Science发布2019年十大科学突破 中科院成果入选

　　

12月19日Science杂志公布了2019年度十大科学突破。今年的Science十大科学突破之首是首幅黑洞图像，除此之外，今年的十大科学突破中生物类的包括：丹尼索瓦人的新发现，终于有了治疗埃博拉病毒的药物，一种改变著名“三域学说”全新的古细菌，第一次有了可以治疗大多数囊性纤维化病例的药物，以及与营养不良作斗争的肠道微生物。

首幅黑洞图像

Science今年的科学突破用于褒赞一个曾被认为不可能的壮举。

Science杂志的新闻编辑Tim Appenzeller说：“对于科学来说，这是了不起的一年，但是有什么能比看到一个实际的黑洞还要更为奇妙呢？这听起来像魔术，但它确实是团队合作和技术进步的一个惊人壮举。”

黑洞是巨大的宇宙致密物体，其重力是如此之强，能将其周围的所有物质（包括光）捕获并吞噬。由于它们没有任何光反射，因此黑洞常因隐匿而被视而不见，从而完美地掩藏于墨黑的太空。然而，通过对围绕它的炽热、光芒灿烂的气云进行成像，由200多名科学家组成的EHT团队拍摄到了位于Messier 87（M87，这是距地球近5500万光年的一个星系）中心的超大黑洞的轮廓。M87的黑洞很遥远，也十分巨大——比整个银河系还略大一些。尽管它很巨大（M87的黑洞重达65亿个太阳），但按照银河标准，它属于小的黑洞。

斯坦福大学天体物理学家Roger Blandford说：“我仍然有点震惊。”“我不认为我们中有任何人会想象过所生成的这一偶像般的图片。”从国际新闻报道的头版到互联网模因，该遥远恒星体的历史性画面还吸引了全世界人的注意力和想象力，并迅速成为“美国国家科学基金会”网站历史上下载次数最多的图像。目前，以更大分辨率进行更多观测的计划正在进行中；Blandford说：“今年的成功是这一研究项目的开始，而不是其巅峰。”

与丹尼索瓦人“面对面”

今年5月，中国科学院青藏高原研究所、兰州大学和德国马普进化人类学研究所学者领衔、多家境内外科研院所参与的青藏高原丹尼索瓦人研究发表于Nature杂志上。研究揭示，一件发现于中国甘肃省甘南州夏河县白石崖溶洞的古人类下颌骨化石距今已有16万年，是除西伯利亚阿尔泰山地区丹尼索瓦洞以外发现的首例丹尼索瓦人化石，也是目前青藏高原的最早人类活动证据。

在古DNA高度降解的情况下，研究团队运用古蛋白质分析方法，通过分子学信息来判断古老化石的归属。蛋白质中的氨基酸序列蕴含了个体演化一些信息，尽管这种遗传信息相较DNA信息是非常小的，但在夏河人化石中发现了丹尼索瓦人特有的蛋白质，这为确定其为丹尼索瓦人提供了最主要的证据。

兰州大学资源环境学院张东菊副教授说：“这块下颌骨表明，丹尼索瓦人的地理分布区域比我们以前认为的要广泛得多，海拔也更高。”化石仅保存了古人类下颌骨的右侧，下颌骨附着第一臼齿和第二臼齿，其他的牙齿仅保留牙根部分，颌骨形态粗壮原始，臼齿较大，可以很清楚看到它没有下巴，这说明它不是现代人化石。

早期研究表明，丹尼索瓦人的遗传物质已经发生了一种突变，该突变有助于在青藏高原这种高海拔-低氧环境中的生存。今天的西藏人群基因中也有同样的突变，这可能证实了丹尼索瓦人对青藏高原上的藏族人群和夏尔巴人群有基因贡献——高寒缺氧环境基因(EPAS1)。

埃博拉患者终于有了新希望

1976年，在刚果（DRC，当时称为扎伊尔）的雨林中出现了一种新病毒。它在Yambuku村杀害了280人，然后消失了，只是偶然突然出现，再次造成破坏性影响。从那时起，这种病毒（其名字取自附近的一条河流：埃博拉病毒）成为了致命的，无法治愈的感染病毒的代名词。但今年，我们有了新希望。

埃博拉病毒的共同发现者：刚果国家生物医学研究所所长Jean-Jacques Muyemub Tamfum今年8月在新闻发布会上说：“今天，我们翻开了新的篇章。从现在开始，我们将不再说埃博拉是无法治愈的。这一进步将在未来帮助拯救成千上万人的生命。”

科学家们最终确定了两种药物可以大大降低埃博拉病毒感染的致死率。两种都是抗体，一种是单克隆抗体mAb114，起源于1995年刚果民主共和国基奎特的埃博拉疫情。在那次疫情中，Tamfum试图用埃博拉幸存者的混合抗体治疗感染者。多年后，NIAID的研究人员从这些幸存者中分离出抗体，mAb114是最有前途的一种，目前正在美国佛罗里达州迈阿密与Ridgeback Biotherapeutics生物疗法一起被开发。

另外一种：Regn-EB3是由美国纽约州Regeneron制药公司开发的三种单克隆抗体的混合物。这些抗体是通过给小鼠接种带有埃博拉病毒的“人源化”免疫系统而产生的。

这些研究不仅提高了患者的生存机会，而且还鼓励人们尽早寻求治疗，抗击该疾病。

一种全新古细菌填补空白

今年，微生物学家朝着解决关于真核生物起源的争议问题迈出了重要的一步：经过12年的尝试，日本的一个研究小组成功地从深海沉积物中培育出了一种神秘微生物，并对其基因组进行了测序。

研究人员将其命名为Prometheoarchaeum syntrophicum（在普罗米修斯之后，古希腊神话中的泰坦被认为是用黏土创造了人类，生物通注），它是最近被认可的阿斯加德古细菌（Asgard archaea）微生物群的成员，这些微生物不是细菌，而是一种完全独立的生命分支，称为古细菌。

令人惊讶的是，这些片段包含的基因以前被认为仅在真核生物中发现，而真核生物是具有细胞核和细胞器的细胞。比较的DNA分析表明，Asgards或远古亲戚甚至可能产生了真核生物。这个激进的想法会将微生物从三种（古细菌，真核生物和细菌）缩小到两种：细菌和古细菌，而真核生物被简化为古细菌的一个子集。但是鉴于证据不足，许多研究人员对此表示怀疑。

日本研究小组通过在培养基中培养这种微生物，对其全基因组进行测序，并确认其携带真核基因。他们还发现，它似乎与某些细菌结合生长最好，并且形成了可能会吞噬细菌伴侣的短触角。如果是这样，那可以解释一个Asgard如何获得成为线粒体的微生物客体的。 （一份详细描述发现的论文发表在bioRxiv）

今年的其他研究已从Asgard研究组其他成员的DNA片段中鉴定出更多的真核基因。来自DNA的有关Asgard代谢的信息也支持“三域学说”的改变。但是，将近30亿年前发生的事件难以重新，随着对Asgards的研究深入，可能会出现新的概念。

第一次有了可以治疗大多数囊性纤维化病例的药物

10月，科学家庆祝了基因药物的里程碑成果：FDA批准了对大多数囊性纤维化（CF）病例有效的治疗方法。

这种被称为Trikafta的三药组合治疗可以纠正肺部疾病中最常见的突变。Trikafta可以帮助CF患者从进行性疾病转变为更易于控制的慢性疾病。自从CF基因CFTR被发现以来，Trikafta是30年研究的产物。

囊性纤维化是一种罕见的、进行性的、危及生命的疾病，其结果是在肺部、消化道和身体其他部位形成厚粘液。它会导致严重的呼吸和消化问题以及其他并发症，如感染和糖尿病。囊性纤维化是由CFTR基因突变带来的缺陷蛋白引起的，已知的CFTR基因突变约有2000个，但其中最常见是F508del突变。

Trikafta以Vertex Pharmaceuticals公司生产的其他CF药物为基础，这些药物针对CFTR蛋白中的不同缺陷，例如第一个药物Kalydeco，它靶向的是一种名为G551D的罕见突变，还有一种药物：Vertex（也组合了Kalydeco），它修复另一种突变：F508del，该突变错误折叠了CFTR，并阻止了其到达细胞表面。但是事实证明，这两种药物不如预期。

Trikafta在混合物中添加了第三种药物，增强了该策略的有效性。三重组合针对携带至少一份F508del的CF患者，可帮助CFTR到达细胞膜。在临床试验中，该药物使肺活量增加了10％至15％，并使CF并发症减缓出现。

但是Trikafta的标价每年超过30万美元，而且大概必须终身使用。

与营养不良作斗争的肠道微生物

每年，数百万严重营养不良的儿童无法完全康复，即使他们饱食后，仍会出现发育不良和患上疾病。十年的研究指出了这种现象的根本原因：他们的肠道微生物尚未成熟。

今年，一个国际团队之前研究的基础上，提出了一种低成本，易于获得的食谱补充剂，该补充食品可以优先刺激有益肠道细菌的生长。研究显示其在一个小型试验中表现良好，并且正在进行大规模临床试验，了解该补充剂如何防止发育迟缓。

之前的研究表明，营养不良，无法康复的儿童的肠道微生物群落具有婴儿微生物群落的特征，而更成熟的微生物群落是对营养做出良好反应的关键。

研究小组首先确定了代表成熟肠道微生物组的15种细菌。他们还确定了包括蛋白质在内的血液标志物，这些标志物标志着营养不良的影响得以恢复。然后，他们测试了发展中国家容易找到的各种食物组合，观察微生物组的反应，首先是对小鼠的反应，然后是对猪的反应，最后是对一小群营养不良的儿童的反应。

奶粉和大米是食谱补充剂的标准成分，此外还含有鹰嘴豆，香蕉，大豆和花生粉有助于微生物群成熟。经过简短的临床试验后，接受补充剂的儿童体内有更多的血液蛋白和代谢产物是正常生长的标志。

现在科学家们正在长期追踪更多的孩子，观察这些变化是否是通过改善微生物组，可以帮助解决这一全球性问题的解决方案。芝加哥大学Eric Pamer表示，如果可以，尤其是如果可以在医院以外的家中提供治疗，这是解决该问题的最新趋势，那么“影响可能是巨大的”。

（生物通）