美《科学》评出二零二一年度十大突破

人工智能预测蛋白质结构

经过近50年的发展，研究人员已经表明，由人工智能驱动的软件程序可以准确预测出数千种不同的蛋白质结构。

2021年7月，DeepMind宣布，其深度学习算法AlphaFold2能够预测人类及其他二十多个物种体内近乎全部蛋白质的结构。

2021年8月，有中国科学家通过AlphaFold2得出近两百种蛋白质的结构图，这些蛋白质是与DNA结合的，其功能包括DNA修复、基因表达等方面。

2021年11月，德国和美国的科学家们在AlphaFold2和冷冻电镜的配合支持下，获得了核孔复合物的结构图，该复合物包含30种不同的蛋白质。

当前，研究新型冠状病毒的科学家们正在试图通过AlphaFold2来获悉奥密克戎毒株的刺突蛋白突变影响，或将阻止抗体与其结合并中和病毒活性。

人工智能预测了两种蛋白质如何形成参与酵母DNA修复 的复合物

解析古老洞穴土壤DNA

一名研究人员正记录墨西哥Chiquihuite洞穴中沉积物 样本的位置

2021年，科学家们在一些古老洞穴的土壤表面发现了一个DNA宝库，可帮助确认世界各地穴居人的身份。

根据西班牙Estatuas洞穴土壤中的DNA，科学家们得出8万～11.3万年前此地居民的遗传特征及性别。并且，科学家们发现，10万年前，随着冰川期落下帷幕，尼安德特人的某个谱系将其余的谱系全部替代。

在位于美国乔治亚州的Satsurblia洞穴中，女性尼安德特人的遗传基因组首次被发现，科学家们还在土壤中追寻到野牛和已灭绝狼种的痕迹。

此外，科学家们对出现在墨西哥Chiquihuite洞穴的黑熊和现代熊作了DNA对比，得出在冰河时代结束后，这些黑熊一路北迁的结论。

实现历史性核聚变突破

一直以来，人们将核聚变反应看做可破解地球能源难题的有效途径。

2021年8月，美国国家点火装置（NIF）发生一场能量高达1.35兆焦耳的核聚变反应。这表示，核反应所产生的热量足以像火焰一样通过压缩燃料进行传播。

当前，该团队正在从燃料胶囊、冷冻燃料层及激光脉冲等方面来分析高热量的产生，以通过调整启动条件来取得更好的效果。

NIF进行核聚变反应

抗新冠强效药出现

疫苗在对抗新冠疫情的斗争中发挥了重要作用，现在抗病毒药物正在加入这一行列，其能够在感染早期预防症状及死亡发生。

根据当前的研究数据，服用美国默克集团的抗病毒药物莫奈拉韦后，没有接种疫苗的人群能够降低30%的住院及死亡风险，而辉瑞公司的抗病毒药物PF-07321332可降低89%的住院率。

默克公司的莫努匹拉韦

“摇头丸”可治疗创伤后应激障碍

有实验发现，“摇头丸”中的3，4-亚甲基二氧基甲基苯丙胺（MDMA）可以明显减轻创伤后应激障碍患者的症状。

该试验的76名参与者在接受此药物治疗2个月后，67%的患者好转，不再符合创伤后应激障碍的诊断标准。

单克隆抗体治疗传染性疾病

2021年，单克隆抗体（mAbs）在对抗新型冠状病毒及呼吸道合胞病毒（RSV）、艾滋病毒和疟疾寄生虫等病原体方面取得了重大进展。

现在，美国食品和药物管理局已批准三种可用于预防及治疗新冠肺炎的单克隆治疗药物。

目前，有科学家正在研发面向流感及巨细胞病毒的单克隆治疗药物。未来，单克隆抗体或将变成对抗传染病的一员“大将”。

“洞察”号首次揭示火星内部结构

自登陆火星以来，美国国家航空航天局的“洞察”号火星探测器已测量了约733次火星地震数据。

在这些地震数据的支持下，科学家们揭开了有关火星构造的奥秘，包括地核大小、地幔结构以及地壳厚度等方面。

这是人类认识火星形成和热演化的关键进展，也是科学家们首次通过地震数据探索地球以外行星的内部结构。

粒子物理学的标准模型出现“裂缝”

缪子像罗盘针一样在磁场中旋转

2021年4月7日，美国费米国家加速器实验室宣布，缪子的表现与标准模型理论中的预测有所差异。该实验室称，类电子粒子缪子比之前所预测的磁性更强。

当前，科学家们正在核查其实验结果，若模型理論与其实验结果间的差异仍然存在，则意味着有50年历史的粒子物理标准模型有误，或将带来巨大的物理学变革。

CRISPR基因编辑疗法对人类疗效首次证明

2021年6月26日，美国Intellia生物技术公司和再生元制药公司的科学家们开展了CRISPR基因编辑疗法的疗效实验。

实验得出，所有参与的6位患者的畸形蛋白质水平下降。其中，接受高剂量注射的两名患者平均下降了87%的蛋白质水平。

在另一项研究中，基因编辑公司Editas Medicine将一种携带CRISPR DNA的无害病毒注射到6名患有遗传性视力障碍疾病先天性黑蒙症的成年人眼睛中。

经过一段时间的治疗后，其中两名近乎失明的患者感觉到了更多的光线，有一人甚至能够在昏暗的光线下穿过障碍物。

体外胚胎培养为早期发育研究打开一扇窗

小鼠胚胎生长

一般来说，小鼠胚胎在体外发育的时长不到4天。2021年3月，科学家们成功将这一时长延至11天。

此外，科学家们通过人类胚胎干细胞和诱导性多能干细胞（iPS），设计出小鼠在胚胎发育阶段的替代结构“囊胚”。

这些人造囊胚不是真正的胚胎，但可作为一些研究中的替代物，从而避免引来伦理方面的舆论。

2021年5月，国际干细胞研究学会（ISSCR）宣布，将延长原定为14天的人类胚胎培养时间，推动了这一研究领域的蓬勃发展。（综合整理报道） （编辑/小文）