2021年度中國生命科學(xué)十大進(jìn)展發(fā)布

詹媛

2021年，有哪些生命科學(xué)的新奧秘被中國科學(xué)家破解？有哪些關(guān)于新冠病毒的秘密被揭示？有哪些醫(yī)學(xué)新突破為癌癥治療帶來希望？1月10日，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)生命科學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合體發(fā)布了2021年度“中國生命科學(xué)十大進(jìn)展”，人工合成淀粉、新冠肺炎疫情防控、鼻咽癌治療等成果入選。與以往的評(píng)選相比，本次入選成果原創(chuàng)性更為突出，為生命科學(xué)新技術(shù)的開發(fā)、醫(yī)學(xué)新突破和生物經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了新思路，顯示出生命科學(xué)和相關(guān)技術(shù)的社會(huì)影響力。

民以食為天。吃得飽吃得好是人們共同的追求，然而目前的糧食生產(chǎn)，仍離不開“靠天吃飯”，生命科學(xué)技術(shù)能有哪些變革，從而為“食”提供新方案呢？此次的十大進(jìn)展中，就有兩項(xiàng)與“食”相關(guān)。

淀粉是糧食最主要的成分，也是重要的工業(yè)原料。能不能跳過農(nóng)業(yè)種植，直接在實(shí)驗(yàn)室合成淀粉呢？此次入選的“從二氧化碳到淀粉的人工合成”，就在國際上首次實(shí)現(xiàn)了淀粉的人工全合成，該成果將在下一代生物制造和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中帶來變革性影響。這項(xiàng)由中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所聯(lián)合大連化物所等單位開展的研究，顛覆了植物合成淀粉的復(fù)雜過程，能效和速率超越玉米等農(nóng)作物，為淀粉的車間制造打開了一扇窗。這項(xiàng)研究在國際上引起強(qiáng)烈反響，被認(rèn)為是一項(xiàng)里程碑式突破。

水稻作為我國的主食之一，對其改良從而提高產(chǎn)量歷來備受重視。在2021年，我國科學(xué)家在水稻育種方面又有新突破。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋團(tuán)隊(duì)首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，并成功創(chuàng)制了改良落粒性、芒性、株高、粒長、莖稈粗度、生育期等不同類型的四倍體水稻新材料，突破了全部技術(shù)瓶頸。該成果開辟了全新的育種方向，對應(yīng)對未來糧食危機(jī)提供了新的可行路徑，有望對世界糧食生產(chǎn)帶來顛覆性的革命。

有關(guān)抗擊疫情的兩項(xiàng)研究，“新型冠狀病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒藥物的機(jī)制研究”與“冠狀病毒的跨種識(shí)別和分子機(jī)制”對當(dāng)今國際社會(huì)復(fù)雜的抗疫形勢有重大意義。

當(dāng)前，新冠病毒肺炎疫情已持續(xù)兩年，不斷出現(xiàn)的突變株對發(fā)展廣譜藥物提出急迫需求。由病毒復(fù)制酶組成“轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)合體”，負(fù)責(zé)病毒轉(zhuǎn)錄復(fù)制的全過程，在各突變株中高度保守，是開發(fā)廣譜藥物的核心靶點(diǎn)。清華大學(xué)饒子和院士、婁智勇教授課題組，在國際上首次發(fā)現(xiàn)和重構(gòu)了新冠病毒轉(zhuǎn)錄復(fù)制機(jī)器的完整組成形式，為發(fā)展新型、安全的廣譜抗病毒藥物提供了全新靶點(diǎn)，為優(yōu)化針對聚合酶的抗病毒藥物提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

近20年，人類遭受了三次由冠狀病毒引發(fā)的重大疫情。大多數(shù)感染人的冠狀病毒來源于動(dòng)物，而病毒在人際傳播往往是滯后的，疾病防控的關(guān)口需要在“時(shí)間”上前移。因此，此次入選的十大進(jìn)展中，另外一項(xiàng)有關(guān)抗疫的研究，著重于預(yù)防新的冠狀病毒引發(fā)疫情。

這項(xiàng)由中國科學(xué)院微生物研究所高福院士團(tuán)隊(duì)開展的研究，建立了高效評(píng)估冠狀病毒跨種識(shí)別能力的方法，利用這些方法對蝙蝠源性冠狀病毒和穿山甲源性冠狀病毒的跨種傳播潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)上述三種冠狀病毒存在跨種傳播的潛在風(fēng)險(xiǎn)，提示我們要持續(xù)對動(dòng)物源性冠狀病毒進(jìn)行監(jiān)測。

遠(yuǎn)古時(shí)期的魚類如何進(jìn)化登上陸地？地球上的鳥兒為什么遠(yuǎn)途遷徙不會(huì)迷路？2021年，中國的科學(xué)家又向解開更多生命的奧秘邁進(jìn)一步。

西北工業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院王文、王堃團(tuán)隊(duì)與中科院水生生物研究所何舜平、昆明動(dòng)物所張國捷等團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)硬骨魚祖先已進(jìn)化出了適應(yīng)陸地的相關(guān)初步遺傳基礎(chǔ)，并在肉鰭魚內(nèi)得到進(jìn)一步加強(qiáng)，最終進(jìn)化為四足動(dòng)物而成功登上陸地。這為破解4億多年前，脊椎動(dòng)物如何從水生進(jìn)化到陸生這一重大事件的遺傳創(chuàng)新機(jī)制，提供了關(guān)鍵認(rèn)知和數(shù)據(jù)。

鳥類遷徙路線的形成過程、維持機(jī)制和在氣候變化下的未來趨勢，以及遷徙策略的遺傳基礎(chǔ)，一直是學(xué)界的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。中國科學(xué)院動(dòng)物研究所詹祥江團(tuán)隊(duì)歷時(shí)12年，通過整合多年衛(wèi)星追蹤數(shù)據(jù)和種群基因組信息，建立了一套大陸尺度的北極游隼遷徙研究系統(tǒng)。不僅闡明了氣候變化在鳥類遷徙路線形成、維持及未來變化趨勢中的驅(qū)動(dòng)作用，還揭示了長時(shí)記憶可能是鳥類長距離遷徙的重要基礎(chǔ)。該研究全面結(jié)合遙感衛(wèi)星追蹤、基因組學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等新型研究手段，展現(xiàn)了學(xué)科交叉型的創(chuàng)新性研究在回答重大科學(xué)問題中的關(guān)鍵作用。

鼻咽癌是“中國特色”腫瘤，年新發(fā)病例占全球一半。放療后的全身微小殘留腫瘤是其治療失敗的根源，而由于放療后患者身體狀況差，難以耐受既往高強(qiáng)度的傳統(tǒng)化療（完成率僅約40%～50%），成為制約療效提高的瓶頸。

生命科學(xué)研究能夠?yàn)榭箵舭┌Y提供新的治療方法。中山大學(xué)腫瘤防治中心馬駿研究團(tuán)隊(duì)提出了小劑量、長時(shí)間口服細(xì)胞毒藥物卡培他濱的節(jié)拍化療模式。這種治療方法，可通過抗血管生成、殺傷腫瘤干細(xì)胞等機(jī)制持續(xù)抑制腫瘤，同時(shí)提高機(jī)體耐受性。臨床研究發(fā)現(xiàn)，在放療后使用這種方法可將失敗風(fēng)險(xiǎn)顯著降低45%，且嚴(yán)重毒副作用發(fā)生率減少了3/5，完成率達(dá)74%。同時(shí)這種方法方便可及，易于向基層推廣。由此，該研究打破了傳統(tǒng)化療的療效瓶頸，建立了鼻咽癌國際領(lǐng)先、高效低毒且簡單易行的治療新標(biāo)準(zhǔn)。

還有三項(xiàng)入選的十大成果，均聚焦國際生命科學(xué)研究的核心和前沿問題。

復(fù)旦大學(xué)徐彥輝團(tuán)隊(duì)的研究成果，揭示了轉(zhuǎn)錄為何發(fā)生在幾乎所有基因的啟動(dòng)子上，顛覆了關(guān)于啟動(dòng)子識(shí)別和轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物組裝的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，對理解基因表達(dá)調(diào)控和相關(guān)生理病理過程具有重要意義。

中國科學(xué)院生物物理研究所徐濤院士組和紀(jì)偉研究組組成的技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，一直聚焦于突破光學(xué)顯微成像分辨率的研究，他們的研究成果可解析納米尺度的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，為生命科學(xué)研究提供了有力工具。該研究表明光學(xué)顯微鏡已經(jīng)步入納米分辨率時(shí)代，我國科學(xué)家在該領(lǐng)域具備多學(xué)科交叉技術(shù)創(chuàng)新能力，研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型超分辨成像設(shè)備處于國際領(lǐng)先地位。

東南大學(xué)腦科學(xué)與智能技術(shù)研究院彭漢川、顧忠澤、謝維團(tuán)隊(duì)建立了世界上首個(gè)完整的全腦單神經(jīng)元分辨率大數(shù)據(jù)和信息學(xué)平臺(tái)并應(yīng)用于全鼠腦研究，他們的研究對大腦細(xì)胞分型和功能、腦連接環(huán)路、全腦大規(guī)模模擬、類腦計(jì)算、基于生物腦的新型人工智能算法和系統(tǒng)等會(huì)持續(xù)產(chǎn)生重要作用。

據(jù)了解，中國科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合體自2015年起開展評(píng)選以來，每年的評(píng)選都由生命科學(xué)、生物技術(shù)和臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域資深專家評(píng)選，并經(jīng)中國科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合體主席團(tuán)審核，推動(dòng)了我國生命科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新，讓更多人了解了我國生命科學(xué)領(lǐng)域的重大科技成果。