《Science》2018年度十大科学突破公布

日期: 2018年12月24日


    

(12月21日)Science杂志公布了2018年度十大科学突破。今年的Science十大科学突破之首是单细胞水平细胞谱系追踪技术,除此之外,今年的十大科学突破中生物类的包括:细胞如何管理其内含物,进入原始世界的分子窗口,基因沉默药物获批,法医系谱学走向成熟,以及古老的人类“混血儿”。此外今年Science还公布了2018年“科学崩坏”事件,其中包括首例基因组编辑婴儿的诞生。

 

从古希腊“医学之父”希波克拉底的时代起,科学家们就对单个细胞可以发育成拥有多种器官和亿万细胞的成体而感到震惊,这位古希腊医生认为母亲呼吸的湿气有助于婴儿的发育,但现在我们知道是DNA最终协调细胞繁殖和分化的过程。

 

现如今,科学家已经证明,遗传物质就像音乐乐谱一样,指挥着铜乐,弦乐,打击乐器等创作出交响乐来,当单个细胞中的基因开启时,我们可以通过技术组合揭示细胞是如何发挥其特殊的作用,从而以惊人的力量,逐个细胞,实时追踪生物和器官的发育。

 

正是这个原因,我们越来越来认识到技术结合的力量,以及它在促进基础研究和医学进步方面的潜力,因此Science挑选了单细胞水平细胞谱系追踪技术成为2018年的年度突破。

 

具体来说,Science介绍了三种能帮助科学家在个体细胞水平确定哪些基因会在胚胎早期发育时被开启或关闭的新方法。Science新闻编辑Tim Appenzeller说:“这些技术创造了史上最不同凡响的电影,它们显示了单一细胞是如何生长成为成年动物的复杂组织与器官的。”

 

Science杂志撰稿人Elizabeth Pennisi说:“仅在2018年,单细胞研究详细描述了扁虫、鱼、蛙及其它生物是如何开始形成器官的。全世界各地的研究团队正在应用这些技术来研究人类细胞是如何在其一生中成熟的,组织是如何再生的及细胞是如何在疾病(包括癌症)中发生改变的。”

 

其它突破:

 

细胞如何管理其内含物

 

细胞内的多个组件是如何在正确的位置和时间里聚集在一起执行关键功能的呢?

 

科学家们已经意识到,这个问题的关键是液滴(Liquid droplet),从2009年开始,研究人员发现许多蛋白质能够分离或浓缩成离散的液滴。今年一组研究人员提供证据证实作为DNA中的一个不同寻常的部分,异染色质利用液-液相分离(liquid-liquid phase separation)将基因组中的大部分组装成细胞核中的特定区域。

 

液-液相分离是一种在物理学上广为人所知的机制,但是它在生物学上的重要性仅在最近才被揭示出。这些发现解决了一个长期存在的问题,即DNA功能如何在空间和时间上有序地安排,包括基因如何受到调节而发生沉默或表达。

 

此外,北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员发现,由于RNA分子具有非常特殊和复杂的结构,因此才能互相识别和结合,进入相同的细胞液滴。

 

该发现为理解神经退行性疾病,如葛雷克氏症和帕金森氏症有积极影响。正常和健康条件下,细胞内形成液滴。然而,突变、老化或压力会使液滴过度聚集或硬化,然后不可逆地难以溶解,科学家们认为,这是导致神经退行性疾病的原因之一。

 

细胞如何管理其内含物

图片来源:Ryan Somma|Wikimedia(图片来源:Science)

 

通过这篇《Science》文章,未来研究人员将有能力帮助细胞液滴招募正确组分,避免液滴转变为异常的固态。

 

进入原始世界的分子窗口

 

今年,科学家们发现了生活在五亿年前的生物分子的痕迹:一种名为狄更逊水母(Dickinsonia)是目前人类已知的、最古老的动物之一。科学家团队分析了狄更逊水母的脂质残存物,在化石中检测到了固醇残留物的信号,说明其确实是一种真核生物。

 

《Science》2018年度十大科学突破公布

图片来源:Ryan Somma|Wikimedia

 

基因沉默药物获批

 

今年8月,美国FDA宣布首款小干扰RNA (siRNA)药物Onpattro (patisiran)上市,该药物曾获得美国FDA授予的突破性疗法认定、优先审评资格、快速通道资格和孤儿药资格。它的获批,不仅对患者和医生来说具有里程碑的意义,还将掀起一场制药行业的革命,是诺贝尔奖成果从概念走向实际治疗用途的一个光辉里程碑。

 

《Science》2018年度十大科学突破公布

图片来源:Science

 

法医系谱学走向成熟

 

今年,警察利用犯罪现场回收的DNA,通过公共家谱DNA数据库破获了一系列悬案,由此开辟了一个新的学科:法医系谱学(forensic genealogy)。

 

古老的人类“混血儿”

 

根据DNA分析,科学家们在西伯利亚山区的某个洞穴里发现的一块骨头碎片属于一个小女孩,她的母亲是尼安德特人,而父亲则是丹尼索瓦人。这表明很久以前,人类(智人)和丹尼索瓦人曾经相遇,甚至发生过性关系,并且有了孩子。

 

哈佛大学古代DNA研究人员大卫·里奇(David Reich)说:“能找到这个特例真是太神奇了,太幸运了!谁能想到,我们能够亲眼目睹这两个群体的杂交过程?”(赛业生物www.cyagen.com)

 

《Science》2018年度十大科学突破公布

 

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【赛业生物科技简介】

 

作为实力雄厚的基因工程鼠技术平台,赛业生物已服务全球数万名科学家,赛业产品与技术已直接应用于包括CNS(Cell, Nature, Science)三大期刊在内的2030篇学术论文。2016年,TurboKnockout把 ES打靶金标准推向新高度;同年,CRISPR-Pro使大片段敲入及条件性基因敲除变得更加高效;2017年, AlphaKnockout基因打靶专家系统首次实现基于人工智能的最优化方案设计;同 年7月,推出万例CRISPR-AI敲除小鼠资源库。赛业一步一个脚印,踏实前行,助力中国科研!

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