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生命、太空……六大科學突破閃亮2021

2021-12-28 作者：彭茜新華網責任編輯：林瑤

新華社北京12月27日電 特稿：六大科學突破閃亮2021

新華社記者彭茜

盡管受新冠疫情帶來的各種阻礙所困擾，但科學家們的前沿探索未曾停歇。即將過去的2021年，科學家擴充了生命科學、基礎物理、太空探索等領域的認知版圖。總結來看，這一年，六大科學突破最亮眼。

人工智能預測蛋白質結構

用人工智能程序預測蛋白質結構登上美國《科學》雜志2021年十大科學突破榜首，也入選英國《自然》雜志2021年度科學新聞，足見這一成果意義重大。

7月，英國“深度思維”公司研究人員領銜團隊在《自然》上發表論文說，該公司的人工智能程序“阿爾法折疊”成功預測98.5%的人類蛋白質結構，以及其他20種生物幾乎完整的蛋白質組。

研究人員指出，這項技術可能改變了結構生物學的游戲規則，有望像冷凍電鏡那樣極大加速生命科學領域的科學發現，對于多種疾病的研究來說可能意義非凡。

更難能可貴的是，相關算法代碼對外開源。8月，中國研究人員使用“阿爾法折疊2”程序繪制了近200種與DNA（脫氧核糖核酸）結合的蛋白質結構圖，涉及從DNA修復到基因表達的多個方面。11月，德國和美國研究人員用“阿爾法折疊2”和冷凍電鏡繪制了“核孔復合物”結構圖，它由30種蛋白質組成，控制著物質進入細胞核的路徑。

目前，科學家正使用“阿爾法折疊2”模擬研究變異新冠病毒奧密克戎毒株刺突蛋白突變的影響。

粒子物理標準模型現“裂縫”

4月，美國能源部下屬費米實驗室公布了關于繆子反常磁矩測量的第一批實驗結果，顯示基本粒子繆子的行為和粒子物理標準模型理論預測不相符。這一發現同時入選《科學》和《自然》年度榜單。

形成于上世紀六七十年代的標準模型可謂粒子物理學“金標準”，它描述了強力、弱力及電磁力這3種基本力以及組成物質的基本粒子。此前，高能粒子對撞機的實驗結果基本符合標準模型預測。而新研究發現，作為一種比電子更重的、不穩定的類電子粒子，繆子比標準模型預測的更具磁性。

費米實驗室在公報中說，該結果也許意味著“令人興奮”的新物理學的存在。繆子作為探索亞原子世界的一扇窗，可以探測到未知的粒子或力的存在。

《自然》報道說，研究人員正再次確認今年的計算結果，如果它們成立，并且理論和實驗結果之間差異持續存在，可能標志著有半個世紀歷史的標準模型首次預測失敗。

基因編輯技術首次顯療效

自問世以來，CRISPR/Cas9基因編輯技術就被寄予厚望。然而，要使其治愈疾病的夢想成真，研究人員需將CRISPR/Cas9系統成功傳遞到人體內，并證明它可以安全有效地編輯靶向基因而不影響正常基因。

6月，美國英特利亞醫療公司和美國再生元制藥公司研究人員發表臨床試驗結果，首次證明CRISPR/Cas9技術在人體內的療效。《科學》和《自然》年度榜單均列入這項成果。

據《自然》報道，科學家在6名罕見病“轉甲狀腺素蛋白淀粉樣變性”患者體內測試了CRISPR/Cas9基因編輯療法，結果所有人與疾病相關的畸形蛋白質水平均有所下降。其中，接受高劑量療法的參與者體內畸形蛋白質水平平均下降達87%。《科學》評價說，在人體內部署CRISPR/Cas9表明，科學家在運用該技術上“更進一步”。

火星探測多國接連獲突破

2021年，火星這顆遙遠的紅色星球異常“熱鬧”，多國火星探測獲得突破。火星探測也是《自然》和《科學》共同關注的年度科研進展。

2月，美國航天局“毅力”號火星車登陸火星。4月，“毅力”號搭載的“機智”號無人直升機在火星上首飛成功，這是人造航空器首次在另一個行星上受控飛行，為研發機器人或探索火星的先進航空器打下基礎。9月，“毅力”號成功鉆取到火星巖石樣本，未來的太空任務將取回這些樣本供科學家分析，從中尋找過去可能存在過的生命跡象。

早在2018年就登陸火星的美國“洞察”號火星探測器今年探測到多次“火星震”，科學家根據相關數據揭示了火星核、幔等內部結構。

中國首輛火星車祝融號也于今年抵達火星。5月，天問一號探測器攜祝融號在火星烏托邦平原南部成功著陸，在這顆紅色星球上首次留下中國印跡。祝融號從火星上此前從未探索的區域收集到大量地質數據。

阿拉伯聯合酋長國首個火星探測器“希望”號2月成功進入火星軌道，開始對火星大氣層的監測和研究，并拍攝到火星“極光”照片。

新冠口服藥成戰疫新“武器”

今年，除疫苗外，抗新冠病毒口服藥物也加入人類戰疫“武器庫”：如果在感染早期服用抗新冠藥物，能有效預防癥狀和死亡。抗新冠口服藥的問世入選《科學》榜單。

11月，全球首款抗新冠口服藥——美國默克公司和里奇巴克生物醫藥公司聯合研發的莫那比拉韋在英國率先獲批使用。據默克公司提交給監管機構的最終數據，該藥可將未接種疫苗的高風險人群住院或死亡風險降低約30%，低于Ⅲ期臨床試驗中期分析得到的降低約50%的結果。

12月，美國食品和藥物管理局批準首款可緊急用于治療新冠感染的口服藥Paxlovid。該藥由美國輝瑞公司生產，Ⅱ/Ⅲ期臨床試驗中期分析結果顯示，該藥能降低89%的住院和死亡風險。

更多口服抗新冠藥物臨床試驗正在進行，其中包括“老藥新用”。巴西研究人員10月報告說，新冠感染早期患者服用常用抗抑郁藥氟伏沙明后死亡風險可降低約90%，重癥住院風險可降低約65%。

《科學》評論說，科學家強調抗病毒藥物不能取代新冠疫苗，但它們仍至關重要。如果奧密克戎毒株導致突破感染（指接種疫苗后發生的感染）激增，抗病毒藥物將變得更為重要。

人工合成抗體治療傳染病

此前，實驗室合成的單克隆抗體已革新了對某些癌癥和自體免疫疾病的療法。今年，人工合成單抗開始在對抗新冠病毒以及呼吸道合胞病毒、艾滋病病毒和瘧原蟲等其他威脅人類健康的病原體方面顯現效果。《科學》關注了人工合成單抗治療傳染病的最新成果。

為了制造單克隆抗體，科學家從實驗動物和人體內分離出最強大的抗體，并大量復制它們。隨著克隆技術、動物模型和X射線晶體學的進步，科學家可以篩選和制造更多單抗，大幅簡化候選單抗的搜索過程。