不一定是生命科学的世纪，但是2021年一定是生命科学的年度。 只要人类存在一天，对于生命科学的探究就会持续下去。 你永远不知道生命科学已经或者将会发展到哪一步，只有源源不断的世代更替，承接曾经的成就，创造未来的辉煌。  |
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