“2019年度中國生命科學十大進展”出爐

2020-01-10 16:14:54 來源: 科技日報 作者: 張佳星

科技日報記者 張佳星

1月10日,2019年度中國生命科學十大進展新聞發布會召開,會上介紹了“中國生命科學十大進展”評選情況及本年度評選活動亮點,入選項目主要負責人介紹了各項目成果的特色、創新點和科學意義。

自2015年起,中國科協生命科學學會聯合體以“公平、公正、公開”為原則開展年度“中國生命科學十大進展”評選工作,旨在推動生命科學研究和技術創新,充分展示和宣傳我國生命科學領域的重大科技成果。目前,中國科協生命科學學會聯合體已開展了5個年度的評選系列活動,得到中國科協的充分肯定和積極支持,并贏得社會各界的廣泛關注。每年公布評選結果后,邀請入選項目專家編寫和出版科普書籍,并舉辦交流會暨面向青少年的科普報告會,向公眾揭示生命科學的新奧秘,為生命科學新技術的開發、醫學新突破和生物經濟的發展提供新的思路,極大提高了生命科學的社會影響力。

2019年度,中國科協生命科學學會聯合體延續了上一年度“中國生命科學十大進展”評選方法的創新,將項目成果進行知識創新類和技術創新類分類評選,希望引導生命科學領域的科技工作者認識到——研究方法和工具的創新與理論的創新同等重要。本年度項目成果經中國科協生命科學學會聯合體成員學會推薦,由以兩院院士為主的生命科學、生物技術和臨床醫學等領域同行專家評選,并經中國科協生命科學學會聯合體主席團審核,最終確定7個知識創新類和3個技術創新類項目成果為2019年度“中國生命科學十大進展”。

附:2019年度“中國生命科學十大進展”評選結果(排名不分先后)

1、破解硅藻光合膜蛋白超分子結構和功能之謎

光合作用為地球上幾乎所有生物的生存提供了能源和氧氣。硅藻是一種重要的水生光合生物,貢獻了地球每年20%的原初生產力,在全球生態變化和碳循環中起重要作用, 這與硅藻光合膜系統和捕光蛋白的結構與功能密切相關。

中國科學院植物研究所沈建仁、匡廷云研究團隊在國際上首次解析了硅藻捕光天線膜蛋白(FCP)1.8埃的高分辨率結構,并進一步與清華大學隋森芳研究團隊合作解析了硅藻光系統II和FCP超級復合物3.0埃的電鏡結構,率先破解了硅藻光合膜蛋白超分子結構和功能之謎,闡明了硅藻高效捕獲藍綠光、高效傳遞和轉化光能以及光保護的機理,為人工模擬光合作用、指導設計新型高光效作物提供了新思路和新策略。研究成果得到國內外專家的高度評價,《科學》雜志(Science)專題評論這兩項工作對于理解光合生物捕光系統的結構和功能具有里程碑意義。

這兩項成果均發表于《科學》雜志(Science,2019,363:eaav0365;Science,2019,365:eaax0446)。

硅藻的光系統II和捕光天線蛋白FCPII超級復合體的整體結構

2、反芻動物基因組進化及其對人類健康的啟示

包括牛、羊在內的反芻動物不僅在人類文明起源和現代食品安全中有重大意義,其獨特的進化特征對人類健康也有重要啟示意義。

西北工業大學王文研究團隊聯合國內外多家單位,闡明了長期有爭議的反芻動物進化歷史,解析了反芻動物獨特性狀的遺傳基礎;探究了鹿角快速再生和鹿抗癌能力的遺傳基礎;揭示了馴鹿晝夜節律喪失、高效維生素D和鈣代謝等的分子機制。該研究探索開拓了研究重大生命現象的新途徑,闡明了反芻動物進化和極端環境適應的機制,對器官再生、抗腫瘤、節律紊亂和骨質疏松等健康醫學的研究具有重要啟示意義。

該成果以三篇研究長文同時發表于《科學》雜志(Science,2019,364:eaav6446;Science,2019,364:eaav6335;Science,2019,364:eaav6312)。

反芻動物適應進化的機制及其對健康醫學的啟示

3、實現哺乳動物裸眼紅外光感知和紅外圖像視覺能力

人和動物的感知覺能力受到生命體自身物理化學條件限制,拓展感知的極限一直是人類追求探索的目標。哺乳動物感知光的波譜范圍在390-760 nm,波長大于760nm的近紅外光無法被哺乳動物感知,同時色盲也是感光光譜缺陷導致的疾病。

中國科學技術大學薛天研究組與美國馬塞諸塞州州立大學韓鋼研究組合作,結合視覺神經生物醫學與創新納米技術,利用可吸收紅外光并轉化為可見光的上轉換納米材料,導入動物視網膜中使其靶向錨定在感光細胞上,首次實現動物裸眼紅外光感知和紅外圖像視覺能力。該研究在加密、安全、人機交互以及視覺疾?。ㄈ缟さ龋┲委熀脱劭扑幬镞f送等方面具有應用潛力。

該成果發表于《細胞》雜志(Cell,2019,177:243-255)。

注射了上轉換納米顆粒的小鼠獲得了紅外光感知和紅外圖像視覺能力

4、單堿基基因編輯造成大量脫靶效應及其優化解決方法

CRISPR/Cas9及其衍生工具單堿基編輯器已廣泛應用于生命科學和醫學研究。然而,基因編輯造成的脫靶風險阻礙著該類技術應用于臨床。

中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心楊輝研究組與中國科學院上海生命科學研究院營養與健康研究所李亦學研究組和中國農業科學院深圳基因組研究所左二偉研究組合作,建立了新一代基因編輯工具脫靶檢測技術—GOTI,并使用該技術發現之前普遍認為安全的單堿基基因編輯技術存在嚴重的、無法預測的DNA脫靶問題。該技術進一步將脫靶檢測范圍擴大至RNA水平,發現常用的兩種單堿基編輯技術均存在大量的RNA脫靶,通過對單堿基編輯工具進行改造,篩選到既保留高效的單堿基編輯活性又不會造成額外脫靶的新一代高保真單堿基編輯工具,為單堿基編輯應用于臨床治療提供了重要的基礎。

相關研究成果分別發表于《科學》雜志(Science,2019,364:289-292)和《自然》雜志(Nature,2019,517:275-278)。

胞嘧啶單堿基編輯器的靶向效應和脫靶效應

5、提高中晚期鼻咽癌療效的新方案

中國是鼻咽癌的高發區,年新發病例占全球一半,治療效果差,五年生存率較低。亟需研究出新的治療方案以提高患者的生存率。

中山大學腫瘤防治中心馬駿研究團隊開展的“吉西他濱+順鉑”新方案前沿技術研究,利用吉西他濱抑制負性免疫分子、協同增強順鉑抗癌作用的能力,在放療前患者體質較好、能順利完成化療的最佳時機進行治療,建立了“吉西他濱+順鉑”兩藥聯合化療的新策略。馬駿教授牽頭全國12家分中心,通過一項前瞻性臨床試驗發現,該療法可將復發風險降低49%,3年無瘤生存率提高8.8%(76.5%提高到85.3%),且未增加毒性。由此,建立了鼻咽癌高效低毒的用藥新體系,形成了國際領先的前沿技術新標準。

該成果發表于《新英格蘭醫學雜志》(The New England Journal of Medicine,2019,381:1124-1135)。

“吉西他濱+順鉑”兩藥聯合化療的新策略

(可將鼻咽癌的復發風險降低49%,3年無瘤生存率提高8.8%)

6、揭示抗結核新藥的靶點和作用機制及潛在新藥的發現

結核病是由結核分枝桿菌感染而引發的一種致命性疾病,在傳染性疾病中堪稱“頭號殺手”,因此針對結核桿菌的新藥靶點研究和新藥研發迫在眉睫。膜蛋白MmpL3在分枝桿菌細胞壁合成過程起關鍵作用,是一個抗結核新藥研發的重要靶點。

在饒子和院士的領導下,上??萍即髮W研究團隊的張兵、楊海濤以及李俊等歷經六年時間,率先在國際上解析了藥靶MmpL3和“藥靶-藥物”復合物的高分辨率晶體結構,揭示了MmpL3的工作機理以及新藥SQ109殺死細菌的全新分子機制。研究團隊還發現一種減肥藥利莫那班也是靶向MmpL3的抑制劑并闡明了其作用機制。該研究首次勾勒了小分子抑制劑如何精確靶向MmpL3及其超家族質子內流通道的三維圖像,為新型抗生素的研發、解決全球日趨嚴重的細菌耐藥問題開辟了一條全新途徑,也為我國研發具有自主知識產權的抗結核新藥奠定了重要的基礎。研究設計的抗結核先導藥物已申請PCT專利。

該成果發表于《細胞》雜志(Cell,2019,176:636-648 e613)。

四種抑制劑精確靶向MmpL3的分子機制

7、LincGET不對稱表達引發小鼠2-細胞期胚胎細胞的命運選擇

在受精卵向擁有超過200種細胞類型的哺乳動物個體的發育過程中,第一次細胞命運的選擇發生在什么時期?這一選擇是如何發生的?這是生命科學研究的一個非?;镜膯栴}。

中國科學院動物研究所周琪研究組和李偉研究組合作發現,在小鼠2-細胞胚胎時期,卵裂球發育命運的選擇就已經出現偏向性,并揭示這一偏向性來自于一個內源逆轉錄病毒相關的長非編碼RNA(LincGET)在2-細胞期卵裂球之間的表達不均等,促使具有更高LincGET表達量的子細胞選擇內細胞團(inner cell mass, ICM)命運。該工作首次將第一次細胞命運分化的選擇推到了2-細胞胚胎時期,為探索早期胚胎的全能性調控以及第一次細胞命運分化機理奠定重要基礎。同時,該研究也為研究早期胚胎中內源逆轉錄病毒序列和長非編碼RNA的功能提供了新的思路。

該成果發表于《細胞》雜志(Cell,2018,175:1887-1901)。

LincGET在2-細胞期的兩個卵裂球之間不均等表達,通過CARM1調控細胞命運選擇

8、小鼠早期胚胎全胚層時空轉錄組及三胚層細胞譜系建立的分子圖譜

胚胎發育起始于早期胚胎的外、中、內三個胚層,但這三個胚層的來源及其分子調控機制一直不清楚。

中國科學院上海生物化學與細胞生物學研究所景乃禾研究組與中國科學院-馬普學會計算生物學伙伴研究所韓敬東研究組及中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院彭廣敦研究組合作,通過構建小鼠早期胚胎的高分辨率時空轉錄組圖譜,揭示了三胚層分化的細胞譜系和多能性在時間和空間上的動態變化及其調控網絡;首次從分子層面揭示了內胚層(Endoderm)譜系發生的新來源,提出了外胚層(Ectoderm)和中胚層(Mesoderm)具有共同前體的新觀點,建立了早期胚胎三胚層細胞譜系分化的新理論。這項工作是對經典發育生物學層級譜系理論的重大修正和補充,將極大推動早期胚胎發育和干細胞再生醫學相關領域的發展。

該成果發表于《自然》雜志(Nature,2019,572:528-532)。

小鼠早期胚胎時空轉錄組及三胚層細胞譜系

9、植物抗病小體的結構與功能研究

作物病蟲害是我國和全球農業生產的重大威脅。自從上世紀90年代植物抗病基因首次被分離鑒定以來,抗病基因如何使得植物抗病這一重大問題一直未能得到解答。

清華大學柴繼杰研究團隊、中國科學院遺傳與發育生物學研究所周儉民研究團隊和清華大學王宏偉研究團隊開展密切合作,解析了抗病蛋白ZAR1多個狀態復合物三維結構,闡明了抗病蛋白在發現病原細菌信號后,如何從靜息狀態迅速轉變為激活狀態的機制;在國際上率先發現植物抗病小體這一蛋白質機器,首次揭示了抗病蛋白作為一個分子開關,在細胞膜上控制植物防衛系統的機制。研究成果獲得了國內外專家的高度評價,認為是植物免疫領域的里程碑事件,為設計廣譜、持久的新型抗病蛋白,發展綠色農業奠定了關鍵理論基礎。

該成果以兩篇研究長文背靠背發表于《科學》雜志(Science,2019a,364:eaav5868;Science,2019b,364:eaav5870)。

10、利用單細胞多組學技術解析人類胚胎著床過程

北京大學湯富酬研究組與北京大學第三醫院喬杰研究組合作,首次利用高精度單細胞轉錄組和DNA甲基化組圖譜重構了人類胚胎著床過程,系統揭示了這一重要發育過程的核心生物學特征和關鍵調控機制。該研究發現在著床過程中胚胎的三個主要譜系(上胚層、原始內胚層、滋養外胚層)均逐漸呈現出各自獨特的基因表達特征,提示胚胎在這一重大發育事件中啟動了母胎連接預備狀態;發現在著床過程中雌性胚胎啟動并逐步呈現出父源或母源X染色體隨機失活趨勢, 而不失活的那條X染色體基因表達劑量的加倍上調在雌性和雄性胚胎細胞中均已經啟動;發現三個主要細胞譜系在著床前階段具有相似的DNA甲基化模式,而在著床過程中迅速獲得了各自獨特的DNA甲基化特征,表明DNA甲基化在維持特定細胞譜系的發育過程中發揮重要作用。

該成果發表于《自然》雜志(Nature,2019,572:660-664)。

人類胚胎著床過程的體外重構及其基因表達調控機制研究

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責任編輯:張爽

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