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“2018中国十大生命科学进展”解读:克隆猴等成果入选

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  近日,中国科协发布“2018年中国生命科学进展”,克隆猴、天然免疫的“阴阳平衡”机制等成果入选。十大成果年年有,2018年的又有哪些特点呢?

  几占半壁江山 4项神经科学领域成果入选

  在十大成果中,有4项进展与神经科学领域相关,它们分别是:发现了晒太阳增强学习记忆能力的分子机制;开发了让人们看得见兴奋信号的神经递质荧光探针;找到了让脑胶质瘤“恶魔化”的基因系列;而克隆猴的诞生,为未来神经科学对于特定疾病的研究提供了最接近人类的动物模型。

  “神经科学领域是目前生命科学中问题最多的地方,产生多个优秀的成果并不为怪。”复旦大学医学神经生物学国家重点实验室研究员黄志力认为,目前的神经科学领域研究并不像其他一些领域那样成熟,未知的边界还很多,可攻克的方向和有收获的课题也可能相对集中。

  进展中充满了奇思妙想。此前的一些设计实验表明,人经常晒太阳会有更强的学习记忆能力,但究竟是为什么呢?太阳究竟激活了哪段细胞通路,刺激神经系统的记忆功能呢?中国科学技术大学熊伟研究组和黄光明研究组合作,依托自主开发的单细胞质谱技术,发现了一条脑内谷氨酸生物合成的新途径,并成功解析了该谷氨酸合成途径在日光照射改善学习记忆中的作用机制。该研究是自上世纪70至80年代之后,再度在大脑内发现新的谷氨酸生物合成通路,对该通路的深入研究可进一步拓展人们对于脑内谷氨酸生理功能的认知。

  其中用到的单细胞质谱技术令人拍手称奇,且是团队自主研发。它能够实现对单个神经元内的数千种化学小分子快速质谱检测,并同步采集电生理信号,在单细胞层次上成功地完成了对神经元功能、代谢物组成及其代谢通路的研究。

  “随着研究方法学的逐步改进,神经科学领域将有越来越多的突破。”黄志力认为,此前神经系统研究多年难有很大进展的原因,一方面是神经系统复杂性远远高于其他系统,另一方面是由于技术手段限制了人们获取和研究的能力。随着影像手段、探测手段和精度的提升,神经科学将慢慢揭开面纱,当然现在所掌握的仍不及沧海一粟。

  首次分类评选 工具方法创新受重视

  “这次是首次进行分类评选。我们希望引导科学家认识到:创新的工具和方法,和创新的理论同等重要。”中国科协生命科学学会联合体轮值秘书长王晓民教授表示,中国生命科学十大进展评选已开展多年,这是首次分为知识创新类和技术创新类,十大成果中有8个是知识创新类、2个是技术创新类。

  工具和方法在科学探索中起到“架桥铺路”的作用,为科学家在未知的揭秘中提供趁手的“探秘神器”。但由于常处于“为人做嫁衣”的幕后,且需要多学科交叉推动技术落地,在科学研究中常常“遇冷”。

  “为响应国家政策,鼓励技术创新类项目参评,中国科协生命科学学会联合体决定,今后开始进行分类评选,以期为科研工作者给出一个导向——鼓励科研人员重视工具和方法的创新。”王晓民向科技日报记者介绍了分类规范:知识创新类主要为基础研究项目,要求在探索生命科学现象方面有重要发现、在科学理论或学说上有突破性创见或在研究方法上有原始性创新;技术创新类相目在涉及生命科学领域的技术思路、原理和方法方面有创新,技术上有实质特色性和显著先进性,或已形成具有自主知识产权的创新性技术、工艺、材料、产品和生物品种等。

  此次入选的2个技术创新类成果分别为“克隆猴”和“新型可遗传编码神经递质荧光探针的开发”。前者能够使研究者获得想要的基因型模型动物,不仅可以“快速复制”还可“自行设计”。这样的“神器”是脑认知科学、脑疾病机理等研究快速发展中不可或缺的。

  后者将水母中的荧光基因和人源G蛋白偶联受体(GPCR)基因联合在一起,将活的神经活动“可视化”。借助探针,传递兴奋及开心等情绪就能“看得见”,这将大大便利神经科学研究。主要完成人、北京大学生命科学学院研究员李毓龙向科技日报记者表示:“基础研究进展离不开研究工具的发展,希望我们发展的荧光探针能助力大脑功能的研究及神经系统疾病机制的解析。”

  事实上,知识创新与技术创新也并非泾渭分明,二者多是“你中有我我中有你”,例如,此次十大进展中的“疱疹病毒的组装和致病机理”,就在“大尺度颗粒”的重构方法中实现突破。结构生物学家清华大学生命科学学院杨茂君教授表示:单颗粒冷冻电镜计算在2013年取得重大突破之后,计算方法上还存在很大欠缺,这一研究中的“大尺度颗粒”的重构算法为后来者提供了思路和方法。他认为,“科学研究的新技术、新方法、新思路是生命科学研究的重要基石,评选方法的创新能够鼓励科研人员静下心来开发新技术、新方法。”

  深入生命本质 “三剑客”上演续集

  人类基因组计划实施初期,人们相信解码了DNA这本天书,一些生命现象的疑问就有了答案。若干年过去了,DNA的战场犹在,RNA的隐秘战场却逐步浮出水面,而水下更是深不可测。

  十大进展中的天然免疫应答与炎性反应的新型调控机制中,南开大学校长曹雪涛院士研究团队正是首次证明了长链RNA在不编码蛋白时也是有功能的,并能对生命活动实施调控。这项研究填补了学界此前的认知黑洞,刷新了RNA在生命中扮演的角色,一直被视为无用的非编码长链RNA竟起着决定性作用。

  如果将DNA、RNA、蛋白质视为生命大分子物质的“三剑客”,那么在开篇不久的“续集”中,DNA不再是唯一主角,RNA很可能从“跑龙套”直接晋级为“幕后主政”,蛋白质也丝毫没有“减少戏份”。

  一个发育生物学家几十年来一直在寻找的组织中心关键决定因子——Huluwa(葫芦娃)蛋白被清华大学孟安明院士研究组和陶庆华研究组合作发现,Huluwa(葫芦娃)的缺失将导致胚胎不能形成组织中心和体轴、不能形成头部组织,其异位表达可诱导形成额外的体轴。

  当然,DNA层面的研究也热度不减,且逐渐开启非人灵长类动物的研究序幕。中国科学院的科学家们跨单位合作实现“长寿基因”SIRT6在非人灵长类动物中的全身敲除,获得了世界上首例长寿基因敲除的食蟹猴模型,进而揭示SIRT6基因在调节灵长类胚胎发育方面的全新作用。该研究首次阐释了灵长类和啮齿类动物在衰老和寿命调节通路方面的差异,为开展人类发育和衰老的机制研究以及相关疾病的治疗奠定了重要基础。

  “这十项重大成果将让世界更好地了解中国生命科学的现状和突飞猛进发展的势头。2018年我国生命科学领域的研究取得了由量变到质变的突破,仅仅在CNS(《细胞》《自然》《科学》杂志简称)顶级杂志上就发表了一百多篇论文,很多工作在激烈的国际竞争中脱颖而出。”杨茂君说。(记者 张佳星)

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