2013年世界科技發展回顧 盤點8個國家主要科技進展

美 國

遺傳學研究深入揭示、利用基因機制；細胞研究讓多種細胞互換“身份”；再生醫學造出多種器官組織。

田學科 (本報駐美國記者)在遺傳學研究領域，杜克大學模仿人體細胞內復雜的基因調控過程，模擬出多種蛋白質如何通過復雜相互作用調控一個基因。

斯坦福大學設計出一種由DNA和RNA制成的生物晶體管——轉錄器，可在活細胞中像晶體管一樣進行計算和記錄，將計算帶入生物學活細胞領域；北卡羅來納大學也設計了一種基于DNA的“與”門，成功演示了如何在人體細胞內進行邏輯門操作，為在活細胞內運行復雜的計算鋪平了道路。

耶魯大學和哈佛大學合作，為一種細菌重新編寫了完整基因組編碼，提高了其抗病毒能力，第一次從根本上改變了遺傳密碼，可用于重新設計生物特性或擴展生物功能。

華盛頓大學醫學院成功誘導細胞向光移動；加州大學圣地亞哥醫學院研發出一項新技術可確定DNA來源于母親還是父親；能源部聯合基因組研究所等單位改良了基因組組裝工藝流程，能生成長達數萬個核苷酸長度的讀取片段，且最終組裝序列準確率大于99.999%；聯合基因組研究所對201種微生物和古生細菌細胞進行了測序，發現微生物遠比我們所知道的要豐富多樣，并揭示了不同物種間令人驚奇的關聯。

細胞研究方面，俄勒岡健康科學大學等成功將人類皮膚細胞重組為胚胎干細胞，可在體內轉化成任何其他類型細胞。

斯克里普斯研究所找到了一種可將骨髓干細胞直接轉變成腦細胞的方法，激活單個受體就將骨髓細胞轉化為神經細胞；凱斯西儲大學醫學院則將老鼠皮膚細胞直接變成了功能性腦細胞。反過來，哈佛大學研究證明了腦細胞也能“變身”，通過直接譜系重編程，把胼胝體投射神經元轉變成類似的皮質脊髓運動神經元。

桑福德-伯納姆醫學研究所等單位，用一位右室心肌病患者的皮膚細胞培育出心肌細胞，并在培養皿中誘導出心臟病模型，能再現該病發作時的主要特征。

匹茲堡大學首次用人體干細胞使老鼠心臟再次跳起來，有望使個性化的誘導多能干細胞(iPS)用于器官移植。

西奈山醫院對18個誘導血液形成活動的遺傳因子進行篩查，找到4個轉錄因子并加以正確組合，培育出了血管前體細胞及隨后的成纖維細胞，并造出類似人體造血干細胞的細胞。

先進細胞科技公司用人類胚胎干細胞治療一種常見失明，將一名幾乎失明患者視力提高到0.5；加州大學舊金山分校科學家向小鼠大腦海馬區移植內側神經嵴細胞，成功控制了小鼠癲癇發作。

再生醫學方面，馬薩諸塞州總醫院科學家培育出一個腎臟，在小鼠實驗中能成功過濾血液、產生尿液；此外，他們還用牛和羊身上提取的活組織培育出了人造耳。

紐約干細胞基金會研究所首次用人體皮膚細胞制造出了性能穩定的骨頭替代品，有望為骨損傷患者提供個性化、無排斥的骨移植物。

此外，科學家還首次發現一種嵌在人體基因組內的生物鐘，能精確測出各種人體器官、組織和細胞型的“年齡”。他們還通過降低單個基因的表達，讓一群實驗鼠平均壽命延長了20%。

在腦科學研究中，麻省理工學院科學家成功為小鼠大腦植入虛假記憶。他們運用已有方法，人為激活小鼠大腦中一個特定記憶，同時給予新刺激，使兩者聯系在一起轉化成一個新記憶。

南加州大學科學家演示了一種“記憶假體”，并表示這種“記憶假體”已步入人體測試階段，15名患有癲癇病的志愿者正在接受這種植入設備的測試。

得克薩斯大學研究人員結合模型預測和腦細胞訓練，使模擬記憶功能減退的海蝸牛神經元的連接恢復到近乎正常水平。

美國華盛頓大學科學家進行人類腦對腦接口實驗首獲成功，可發送腦信號遙控同伴做簡單運動。

藥物研究方面，馬里蘭州疫苗研究中心研發“萬能”流感疫苗成效顯著，實驗鼠接種新疫苗后產生的抗體水平是傳統疫苗的34倍，在雪貂實驗中也達到10倍。

中美科學家合作，讓蚊子感染一種特殊細菌“沃爾巴克氏體”，從而擁有抵抗瘧疾等疾病的能力，并能傳給后代。

麻省理工學院研究人員找到了一種新毒素，能夠通過阻斷DNA復制來抑制細菌生長，為開發下一代抗生素奠定了基礎。

加州大學圣地亞哥分校從海洋微生物中提取出“炭疽毒素”，能有效殺滅耐抗生素極強的細菌，如炭疽和超級病菌MRSA。此外，該校研究人員還開發出一種包覆有紅細胞膜的納米粒子，可中和包括耐抗生素菌在內的許多細菌產生的毒素，成為治療耐藥菌的有效工具。

密蘇里大學研究人員開發出一種放射性納米粒子，能將癌癥患者身體任何地方的淋巴癌細胞作為攻擊靶子，且不會附著和破壞健康細胞。

杜克大學醫學院找到60個“阿司匹林響應標記”基因，并可驗血檢測阿司匹林對患者是否有效，還可預測、預報心臟病發作的風險。

在艾滋病與腫瘤學研究方面，約翰霍普金斯兒童中心、密西西比大學醫學中心和麻省大學醫學院的研究人員首次實現了對一名感染艾滋病病毒(HIV)嬰兒的“功能性治愈”。

HIV抗體療法動物實驗獲突破，有望與目前抗逆轉病毒療法結合，有效對付HIV。科學家從艾滋病人體內分離出三種強效廣譜的HIV抗體，能使恒河猴體內SHIV的濃度急劇下降。

費城兒童醫院科學家用一種蛋白質調節關鍵免疫細胞功能，從而安全控制腫瘤生長，證明了通過調節免疫機能來控制腫瘤生長的可行性。

佛羅里達國際大學研發出一種磁電納米粒子，可釋放抗HIV藥物活化型三磷酸體，實驗中的治療效果甚為理想。

英 國

腦科學研究有新成果，合成生物學受重視，干細胞、基因研究成果為病患帶來曙光，體外受精技術領跑世界。

劉海英（本報駐英國記者）2013年初，歐盟宣布將人腦工程列入“未來和新興技術旗艦項目”，意味著腦科學將成為未來研究熱點。科學家在人腦研究方面取得多項成果：布里斯托大學研究人員研究確認了調控記憶開關的關鍵分子；牛津大學和倫敦大學學院科學家研究發現腦部微電擊可提高大腦運算能力；英、德和奧等國研究人員用人類多能干細胞在試管中培育出模擬人腦組織。這一系列研究成果有助于科學家了解人腦之謎，開發出治療大腦疾病的新方法。

合成生物學方面,帝國理工學院科學家開發出可將微生物工廠生物組件的制作時間從原來的2天縮短為6個小時的新方法；布里斯托大學科學家開發出合成生物學“納米籠”技術，在化學、生物學和醫學領域擁有廣泛應用前景。

干細胞研究方面，愛丁堡大學科學家成績突出。年初，他們發現麻風病細菌可將成熟細胞轉化為干細胞；隨后，他們革新了干細胞培養技術，用水溶性凝膠作為支撐干細胞生長的微型支架；5月，他們發現Oct4蛋白可助胚胎干細胞自我更新。

其他研究機構也不斷有新成果：赫瑞瓦特大學科學家首次將人類胚胎干細胞用于三維打印；格拉斯哥大學研究人員宣布，首個干細胞治療中風試驗初見成效，部分患者病情有所緩解；倫敦大學科學家使用實驗鼠胚胎干細胞，首次培育出眼部感光細胞。

基因研究方面，首次在人類活體細胞中發現四螺旋DNA結構，這種結構可為未來的個性化治療提供靶標；新發現了24種與近視相關基因；通過CCND1基因缺陷的研究證明基因缺陷具有多米諾骨牌效應；發現可抑制HIV擴散的新基因MX2；證明南亞人色素沉著多樣性相關基因——SLC24A5基因變異模式會受到社會選擇差異影響。

英國在試管嬰兒領域的研究依然領先世界。4月，“試管嬰兒之父”羅伯特·愛德華茲病逝。英國民眾支持“一父兩母”三人遺傳物質的人工授精技術，英國政府也在6月稱支持這一技術。7月，首次將全基因組篩查技術應用于篩查由體外受精獲得的胚胎是否存在染色體異常，英國首例接受全基因組篩查的試管嬰兒也隨之誕生。

法 國

加強分子生物技術研究，揭示生物基本結構與活動機制，注重成果在醫藥、化工等領域的應用轉化。

李宏策（本報駐法國記者）法國一支科研團隊揭示了趨磁細菌體內MamP蛋白主導合成磁小體的機制及其結構特征，使人們對“生物礦化”有了進一步理解，有望將這一機制用于醫學和污水處理等方面。

法國科研人員通過對長囊水云的研究，發現了利用酶合成鼠尾藻多酚的新機制及其關鍵步驟，大大簡化了商業制備鼠尾藻多酚的生產過程。鼠尾藻多酚是海洋褐藻所特有的一種酚類化合物，可用于生產各類化妝品，并能夠預防和治療癌癥、心血管疾病、神經退行性疾病及消除炎癥。

巴斯德研究院發現，一種被稱作嗜中性粒細胞的免疫細胞在癌癥免疫治療過程中起主導作用，而非此前認為的自然殺傷細胞和巨噬細胞，有助于促進癌癥免疫療法的優化與發展；他們還首次在原子尺度上探明了乙醇，即飲料中酒精對中樞神經系統受體的影響，有助于開發拮抗劑化合物來緩解酒精對大腦的影響。

圖盧茲普爾潘病理生理研究中心發現，人類母胎中的某些免疫細胞可以阻止病毒感染胎兒，為治療先天性巨細胞病毒感染癥等遺傳疾病開辟了新的治療途徑。

德 國

深化疾病病理研究，傳染病、癌癥和老年癡呆癥治療方面獲多項進展，個性化醫療研究得到推進。

李山（本報駐德國記者）傳染病方面，德國靈長類動物研究中心發現了一種蛋白酶有助于MERS冠狀病毒的感染。亥姆霍茲感染研究中心在8種代表Ⅱ型CRISPR-Cas的菌株中研究了雙鏈RNA:Cas9的多樣性和互換性。

癌癥研究方面，蒂賓根大學發現，聯合使用γ-干擾素和腫瘤壞死因子可以完全抑制腫瘤細胞生長。海德堡大學等發現一種具有抗癌性能的細胞核內蛋白質Nup98，可使細胞內的P53不過早出現分解。保羅-艾爾利希研究所發現經過基因改造的麻疹病毒可有效控制多種實驗動物體內的腫瘤。馬克斯普朗克神經科學研究所發現血管內皮生長因子也直接作用于產生該因子的腫瘤細胞。

老年癡呆癥研究方面，慕尼黑大學等發現有效物質Anle138b能有效抑制損害腦細胞的蛋白質集聚，明顯減緩帕金森病癥狀的發展。馬克斯普朗克分子生物醫學所等通過“基因手術”成功對實驗室培養的帕金森患者病變細胞基因缺陷進行了糾正。馬克斯普朗克老年生物學研究所發現衰老還受到從母體獲得的遺傳信息線粒體DNA的直接影響。德國柏林自由大學等研究發現，與年齡有關的記憶能力下降可通過天然物質亞精胺來阻止。

新療法方面，萊比錫大學提取毛囊外毛鞘干細胞培養黑素細胞，開發出治療白癜風的自體細胞療法。蒂賓根大學在實驗室培養的椎間盤細胞中嵌入智能生物材料，再注射到患者椎間盤中，開發出椎間盤疾病治療新策略；他們還發明了一種微型芯片，植入眼球后方可幫助一種失明患者恢復部分視力。柏林自由大學等通過應用糖蛋白生成的鼠疫抗體，研發一種簡單、便宜又可靠的檢測鼠疫病菌的方法。

此外，亥姆霍茲糖尿病和肥胖研究所等發現分子受體GPR83不僅參與體重調控，而且在能量代謝調控中發揮決定性作用。夏洛特柏林大學醫學院揭示了一個關鍵的蛋白質結構，闡明了與受體的互動由一種抑制蛋白來激活的分子機制。萊布尼茲波羅的海研究所在波羅的海中心深處發現了至今未知、代號SUP05的細菌對缺氧環境下形成的高毒性硫化物具有專一分解能力。

德國參與的國際合作團隊也有突出貢獻，一個團隊發現了9個基因區域與原發性硬化性膽管炎（PSC）的聯系；另一個團隊則發布了一張人類功能性遺傳變異的綜合圖譜，提供了有史以來RNA水平上最大的人類基因組與基因活性數據集。

俄羅斯

納米疫苗研制工作取得重大進展。

張浩（本報駐俄羅斯記者）2013年，俄羅斯納米疫苗研制工作取得重大進展。根據俄聯邦生物醫學署發布的信息，俄羅斯科學家研制的三種最新納米疫苗已進入臨床前試驗階段，這三種疫苗分別為抗結核桿菌、艾滋病和癌細胞（針對個別幾種癌細胞有效）疫苗。目前，世界上的所有實際應用的疫苗大都采用病毒活體或者“病毒體滅活”方式，而俄研制的這三種疫苗是利用病原體的RNA，通過醫學與納米技術的結合，制備出納米疫苗。其中的抗艾滋病疫苗已經處于第二期臨床前試驗階段，且顯示出了很高的有效性。

2013年，來自俄羅斯科學院生物有機化學研究所、美國哈佛醫學院、瑞士洛桑理工學院的科學家團隊對細菌的進攻機制進行了研究，揭示了在同一環境下，不同細菌會為了各自的生存而互相攻擊。這一發現將有可能幫助人類找到破壞細菌進攻系統的簡易方法，從而有助于研制用于治療細菌性腦膜炎、肺炎、布氏桿菌病、鼠疫等嚴重傳染性的新一代藥物。

加拿大

合作研發出新型抗癌特效藥；成功制作首個超高精度三維腦圖像；揭示大腦可塑性形成機制；提出確定分子手性新方法。

馮衛東（本報駐加拿大記者）加拿大瑪嘉烈癌癥中心和美國加州大學共同研發出一款癌癥特效藥Sharpshooter，該藥物已在實驗室中證明對乳腺癌、卵巢癌、結腸癌、肺癌、膠質母細胞癌、黑色素瘤、胰腺癌和前列腺癌等廣譜癌癥具有有效抑制作用。研究以標靶酵素PLK4為對象，這種酵素被廣泛認為在細胞（特別是癌細胞）分裂中起著重要作用。這一特效藥的發現，被認為是當今治療乳腺癌的最重要發現。

包括加拿大麥吉爾大學在內的科學家成功研制出在細胞水平上的人類大腦3D圖譜，以20微米的尺度展現了人類大腦的情況，被譽為神經科學發展的里程碑。

蒙特利爾神經學研究所及其附屬醫院和麥吉爾大學發現，神經細胞具有一種特殊的“預組裝技術”，可促進神經細胞連接（突觸）處的蛋白制造，從而讓大腦迅速形成記憶和塑化。此一研究結果揭示了突觸可塑性的新機制，了解其中的路徑有助于為神經發育疾病的治療提供新靶點。

麥吉爾大學科學家成功結晶出一個RNA短序列——poly（rA）11，并利用加拿大光源（CLS）和康奈爾高能同步加速器收集到的數據證實了poly（rA）雙螺旋假說。這一成果有助于推動合成生物學的發展。

一隊來自加拿大、德國和瑞士的研究人員為確定分子手性這個具有150年歷史的古老難題提出了一個新的解決方案，未來藥物將可按照只存在所需手性分子的方式來生產，如此患者就可減少服用劑量，避免副作用。

加拿大研究人員確定了和心臟功能相關的最優結構和細胞比例，并由此首次設計出成活的、心律失常的三維心臟組織，可將這些組織微縮成人類心臟微組織，用于測量正常及病變人類心臟對藥物的反應。

不列顛哥倫比亞省癌癥研究機構開發的一種前列腺癌新藥即將投入臨床試驗，為癌癥患者帶來新的希望。該團隊開發EPI-001的過程中采用了新方法，鑒別出N-末端即蛋白質結構的反端區域才是真正的“病灶”，而不是像其他科學家那樣專注雄性荷爾蒙受體蛋白。

瑪嘉烈醫院癌癥中心的臨床研究人員發現，未成熟祖細胞的耐藥性是導致多發性骨髓瘤復發的根本原因。此項發現為治愈多發性骨髓瘤指明了一條新途徑，那就是同時將祖細胞和漿細胞作為治療靶標。

加拿大食品檢驗局聯合非營利組織“加拿大基因組”、阿爾伯塔創新生物解決方案公司，提出一項旨在保護消費者免受李斯特菌侵擾的新研究項目。

多倫多大學研究人員首次繪制出了ABC運轉蛋白的細胞“路線圖”，揭示了它們與細胞中其他重要蛋白的相互作用，有助于人們進一步理解與疾病相關的蛋白質之間的互動機制，為癌癥、囊性纖維化及其他多種病癥帶來更好療法。

麥吉爾大學和卡爾加里大學的科學家們發現癌癥能夠通過劫持白細胞進行擴散。這一發現是人類在認識癌細胞擴散方面的一個突破性進展，有助于醫療人員更有效地診斷和治療癌癥。

麥克馬斯特大學利用一種基因改良過的感冒病毒制造出新型結核病疫苗，可幫助對抗引起肺結核的結核桿菌。在接種卡介苗后使用，可提高卡介苗功效。

韓 國

韓國未來創造科學部提出生物醫療技術項目，向相關研究機構提供政策和資金支持。

薛嚴（本報駐韓國記者）韓國科學技術院（KAIST）研究人員成功開發出利用大腸桿菌生產治療憂郁癥和癡呆所需物質——酪氨酸的新方法。該研究組用核糖核酸（RNA）技術插入制造酪氨酸所需的基因（去除妨礙生產的基因）培養大腸桿菌。培養大腸桿菌的器具每升生產出了21.9克酪氨酸和12.6克尸胺（聚酰胺纖維，尼龍的原料），比現有技術的生產量多出了30%。

韓國全南大學和生命工學研究院研究人員發現了在酒精性肝損壞過程中發揮核心作用的蛋白質和可以抑制這種蛋白質的物質，為研發治療酒精性肝損壞的藥物帶來了希望。

9月，韓國未來創造科學部表示，朝鮮大學醫學院研究人員發現了可以導致大腸癌產生和轉移的蛋白質APEX1。APEX1在細胞內可以通過調整多種基因而導致多種生命現象。動物實驗顯示APEX1和腫瘤發生有著密切的關系。利用這一關系有助于預測大腸癌細胞的產生和轉移，抑制大腸癌細胞的增殖。

以色列

腦科學研究精彩紛呈，干細胞研究成果豐碩，一批基于生物材料技術的醫療設備出現。

馮志文（本報駐以色列記者）以色列紅利生物集團有限公司開始建設世界上第一個生產再生骨的工廠，包括骨移植中心、研發中心及一個總部和管理中心。

洞察力技術公司（InSightec）研制出不用在頭顱上開洞就能實施神經外科手術的設備。基于MRI掃描提供的準確的腦部圖像，他們使用1000倍聚焦超聲波束可穿透完整頭骨并清除病灶。

以色列理工學院用人類胚胎干細胞創造出有自己血液供應的心臟肌肉，可修復和替代因心臟病受損的心臟；該校還發現光電效應可控制納米孔傳感器通道，改進了使用固態納米孔的方法，使DNA測序更精確、成本低且超快速。

魏茲曼科學院分離出了能產生含有來自人體組織的“人源化”小鼠模型的多能干細胞。他們創造的誘導多能干細胞可完全“復位”，為未來提升移植器官功能鋪平道路；他們還揭示了人腦小膠質細胞的某些神秘特性，為治療老年癡呆癥、肌萎縮癥等腦健康疾病帶來光明。

特拉維夫大學科研人員通過收集鼻子中的活檢組織，從鼻內神經元來診斷早期精神分裂癥，提高了確診速度和準確性。