做研究主要還是靠人

關(guān)毅 (本刊特約記者)

做研究主要還是靠人

關(guān)毅 (本刊特約記者)

中國科學(xué)家韓春雨團(tuán)隊(duì)日前發(fā)明了一種基因編輯技術(shù)，其潛力有望超過近來被看作諾貝爾獎(jiǎng)熱門的CRISPR-Cas9技術(shù)。對此，《自然》雜志執(zhí)行主編尼克?坎貝爾評論說：“雖然這項(xiàng)新技術(shù)還處于初期，但有一些理由讓我們相信它與現(xiàn)在普遍使用的CRISPR-Cas9技術(shù)相比有多種優(yōu)勢，特別是在更精準(zhǔn)的基因編輯方面?！边@項(xiàng)新技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)完全掌握在韓春雨團(tuán)隊(duì)手中，目前還沒有看到有人與之競爭，這又是一大優(yōu)勢。值得注意的是，韓春雨并沒有海外求學(xué)經(jīng)歷，研究成果也并非在國際一流的實(shí)驗(yàn)室中取得?！白鲅芯恐饕€是靠人，設(shè)備環(huán)境只是第二位的。”正如他所說：“我認(rèn)為青年科研人員不要抱怨環(huán)境，而是要爭取環(huán)境，做自己喜歡的研究，就自然能等到取得成果的那一天。”

登革熱疫苗研制獲重大突破

相關(guān)測試方法或可用于寨卡疫苗研制

美國登革熱疫苗研制邁出一大步（圖片來源：倫敦衛(wèi)生和熱帶醫(yī)學(xué)學(xué)院 ）

通過用一種弱化形式的致病病毒感染志愿者，科學(xué)家或許已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種疫苗能夠?qū)沟歉餆岬淖钣辛ψC據(jù)。這種被稱為“人類挑戰(zhàn)”的疫苗測試方法在20世紀(jì)是不受歡迎的，但它對于預(yù)防包括寨卡在內(nèi)的某些疾病是至關(guān)重要的。美國科學(xué)家2016年3月16日宣布，他們研制的登革熱疫苗在一項(xiàng)小型人體感染試驗(yàn)中對被感染者提供了100%的保護(hù)效果，這把登革熱疫苗研制工作朝前推動(dòng)了一大步。研究人員樂觀地預(yù)計(jì)這一疫苗最早可能在2018年上市。

并未參與這項(xiàng)新研究的杜克-新加坡國立大學(xué)醫(yī)學(xué)院疾病研究人員Duane Gubler指出：“這是一個(gè)巨大的進(jìn)步，這是30年來人們一直迫切需要的東西?！彼f，人類挑戰(zhàn)研究的匱乏“實(shí)際上是造成登革熱疫苗研發(fā)非常困難的因素之一”。

對于故意感染人的安全性的擔(dān)憂限制了人類挑戰(zhàn)研究的開展。研究人員現(xiàn)在一般通過給很多已經(jīng)面臨感染疾病風(fēng)險(xiǎn)的人接種疫苗并觀察他們是否受到保護(hù)來測試大多數(shù)疫苗是否有效，但在某些情況下會(huì)采用故意感染的方式，例如瘧疾疫苗的研發(fā)。

美國馬里蘭州巴爾的摩市約翰斯?霍普金斯布隆伯格公共衛(wèi)生學(xué)院疫苗研究人員Anna Durbin和她的同事向《科學(xué)—轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志解釋了他們?nèi)绾斡眠@種策略來測試一種登革熱疫苗。

登革熱是登革病毒經(jīng)蚊媒傳播引起的急性傳染病，每年有約4億人被感染，其中多數(shù)人不表現(xiàn)癥狀或僅出現(xiàn)低燒，但也有一些人會(huì)出現(xiàn)威脅生命的登革熱休克綜合征。目前，多個(gè)登革熱疫苗處于臨床試驗(yàn)階段，但尚未有一種獲得可廣泛使用的許可證。

研制登革熱疫苗的最大障礙之一是登革病毒有4種血清型，疫苗必須對這4種血清型都有保護(hù)能力，因?yàn)楦腥玖艘环N血清型的人在感染第二種血清型后病情會(huì)更加嚴(yán)重。一種僅部分有效的登革熱疫苗有可能會(huì)讓人處于更大、更嚴(yán)重的登革熱感染風(fēng)險(xiǎn)之中。

經(jīng)過約15年的努力，研究人員混合了4種毒性弱化的登革病毒毒株，研制出一種名為TV003的減毒活疫苗，并利用人體感染模型開展隨機(jī)對照試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，41名健康志愿者分成兩組接受單次注射的疫苗或安慰劑，6個(gè)月后再用一種毒性弱化的登革病毒感染他們，這種弱毒性病毒不會(huì)造成生命危險(xiǎn)。

結(jié)果顯示，安慰劑組有20人出現(xiàn)了如皮疹和白細(xì)胞計(jì)數(shù)低下等輕微癥狀，但疫苗組所有21人都沒有出現(xiàn)這些癥狀，獲得完全的保護(hù)。

馬里蘭州貝塞斯達(dá)市國防醫(yī)科大學(xué)病毒學(xué)家Scott Halstead表示：“這是一篇令人難以置信的論文，它表明絕對有必要開發(fā)一種針對登革熱病毒的疫苗。”

Halstead說：“這是一個(gè)非常重要的示范，證明你在花15億美元或20億美元進(jìn)行第三階段療效試驗(yàn)之前真的需要這項(xiàng)研究?！?/p>

進(jìn)行這項(xiàng)研究的科學(xué)家同時(shí)也希望利用人類挑戰(zhàn)策略加速對抗寨卡病毒的疫苗研制工作，這種病毒與登革熱有關(guān)。

幾個(gè)研究團(tuán)隊(duì)正在致力于潛在的寨卡疫苗研究。但目前尚不清楚這些疫苗是否可以防止疫情造成的嚴(yán)重后果——已經(jīng)有100萬人感染了寨卡病毒，這種病毒可能導(dǎo)致出生缺陷，如小頭畸型。

Durbin表示：“我們正在研究策略來加速這個(gè)時(shí)間表，同時(shí)我們認(rèn)為寨卡病毒的人類挑戰(zhàn)模式可能在這項(xiàng)工作中非常有用?！?/p>

美國國立衛(wèi)生研究院高級(jí)科學(xué)家Stephen Whitehead表示：“我們正朝著擁有一種四價(jià)登革熱疫苗的方向大步前進(jìn)，這種疫苗對全部4種登革病毒血清型都能產(chǎn)生抗體?！?/p>

據(jù)介紹，美國與印度等國家的一些制藥公司對這種疫苗表現(xiàn)出強(qiáng)烈興趣，購買了有關(guān)許可證以進(jìn)一步研制和生產(chǎn)。此外，巴西已計(jì)劃招募1.7萬人開展這種疫苗的3期臨床試驗(yàn)。如果一切順利，預(yù)計(jì)這種疫苗最早在2018年上市?？偛课挥诖筅媸械娜毡局裉镏扑幑疽惨呀?jīng)開始對自己的登革熱疫苗進(jìn)行大規(guī)模療效研究。

Gubler表示：“50年來，我真的第一次充滿熱情和有信心，我們將擁有一種疫苗，我們將能夠在未來幾年使用這種疫苗。”

日本金星探測器公布首批研究成果

為目前環(huán)繞金星的唯一人造探測器

在走了計(jì)劃之外的5年彎路后，日本的金星探測器(Akatsuki)終于又成功活了過來。2016年4月4日至8日，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)發(fā)布了來自這架探測器的第一批科學(xué)研究成果。4個(gè)月前，Akatsuki探測器被從一條環(huán)繞太陽的錯(cuò)誤軌道中拯救出來并重新環(huán)繞金星運(yùn)行。這些成果包括一幅有條紋的酸性云團(tuán)詳盡圖像以及行星大氣中神秘移動(dòng)的一個(gè)弓形云團(tuán)圖像。

Akatsuki項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、相模原市JAXA下屬空間與航天科學(xué)研究所行星科學(xué)家Masato Nakamura在英國牛津召開的國際金星大會(huì)上宣布，盡管探測器繞著太陽翻跟斗，它的儀器卻能夠“幾乎完美”地工作。并且他表示，如果兩年內(nèi)的另一個(gè)小機(jī)動(dòng)能夠成功，那么這架探測器將有望避開金星的太陽能消耗陰影，從而可以環(huán)繞這顆行星運(yùn)行5年，而不是最初設(shè)計(jì)的兩年。

Akatsuki在日語中是“黎明”的意思，它于2010年發(fā)射升空，預(yù)期于當(dāng)年晚些時(shí)候進(jìn)入環(huán)金星軌道并研究行星致密的大氣層。該探測器的使命還包括尋找活火山及其他地質(zhì)現(xiàn)象的蹤跡。然而一個(gè)閥門故障導(dǎo)致Akatsuki探測器的主引擎爆炸，迫使它進(jìn)入了一條環(huán)繞太陽的軌道。

隨著Akatsuki探測器于2015年12月飛過金星附近，JAXA的工程師們設(shè)法通過讓探測器上更小的第二推進(jìn)器將其推入一條橢圓的金星軌道從而拯救了這項(xiàng)任務(wù)。如今在牛津發(fā)布的研究成果便是利用能夠捕捉從紅外線到紫外線的一系列5部照相機(jī)在這一有利位置上拍攝的。

一幅非常詳細(xì)的致密金星硫酸云的圖像引發(fā)了與會(huì)者的掌聲。項(xiàng)目科學(xué)家Takeshi Imamura向與會(huì)者介紹說，這是關(guān)于金星的最高質(zhì)量的紅外圖像，它表明了云層的形成過程可能比之前人們所想象的更為復(fù)雜。

Akatsuki研究團(tuán)隊(duì)希望還會(huì)有更好的結(jié)果到來。這張圖像拍攝的地點(diǎn)距離金星10萬km，大約是該探測器與金星最近距離的10倍。探測器上拍攝這張圖像的2 μm紅外照相機(jī)IR2的首席研究員Takehiko Satoh表示：“我們將取得更好的空間分辨率。”他說：“我們保證為學(xué)術(shù)界拿出一個(gè)完美的數(shù)據(jù)集?！?/p>

有條紋的云團(tuán)以及神秘的弓形(圖片來源：ISAS/JAXA)

利用長波紅外(LIR)照相機(jī)拍攝的熱影像中的弓形卻顯得有些神秘。這個(gè)移動(dòng)云團(tuán)——連日來席卷行星的南極到北極——似乎是在金星的表面旋轉(zhuǎn)，而不是能夠更快速移動(dòng)的大氣。

負(fù)責(zé)LIR照相機(jī)的Makoto Taguchi表示，這種移動(dòng)意味著云團(tuán)可能和地面的特征有關(guān)。其他與會(huì)者則對是什么造成了這種移動(dòng)茫然不知所措。加利福尼亞州帕薩迪納市美國宇航局(NASA)下屬噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室行星科學(xué)家Suzanne Smrekar表示：“這相當(dāng)神秘?！?/p>

Akatsuki探測器的成功讓科學(xué)家們歡欣鼓舞，尤其是因?yàn)樗悄壳安渴鹪诮鹦堑奈ㄒ还ぷ髦奶綔y器。英國牛津大學(xué)行星科學(xué)家Colin Wilson說：“我的心情很好?！盇katsuki探測器目前的軌道使它得以像最初的設(shè)計(jì)那樣能夠觀測金星的赤道。由此產(chǎn)生的圖像將補(bǔ)充于2014年結(jié)束任務(wù)的歐洲空間局金星快車軌道飛行器對行星兩極進(jìn)行的觀測。

Akatsuki探測器由JAXA和三菱重工業(yè)公司聯(lián)合研制，是日本首個(gè)金星探測器。探測器總重約640 kg，其中包括320 kg推進(jìn)劑和34 kg的科學(xué)儀器。主體體積為3.2 m3，裝備有兩個(gè)1.4 m2太陽能電池陣列板，在金星軌道上可提供1 200 W動(dòng)力。探測器所搭載的科學(xué)儀器包括一臺(tái)紫外成像儀、一臺(tái)長波紅外攝像機(jī)、兩臺(tái)相機(jī)和無線電收發(fā)機(jī)。該探測器計(jì)劃借助能夠捕捉不同波長的儀器在軌道上對整個(gè)星體進(jìn)行觀測。探測器的總耗費(fèi)大約2.1億美元。

金星的大小和構(gòu)造與地球相似，但大氣現(xiàn)象存在諸多謎團(tuán)。除了擁有由硫酸形成的厚實(shí)云層外，金星還存在著秒速約100 m的“超級(jí)氣旋”。

腦讀取設(shè)備首次幫癱瘓者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能

為全球上百萬癱瘓者重新獨(dú)立生活帶來希望

Ian Burkhart在19歲時(shí)折斷了脖子，自此之后他從肩膀以下便完全失去了活動(dòng)的能力——盡管他的大腦依然能夠告訴雙手如何運(yùn)動(dòng)，但這些信息無法通過斷裂的脊髓傳遞出去。如今，由于電刺激技術(shù)的進(jìn)步，Burkhart終于可以再次抓握、倒水、刷信用卡，甚至玩“吉他英雄”了。為了做到這些，他利用一種微電極陣列讀取大腦的信號(hào)，再通過電線將后者傳送到一個(gè)膠套中，最終通過電流刺激自己的肌肉。

這項(xiàng)研究的作者之一、美國紐約州曼哈賽特市范斯坦醫(yī)學(xué)研究所生物醫(yī)學(xué)工程師Chad Bouton表示：“這是第一次將受激運(yùn)動(dòng)與在大腦內(nèi)記錄的信號(hào)聯(lián)系起來。”他說：“如今，病人能夠用他們自己的想法控制雙手的運(yùn)動(dòng)了?！?/p>

在此之前，研究人員曾利用多種方法幫助癱瘓病人控制他們的雙手。在一些系統(tǒng)中，研究人員會(huì)在病人尚能控制的肩部肌肉中植入傳感器，從而讓他們能夠通過收縮一側(cè)肩膀的肌肉來移動(dòng)另一側(cè)的手臂。另一些系統(tǒng)則通過在頭皮外側(cè)記錄大腦活動(dòng)的腦電圖(EEG)控制雙手的運(yùn)動(dòng)。還有其他技術(shù)則使用類似于這項(xiàng)新研究的大腦植入物，但控制的是機(jī)器人手臂、外骨骼或電腦鼠標(biāo)，而不是病人自己的肌肉。從來沒有一個(gè)癱瘓病人能夠用與受傷之前同樣的神經(jīng)信號(hào)精確運(yùn)動(dòng)自己的雙手。

俄亥俄州立大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員在新一期英國《自然》雜志上說，這個(gè)植入Burkhart大腦的微陣列的大小比豌豆還小，植入大腦的運(yùn)動(dòng)皮層后，其算法可學(xué)習(xí)并解碼使用者的大腦活動(dòng)。芯片通過電線與繞在前臂上的一個(gè)肌肉電刺激系統(tǒng)相連，該系統(tǒng)可把大腦信號(hào)轉(zhuǎn)換成刺激手臂肌肉的信號(hào)。

Bouton介紹說，過去10年里，科學(xué)界已學(xué)會(huì)如何破解癱瘓者的大腦信號(hào)，而現(xiàn)在這種大腦活動(dòng)被第一次轉(zhuǎn)換成動(dòng)作，顯示出大腦信號(hào)可繞過受傷的脊髓通過電子“神經(jīng)旁路”直接傳到手臂處控制其活動(dòng)。

Ian Burkhart在癱瘓幾年后，終于能夠利用一項(xiàng)新技術(shù)活動(dòng)自己的雙手了(圖片來源：Batelle)

Burkhart因6年前一次潛水事故導(dǎo)致頸椎脊髓受傷而癱瘓，2014年4月，研究人員用了3個(gè)小時(shí)給其大腦運(yùn)動(dòng)皮層植入芯片。兩個(gè)月后，他的手就能做出握與張的簡單動(dòng)作，初步證明電子“神經(jīng)旁路”技術(shù)的可行性。為了讓手做出復(fù)雜動(dòng)作，Burkhart一共接受了15個(gè)月的訓(xùn)練，每周3次練習(xí)操作繞在前臂上的肌肉電刺激系統(tǒng)，最終恢復(fù)了多個(gè)手指、手和手腕的運(yùn)動(dòng)能力。如今，Burkhart的手能做一些復(fù)雜的動(dòng)作，比如拿起并在讀卡機(jī)上刷信用卡；可以抓住瓶子，把瓶子里的液體倒入罐子，并拿起棒子攪拌罐子里的液體；可以拿起手機(jī)放到耳邊聽電話。

此前，科學(xué)家已研制出一些系統(tǒng)可把神經(jīng)活動(dòng)轉(zhuǎn)化成控制如機(jī)器臂之類的輔助設(shè)備的信號(hào)，也有系統(tǒng)讓癱瘓的非人類靈長類動(dòng)物恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力，但像這個(gè)微陣列一樣讓人類實(shí)時(shí)恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力還屬首次。這項(xiàng)研究為全世界上百萬癱瘓者部分恢復(fù)獨(dú)立生活帶來新希望。

這套系統(tǒng)想要走入家庭依然為時(shí)尚早。為了使用自己的雙手，Burkhart必須到實(shí)驗(yàn)室去，在那里，他將與桌面上一套龐大的設(shè)備連接在一起。研究人員希望，這項(xiàng)概念驗(yàn)證研究能夠帶來更小型的裝置，從而可以無線傳輸大腦信號(hào)到可穿戴的肌肉刺激設(shè)備上。參與研究的俄亥俄州立大學(xué)神經(jīng)外科醫(yī)生Ali Rezai表示：“你可以想象手套、襪子、褲子——任何能夠成為服裝一部分的東西都可以為癱瘓病人提供幫助。”盡管他也承認(rèn)研制出這樣的裝置還有很長的路要走。

Rezai說，他們計(jì)劃在5名癱瘓者身上測試這種技術(shù)，現(xiàn)在已找到了第二名實(shí)驗(yàn)對象，將在2016年夏天進(jìn)行植入手術(shù)。此外，他們計(jì)劃讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無線接入，讓患者在家中方便使用。

至于Burkhart，參與這項(xiàng)研究改變了他的生活?！艾F(xiàn)在我對未來有了更多的希望?！?/p>

大堡礁遭遇迄今最嚴(yán)重白化

北部80%珊瑚礁被嚴(yán)重漂白，其中一些已死亡50%

湯斯維爾市澳大利亞研究理事會(huì)珊瑚礁研究卓越中心主任Terry Hughes日前表示，對該國標(biāo)志性自然景觀大堡礁中的珊瑚的破壞“通過一個(gè)長久標(biāo)記使之前的漂白事件都相形見絀”。在此之前，Hughes與同事剛剛最終完成了對整個(gè)大堡礁珊瑚系統(tǒng)的一系列航空測量。研究人員證實(shí)，沿著大堡礁最北端的1 000 km珊瑚礁是白化最嚴(yán)重的區(qū)域。

當(dāng)過度溫暖的海水產(chǎn)生漂白效應(yīng)時(shí)，珊瑚礁會(huì)排出一些共生的被稱為蟲黃藻的藻類。一旦沒有了這些五顏六色的藻類——它們能夠通過光合作用形成自身及其宿主所需的營養(yǎng)物質(zhì)，珊瑚礁便會(huì)顯露出白色，即所謂的白化。如果海水能夠很快變冷，這些蟲黃藻便會(huì)回來；如果漂白過程持續(xù)下去，珊瑚礁就會(huì)最終死亡。

目前全球正處于一個(gè)非同尋常的長期厄爾尼諾過程中，這種氣候現(xiàn)象能夠加熱赤道太平洋海域，進(jìn)而影響全球天氣。如今在全球變暖的驅(qū)動(dòng)下，厄爾尼諾現(xiàn)象一直在促使全球的珊瑚礁進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。

長時(shí)間的海洋變暖已經(jīng)對大堡礁造成了嚴(yán)重影響。根據(jù)澳大利亞國家珊瑚白化專門小組2016年4月19日發(fā)布的一份報(bào)告，只有7%的珊瑚礁系統(tǒng)完全避免了白化。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，總的來說，大堡礁系統(tǒng)中間大約2 300 km長的范圍已經(jīng)出現(xiàn)了適度的白化。由于長期存在的云層及3月早期的降雨，只有大堡礁的南部區(qū)域以最小損害為代價(jià)逃脫了白化過程。

調(diào)查證實(shí)大堡礁發(fā)生了最糟糕的白化現(xiàn)象(圖片來源：NASA)

作為該專門小組負(fù)責(zé)人，Hughes表示，大堡礁的中部和南部區(qū)域有可能在未來幾個(gè)月恢復(fù)并重新獲得顏色。北部區(qū)域則面臨著一個(gè)大麻煩——80%的珊瑚礁被嚴(yán)重白化，同時(shí)水中調(diào)查已然證實(shí)，一些珊瑚礁已經(jīng)出現(xiàn)了50%的死亡率，而這一比例最終可能上升到90%以上。

研究人員指出，大堡礁從這種程度的破壞中恢復(fù)過來可能需要幾十年的時(shí)間，并且即便這樣，這些珊瑚礁也只能成為漂白之前的大堡礁的一個(gè)“影子”。

Hughes認(rèn)為，在最好情況下，在10年或20年中，如果最近沒有任何200年歷史的珊瑚礁死亡，珊瑚的覆蓋率將由快速生長的物種所控制。但他說，北部的大堡礁“將不會(huì)變回它原來的樣子，當(dāng)然是在我的有生之年”。

與此同時(shí)正有更多的壞消息傳來。據(jù)該專門小組透露，如今位于澳大利亞西海岸的珊瑚礁已有80%出現(xiàn)了白化現(xiàn)象。

研究人員指出，目前在全球所有近海海域，珊瑚礁的健康水平每況愈下。之前的全球性研究已然表明，主要的珊瑚礁系統(tǒng)正在更加緩慢地鈣化，此舉旨在建立它們的石質(zhì)骨骼。其中一項(xiàng)研究顯示，澳大利亞沿岸大堡礁的生長速度在過去30年中下降了40%。

大堡礁是世界最大最長的珊瑚礁群，位于南半球，它縱貫于大洋洲的東北沿海，北從托雷斯海峽，南到南回歸線以南，綿延伸展共有2 011 km，最寬處161 km。有2 900個(gè)大小珊瑚礁島，自然景觀非常特殊。大堡礁的南端離海岸最遠(yuǎn)有241 km，北端較靠近，最近處離海岸僅16 km。在落潮時(shí)，部分的珊瑚礁露出水面形成珊瑚島。這里有魚類1 500種，軟體動(dòng)物達(dá)4 000余種，聚集的鳥類242種，并有著得天獨(dú)厚的科學(xué)研究條件。這里還是某些瀕臨滅絕的動(dòng)物物種(如儒艮和巨型綠龜)的棲息地。

實(shí)驗(yàn)室人類胚胎生長時(shí)間創(chuàng)紀(jì)錄

可深入了解其早期發(fā)育過程并改善體外受精成功率

發(fā)育生物學(xué)家日前在實(shí)驗(yàn)室中成功讓受精后的人類胚胎發(fā)育至最長13天，打破了此前9天的紀(jì)錄。這一成績使得科學(xué)家得以發(fā)現(xiàn)早期人類發(fā)育的新層面，包括之前在人類胚胎中從未觀察到的特征。同時(shí)這一技術(shù)將有助于確定為什么有的妊娠過程最終會(huì)失敗，從而在未來改善體外受精的成功率。

在2015年5月出版的《自然》和《自然—細(xì)胞生物學(xué)》上發(fā)表的兩項(xiàng)研究成果還為科學(xué)家能夠很快培育出更高級(jí)階段的胚胎提供了可能性。然而除了技術(shù)上面臨的挑戰(zhàn)之外，這項(xiàng)研究同時(shí)還遭遇了倫理問題。許多國家和科學(xué)共同體禁止研究超過14天的人類胚胎。正是鑒于這一點(diǎn)，研究人員在該時(shí)間點(diǎn)之前結(jié)束了他們的這項(xiàng)試驗(yàn)。

幾十年來，科學(xué)家已經(jīng)通過其他動(dòng)物了解了生命的最早期階段。發(fā)表在《自然》上的一項(xiàng)研究的首席作者、美國紐約市洛克菲勒大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家Ali Brivanlou表示：“在21世紀(jì)之初，這真的非常尷尬，我們對魚、老鼠和青蛙的了解甚至超過了對人類自身的了解。”Brivanlou說：“我很難向我的學(xué)生們解釋這一點(diǎn)?！?/p>

20世紀(jì)90年代前后，我國多個(gè)與食品工業(yè)研究相關(guān)的科研院所、高校開始把目光轉(zhuǎn)向促進(jìn)食品工業(yè)發(fā)展共贏、推動(dòng)行業(yè)交流、把握市場動(dòng)向上來。在這樣的時(shí)代契機(jī)下，各種形式、規(guī)模不等，打破國家界限，以“探討食品工業(yè)發(fā)展”“引進(jìn)多國食品工業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)”為主題的國際食品技術(shù)交流與研討會(huì)紛紛舉辦。

英國劍橋大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家Magdalena Zernicka-Goetz則利用小鼠胚胎開發(fā)出了一種培育技術(shù)。許多科學(xué)家之前都曾嘗試通過在一層母體細(xì)胞上培育胚胎而模擬子宮的條件，但Zernicka-Goetz的研究團(tuán)隊(duì)選擇了另一種方法——使用含氧量更高的凝膠基質(zhì)取代母體細(xì)胞。

這兩項(xiàng)研究都使用了Zernicka-Goetz團(tuán)隊(duì)的體外胚胎培養(yǎng)技術(shù)。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都在報(bào)告中描述了人類胚胎發(fā)育第10～13天的各種事件。例如，洛克菲勒大學(xué)團(tuán)隊(duì)觀察到一個(gè)細(xì)胞群會(huì)在胚胎發(fā)育約第10天時(shí)出現(xiàn)，但到第12天又消失，這個(gè)細(xì)胞群在最高峰時(shí)會(huì)占到胚胎總體的5%～10%。研究人員說，目前還不清楚這個(gè)細(xì)胞群的作用，它們有些像一個(gè)“臨時(shí)器官”，就像人類胚胎發(fā)育到一定階段會(huì)出現(xiàn)的尾巴，但這個(gè)尾巴在嬰兒出生前會(huì)消失。

(圖片來源：Alessia Deglincerti, Gist Croft, and Ali H. Brivanlou)

Zernicka-Goetz參與了兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究。她說，長久以來研究人員都無法深入探究人類胚胎在早期發(fā)育階段的奧秘，如今利用這項(xiàng)新技術(shù)，能更好地探索一些與生育相關(guān)現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理。此外，利用實(shí)驗(yàn)中觀察到的數(shù)據(jù)以及所使用的體外培養(yǎng)技術(shù)，未來也有助提升體外受精的成功率。

許多國家都對人類胚胎研究有倫理限制，比如美國和英國規(guī)定，培育人類胚胎不能超過14天。因?yàn)檫^了這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)后，胚胎就被認(rèn)為進(jìn)入了原腸胚階段，可以被看成一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體。上述兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都主動(dòng)遵守了這個(gè)限制。不過研究人員也認(rèn)為，使用現(xiàn)有技術(shù)，即使培育胚胎超過14天，其能繼續(xù)存活的時(shí)間也不會(huì)長。

但是馬薩諸塞州波士頓兒童醫(yī)院干細(xì)胞研究人員George Daley認(rèn)為，研究人員在實(shí)驗(yàn)室中取得這一成績將促使人們重新審視最初設(shè)定的14天法則的時(shí)間限制。他認(rèn)為后者有一點(diǎn)武斷，而相關(guān)的討論將愈發(fā)復(fù)雜和激烈，甚至有可能超越研究人員對于人類胚胎的直接研究。如果科學(xué)家成功地將干細(xì)胞轉(zhuǎn)化成胚胎狀結(jié)構(gòu)，則將很難確定該結(jié)構(gòu)是否應(yīng)被視為胚胎，從而受到14天法則的監(jiān)管。

澳大利亞墨爾本大學(xué)干細(xì)胞研究人員Martin Pera表示：“我們正面臨一個(gè)非常有趣的倫理討論?！睙o論如何，Brivanlou表示，新的技術(shù)將使得發(fā)育生物學(xué)家能夠完成更多的工作。他說：“隨著胚胎的發(fā)育，每一小時(shí)對我們來說都是一個(gè)百寶箱?！?/p>

中國學(xué)者研發(fā)出國際一流基因編輯技術(shù)

英國《自然—生物技術(shù)》雜志日前報(bào)告了中國科研人員發(fā)明的一種基因編輯技術(shù)NgAgo-gDNA。有專家評論，盡管這種技術(shù)尚處于初期階段，但其潛力有望超過近來被看作諾貝爾獎(jiǎng)熱門的CRISPR-Cas9技術(shù)。

領(lǐng)導(dǎo)NgAgo-gDNA技術(shù)研發(fā)的河北科技大學(xué)副教授韓春雨說，這種基因編輯技術(shù)是在荷蘭同行的研究基礎(chǔ)上，使用脫氧核糖核酸(DNA)而不是核糖核酸作為引導(dǎo)工具，取得一些優(yōu)勢。比如：編輯對象所受限制更小，能編輯基因組內(nèi)任何位置；編輯精準(zhǔn)度更高，能避免前一技術(shù)在某些情況下出現(xiàn)的脫靶現(xiàn)象。

《自然》雜志執(zhí)行主編尼克?坎貝爾評論說：“雖然這項(xiàng)新技術(shù)還處于初期，但有一些理由讓我們相信它與現(xiàn)在普遍使用的CRISPRCas9技術(shù)相比有多種優(yōu)勢，特別是在更精準(zhǔn)的基因編輯方面?！?/p>

“韓春雨的工作是國際一流的技術(shù)推進(jìn)，”北京大學(xué)理學(xué)部主任、生物學(xué)家饒毅教授如此評論。他擔(dān)任主編的科學(xué)類新媒體《知識(shí)分子》刊文，介紹了這項(xiàng)成果的學(xué)術(shù)細(xì)節(jié)和價(jià)值。

這項(xiàng)成果發(fā)表后，韓春雨受到了國際同行的郵件“轟炸”，大家紛紛詢問技術(shù)細(xì)節(jié)。他說，這項(xiàng)技術(shù)與CRISPR-Cas9在技術(shù)上各有特點(diǎn)，而該技術(shù)是否有什么不足，還有待同行廣泛使用來檢驗(yàn)。

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授魯白指出，NgAgo-gDNA技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)掌握在韓春雨團(tuán)隊(duì)手中，目前還沒有看到有人與之競爭，這又是一大優(yōu)勢。CRISPR-Cas9技術(shù)的發(fā)明者中有美國麻省理工學(xué)院的華人科學(xué)家張峰等人，也有美國加利福尼亞大學(xué)的珍妮弗?道德納等人，由于該技術(shù)在科學(xué)上和商業(yè)上的巨大前景，雙方團(tuán)隊(duì)正為這一技術(shù)的專利權(quán)歸屬打官司。

“我們自己掌握了知識(shí)產(chǎn)權(quán)，不僅有利于中國生命科學(xué)界使用這項(xiàng)技術(shù)，一些國外的大公司也可能會(huì)主動(dòng)來付費(fèi)要求得到技術(shù)授權(quán)，”魯白說。

韓春雨并沒有海外求學(xué)經(jīng)歷，研究成果也并非在國際一流的實(shí)驗(yàn)室中取得?！白鲅芯恐饕€是靠人，設(shè)備環(huán)境只是第二位的。”韓春雨表示：“我認(rèn)為青年科研人員不要抱怨環(huán)境，而是要爭取環(huán)境，做自己喜歡的研究，就自然能等到結(jié)出成果的那一天?！?/p>

“在一所不太有名的大學(xué)，我們自己培養(yǎng)出的科研人員也能做出這樣的成果，能夠和美國的最新技術(shù)叫板，是一件了不起的事情，”魯白評價(jià)說。

“開普勒”新發(fā)現(xiàn)1 284顆系外行星

新統(tǒng)計(jì)方法可迅速確定候選行星真?zhèn)?/p>

由美國宇航局(NASA)的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的最新一批行星日前曝光：這是1 284個(gè)位于太陽系以外的新世界。這一發(fā)現(xiàn)使開普勒太空望遠(yuǎn)鏡的行星獵物數(shù)量翻了一番多。一種新的統(tǒng)計(jì)方法使這一發(fā)現(xiàn)成為可能，該方法可以快速分析一個(gè)潛在的發(fā)現(xiàn)到底是一顆真正的行星還僅是一個(gè)假警報(bào)。

紐約州伊薩卡市康奈爾大學(xué)天文學(xué)家Lisa Kaltenegger表示：“這真的很讓人興奮，因?yàn)槿缃裎覀冇懈嗟男行强晒┭芯?。?/p>

這些新發(fā)現(xiàn)的行星中，近550顆可能是類似地球的巖石行星，其中有9顆位于其母星的宜居帶中。宜居帶行星是指與恒星距離適中、表面溫度條件適宜、理論上可保有液態(tài)水的行星。這類行星是尋找外星生命存在的理想對象。

至此，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了21顆類地行星，這些行星躺在各自母星的宜居帶中，其規(guī)模不超過地球的兩倍。Kaltenegger表示：“這一發(fā)現(xiàn)向我們展示了地球以外的世界的多樣性?！?/p>

新澤西州普林斯頓大學(xué)天文學(xué)家Timothy Morton在記者會(huì)上說：“今天，我們宣布開普勒任務(wù)發(fā)現(xiàn)1 284顆新的行星，這是迄今一次性宣布發(fā)現(xiàn)系外行星最多的一次?！盡orton及其同事在2016年5月10日出版的《天體物理學(xué)雜志》的一篇論文中介紹了這些新行星。

迄今為止，人類已確認(rèn)的系外行星超過3 200顆，其中僅開普勒太空望遠(yuǎn)鏡就發(fā)現(xiàn)了2 325顆。

2009—2013年，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡迅速發(fā)現(xiàn)了大量候選系外行星，當(dāng)時(shí)它正盯著一片天空，尋找恒星因凌日現(xiàn)象而暫時(shí)出現(xiàn)的昏暗變化。然而另一種現(xiàn)象，例如兩顆恒星同時(shí)環(huán)繞彼此運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)產(chǎn)生相同的信號(hào)。因此天文學(xué)家不得不辛苦地調(diào)查每一個(gè)開普勒候選行星的信號(hào)，通常是用地基望遠(yuǎn)鏡觀測這些恒星，且一次一顆。

Morton的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種方法，利用一個(gè)名為Vespa的軟件包為這些候選行星分類。該軟件包能夠計(jì)算由一顆真正行星以外的因素導(dǎo)致的類似行星信號(hào)的可能性。

研究人員利用Vespa分析了超過7 000個(gè)候選行星的信號(hào)。除了上述1 284顆新發(fā)現(xiàn)的系外行星，研究人員還發(fā)現(xiàn)了之前已由其他方法確認(rèn)的系外行星。同時(shí)他們也將2 000多個(gè)信號(hào)留在了“候選行星”類別中，這是因?yàn)檠芯咳藛T無法以99%或是更高水平的置信概率證實(shí)這些信號(hào)屬于一顆真正的系外行星。

從2009年開始，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆系外行星(圖片來源：NASA Ames)

其實(shí)其他天文學(xué)家在此次篩選“開普勒”候選行星之前已經(jīng)開發(fā)出了搜索程序。Morton表示，Vespa系統(tǒng)之所以比其他程序快得多是因?yàn)樗侨詣?dòng)的，對于每顆候選行星只需進(jìn)行幾分鐘的分析。按Morton的話說，候選行星就類似面包屑。如果地板上掉的是大的面包屑，還能一顆一顆撿起來。但如果丟的是一大包細(xì)面包屑，就得用掃帚掃，而新型統(tǒng)計(jì)分析方法就是他們的“掃帚”。該軟件的代碼是開源的，可供其他研究團(tuán)隊(duì)在研究自己的候選行星時(shí)使用。

加利福尼亞州莫菲特場NASA埃姆斯研究中心開普勒太空望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目科學(xué)家Natalie Batalha表示：“在最初的幾年我們真的常常被假警報(bào)困擾。”

一項(xiàng)最近的研究估計(jì)，多達(dá)半數(shù)的候選氣態(tài)巨行星可能都是誤報(bào)。氣態(tài)巨行星是開普勒太空望遠(yuǎn)鏡相對比例較小的一項(xiàng)工作，其工作重點(diǎn)在于更小的巖石行星。Batalha說，Vespa的工作有助于科學(xué)家在證實(shí)系外行星的真?zhèn)螘r(shí)變得更有信心。

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡在4月曾短暫進(jìn)入緊急模式，但現(xiàn)在已重新開始其最新的系外行星搜索工作。

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡于2009年發(fā)射升空，是世界上首個(gè)專門用于搜尋太陽系外類地行星的航天器，有“行星神探”之稱。開普勒曾因反應(yīng)輪故障而被宣布“死亡”，但最終NASA想方設(shè)法成功讓其“復(fù)生”。

美推出國家微生物組計(jì)劃

希望在衛(wèi)生保健、食品生產(chǎn)和環(huán)境恢復(fù)等領(lǐng)域產(chǎn)生作用

美國政府日前發(fā)起一項(xiàng)新的努力，研究在人體和整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中茁壯成長的數(shù)量巨大且大部分不可見的微生物組，旨在推進(jìn)對微生物世界的認(rèn)知，從而在衛(wèi)生保健、食品生產(chǎn)和環(huán)境恢復(fù)等領(lǐng)域有所應(yīng)用。

人類糞便中包含著各種各樣的微生物(圖片來源：Steve Gschmeissner)

白宮發(fā)表的一份聲明指出，多年來，美國政府一直在微生物組領(lǐng)域投資，且近年來力度不斷增加。2014財(cái)年的聯(lián)邦投資是2012財(cái)年的3倍，在3年間的總投資超過9.22億美元。

白宮科學(xué)與技術(shù)政策辦公室(OSTP)在2016年5月14日表示，在多家國立機(jī)構(gòu)的幫助下，這項(xiàng)斥資1.21億美元的“國家微生物組計(jì)劃”(NMI)將嘗試在未來兩年中繪制并研究這些微生物的組合。

未來幾年中，除聯(lián)邦機(jī)構(gòu)外，美國數(shù)十所大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)也將加入NMI，它們在當(dāng)天白宮召開的微生物組計(jì)劃會(huì)議上承諾，將在這個(gè)領(lǐng)域投入4億美元。其中包括有比爾和梅琳達(dá)?蓋茨基金會(huì)，該基金會(huì)將花費(fèi)1億美元，在4年的時(shí)間里對發(fā)展中國家的營養(yǎng)和病蟲害防治項(xiàng)目進(jìn)行研究，還有一些研究機(jī)構(gòu)將聚焦微生物在癌癥治療和海洋微生物學(xué)等科目中所扮演的角色。

“NMI的啟動(dòng)是微生物組學(xué)的一個(gè)里程碑?！痹撧k公室副主任、微生物學(xué)家Jo Handelsman在白宮網(wǎng)站上的一篇博客中寫道，“我們期盼‘國家微生物組計(jì)劃’促進(jìn)這個(gè)重要領(lǐng)域取得進(jìn)展，給我們的星球及其居住者帶來可觀效益。如果有一件事我們可以確信，那就是微生物雖小，但它們的影響巨大?！?/p>

近年來，科學(xué)家對于微生物的興趣可謂有增無減?；蚪M測序、成像和計(jì)算工具等方面的進(jìn)展已經(jīng)開始揭示微生物在人類健康、糧食生產(chǎn)和氣候變化等領(lǐng)域所產(chǎn)生的影響。

五大湖區(qū)生物能研究中心主任、麥迪遜市威斯康星大學(xué)細(xì)菌學(xué)家Tim Donohue指出，關(guān)于地球的微生物組，人們依然有很多是未知的。“我相信我們知道如何搞清誰在那里”，Donohue說，“但我們?nèi)狈ぞ?，從而無法形成它們在做什么以及它們的活動(dòng)如何有益于生態(tài)

[][]系統(tǒng)或不利于生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)知?！?/p>

總體上，NMI有三大目標(biāo)：首先，支持跨學(xué)科研究，以回答多樣化生態(tài)系統(tǒng)中微生物組的基本問題，如什么是健康的微生物組；其次，開發(fā)檢測、分析微生物組的工具；第三，培訓(xùn)更多的微生物組相關(guān)工作人員。

人體、植物、土壤、海洋與大氣中生活著多種微生物群落，這些微生物群落的總和被稱為微生物組。白宮聲明指出，微生物組失衡與糖尿病等人類慢性疾病、區(qū)域性生態(tài)破壞、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降以及影響氣候變化的大氣擾動(dòng)等相關(guān)聯(lián)。

迄今為止，美國政府的這項(xiàng)計(jì)劃依然面臨著一個(gè)主要的挑戰(zhàn)——說服國會(huì)批準(zhǔn)白宮提出的全部資金。NMI的主動(dòng)性取決于立法者批準(zhǔn)作為政府2017財(cái)年預(yù)算一部分的該計(jì)劃的大多數(shù)資金。

控制眾議院和參議院的美國共和黨立法者通常不會(huì)支持總統(tǒng)巴拉克?奧巴馬的主張。尤其是他們或許不愿意花更多的錢用于研究微生物在替代能源和氣候變化中的作用。

華盛頓哥倫比亞特區(qū)美國微生物學(xué)會(huì)主席Stefano Bertuzzi說：“我認(rèn)為這將是一場戰(zhàn)斗?！?/p>

根據(jù)白宮的計(jì)劃，對土壤微生物如何影響農(nóng)作物和動(dòng)物感興趣的美國農(nóng)業(yè)部，正在為其近2 400萬美元的預(yù)算而努力。國立衛(wèi)生研究院則希望在為了解微生物對感染性疾病和其他疾病——如肥胖和精神健康等——所起作用而已經(jīng)花費(fèi)的上億美元的基礎(chǔ)上再增加2 000萬美元。與此同時(shí)，美國國家科學(xué)基金會(huì)還提出用1 600萬美元的資金支持各種各樣的微生物組研究。

同時(shí)加入的還有能源部——計(jì)劃花費(fèi)1 000萬美元對生產(chǎn)生物燃料的可能性進(jìn)行研究，以及美國宇航局——該局對尋找地外生命以及研究微生物如何在太空中影響人類感興趣。

Bertuzzi指出，一項(xiàng)科學(xué)計(jì)劃能夠包括如此之多的不同政府機(jī)構(gòu)，如果有的話也是很少的?！澳軌蚩偨Y(jié)所有專門知識(shí)的達(dá)?芬奇已經(jīng)不存在了，因?yàn)榭茖W(xué)已經(jīng)變得如此復(fù)雜與專業(yè)?！盉ertuzzi說，“這也是我們?yōu)槭裁葱枰@項(xiàng)計(jì)劃的原因。”

(2016年5月25日收稿)

(編輯：溫文)

The crucial factor for scientific research is the researcher

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2016.03.009