2021年度中國生命科學十大進展發布
2022-01-12 09:24 作者：詹 媛 來源：光明日報 閱覽：
2021年，有哪些生命科學的新奧秘被中國科學家破解？有哪些關於新冠病毒的秘密被揭示？有哪些醫學新突破為癌症治療帶來希望？10日，中國科學技術協會生命科學學會聯合體發布了2021年度「中國生命科學十大進展」，人工合成澱粉、新冠肺炎疫情防控、鼻咽癌治療等成果入選。與以往的評選相比，本次入選成果原創性更為突出，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了新思路，顯示出生命科學和相關技術的社會影響力。
食 為糧食生產帶來顛覆性革命
民以食為天。吃得飽吃得好是人們共同的追求，然而目前的糧食生產，仍離不開「靠天吃飯」，生命科學技術能有哪些變革，從而為「食」提供新方案呢？此次的十大進展中，就有兩項與「食」相關。
澱粉是糧食最主要的成分，也是重要的工業原料。能不能跳過農業種植，直接在實驗室合成澱粉呢？此次入選的「從二氧化碳到澱粉的人工合成」，就在國際上首次實現了澱粉的人工全合成，該成果將在下一代生物製造和農業生產中帶來變革性影響。這項由中國科學院天津工業生物技術研究所聯合大連化物所等單位開展的研究，顛覆了植物合成澱粉的複雜過程，能效和速率超越玉米等農作物，為澱粉的車間製造打開了一扇窗。這項研究在國際上引起強烈反響，被認為是一項里程碑式突破。
水稻作為我國的主食之一，對其改良從而提高產量歷來備受重視。在2021年，我國科學家在水稻育種方面又有新突破。中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋團隊首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，並成功創製了改良落粒性、芒性、株高、粒長、莖稈粗度、生育期等不同類型的四倍體水稻新材料，突破了全部技術瓶頸。該成果開闢了全新的育種方向，對應對未來糧食危機提供了新的可行路徑，有望對世界糧食生產帶來顛覆性的革命。
抗疫 給預防、治療新冠肺炎帶來希望
有關抗擊疫情的兩項研究，「新型冠狀病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒藥物的機制研究」與「冠狀病毒的跨種識別和分子機制」對當今國際社會複雜的抗疫形勢有重大意義。
當前，新冠病毒肺炎疫情已持續兩年，不斷出現的突變株對發展廣譜藥物提出急迫需求。由病毒複製酶組成「轉錄複製複合體」，負責病毒轉錄複製的全過程，在各突變株中高度保守，是開發廣譜藥物的核心靶點。清華大學饒子和院士、婁智勇教授課題組，在國際上首次發現和重構了新冠病毒轉錄複製機器的完整組成形式，為發展新型、安全的廣譜抗病毒藥物提供了全新靶點，為優化針對聚合酶的抗病毒藥物提供了關鍵科學依據。
近20年，人類遭受了三次由冠狀病毒引發的重大疫情。大多數感染人的冠狀病毒來源於動物，而病毒在人際傳播往往是滯後的，疾病防控的關口需要在「時間」上前移。因此，此次入選的十大進展中，另外一項有關抗疫的研究，著重於預防新的冠狀病毒引發疫情。
這項由中國科學院微生物研究所高福院士團隊開展的研究，建立了高效評估冠狀病毒跨種識別能力的方法，利用這些方法對蝙蝠源性冠狀病毒和穿山甲源性冠狀病毒的跨種傳播潛在風險進行評估，發現上述三種冠狀病毒存在跨種傳播的潛在風險，提示我們要持續對動物源性冠狀病毒進行監測。
解謎 遠古生物如何進化、鳥兒遷徙為何不迷路
遠古時期的魚類如何進化登上陸地？地球上的鳥兒為什麼遠途遷徙不會迷路？2021年，中國的科學家又向解開更多生命的奧秘邁進一步。
西北工業大學生態環境學院王文、王堃團隊與中科院水生生物研究所何舜平、昆明動物所張國捷等團隊合作，發現硬骨魚祖先已進化出了適應陸地的相關初步遺傳基礎，並在肉鰭魚內得到進一步加強，最終進化為四足動物而成功登上陸地。這為破解4億多年前，脊椎動物如何從水生進化到陸生這一重大事件的遺傳創新機制，提供了關鍵認知和數據。
鳥類遷徙路線的形成過程、維持機制和在氣候變化下的未來趨勢，以及遷徙策略的遺傳基礎，一直是學界的研究熱點和難點。中國科學院動物研究所詹祥江團隊歷時12年，通過整合多年衛星追蹤數據和種群基因組資訊，建立了一套大陸尺度的北極游隼遷徙研究系統。不僅闡明瞭氣候變化在鳥類遷徙路線形成、維持及未來變化趨勢中的驅動作用，還揭示了長時記憶可能是鳥類長距離遷徙的重要基礎。該研究全面結合遙感衛星追蹤、基因組學、神經生物學等新型研究手段，展現了學科交叉型的創新性研究在回答重大科學問題中的關鍵作用。
抗癌 鼻咽癌有了新治療方法
鼻咽癌是「中國特色」腫瘤，年新發病例占全球一半。放療後的全身微小殘留腫瘤是其治療失敗的根源，而由於放療後患者身體狀況差，難以耐受既往高強度的傳統化療（完成率僅約40%~50%），成為制約療效提高的瓶頸。
生命科學研究能夠為抗擊癌症提供新的治療方法。中山大學腫瘤防治中心馬駿研究團隊提出了小劑量、長時間口服細胞毒藥物卡培他濱的節拍化療模式。這種治療方法，可通過抗血管生成、殺傷腫瘤幹細胞等機制持續抑制腫瘤，同時提高機體耐受性。臨床研究發現，在放療後使用這種方法可將失敗風險顯著降低45%，且嚴重毒副作用發生率減少了3%2F5，完成率達74%。同時這種方法方便可及，易於向基層推廣。由此，該研究打破了傳統化療的療效瓶頸，建立了鼻咽癌國際領先、高效低毒且簡單易行的治療新標準。
前沿 基因調控、納米尺度顯微鏡、腦科學相關成果入選
還有三項入選的十大成果，均聚焦國際生命科學研究的核心和前沿問題。
復旦大學徐彥輝團隊的研究成果，揭示了轉錄為何發生在幾乎所有基因的啟動子上，顛覆了關於啟動子識別和轉錄起始複合物組裝的傳統認識，對理解基因表達調控和相關生理病理過程具有重要意義。
中國科學院生物物理研究所徐濤院士組和紀偉研究組組成的技術攻關團隊，一直聚焦于突破光學顯微成像分辨率的研究，他們的研究成果可解析納米尺度的亞細胞結構，為生命科學研究提供了有力工具。該研究表明光學顯微鏡已經步入納米分辨率時代，我國科學家在該領域具備多學科交叉技術創新能力，研製的具有自主智慧產權的新型超分辨成像設備處於國際領先地位。
東南大學腦科學與智能技術研究院彭漢川、顧忠澤、謝維團隊建立了世界上首個完整的全腦單神經元分辨率大數據和資訊學平台並應用於全鼠腦研究，他們的研究對大腦細胞分型和功能、腦連接環路、全腦大規模模擬、類腦計算、基於生物腦的新型人工智慧算法和系統等會持續產生重要作用。
據瞭解，中國科協生命科學學會聯合體自2015年起開展評選以來，每年的評選都由生命科學、生物技術和臨床醫學等領域資深專家評選，並經中國科協生命科學學會聯合體主席團審核，推動了我國生命科學研究和技術創新，讓更多人瞭解了我國生命科學領域的重大科技成果。
（本報北京1月10日電 本報記者 詹 媛）
食 為糧食生產帶來顛覆性革命
民以食為天。吃得飽吃得好是人們共同的追求，然而目前的糧食生產，仍離不開「靠天吃飯」，生命科學技術能有哪些變革，從而為「食」提供新方案呢？此次的十大進展中，就有兩項與「食」相關。
澱粉是糧食最主要的成分，也是重要的工業原料。能不能跳過農業種植，直接在實驗室合成澱粉呢？此次入選的「從二氧化碳到澱粉的人工合成」，就在國際上首次實現了澱粉的人工全合成，該成果將在下一代生物製造和農業生產中帶來變革性影響。這項由中國科學院天津工業生物技術研究所聯合大連化物所等單位開展的研究，顛覆了植物合成澱粉的複雜過程，能效和速率超越玉米等農作物，為澱粉的車間製造打開了一扇窗。這項研究在國際上引起強烈反響，被認為是一項里程碑式突破。
水稻作為我國的主食之一，對其改良從而提高產量歷來備受重視。在2021年，我國科學家在水稻育種方面又有新突破。中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋團隊首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，並成功創製了改良落粒性、芒性、株高、粒長、莖稈粗度、生育期等不同類型的四倍體水稻新材料，突破了全部技術瓶頸。該成果開闢了全新的育種方向，對應對未來糧食危機提供了新的可行路徑，有望對世界糧食生產帶來顛覆性的革命。
抗疫 給預防、治療新冠肺炎帶來希望
有關抗擊疫情的兩項研究，「新型冠狀病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒藥物的機制研究」與「冠狀病毒的跨種識別和分子機制」對當今國際社會複雜的抗疫形勢有重大意義。
當前，新冠病毒肺炎疫情已持續兩年，不斷出現的突變株對發展廣譜藥物提出急迫需求。由病毒複製酶組成「轉錄複製複合體」，負責病毒轉錄複製的全過程，在各突變株中高度保守，是開發廣譜藥物的核心靶點。清華大學饒子和院士、婁智勇教授課題組，在國際上首次發現和重構了新冠病毒轉錄複製機器的完整組成形式，為發展新型、安全的廣譜抗病毒藥物提供了全新靶點，為優化針對聚合酶的抗病毒藥物提供了關鍵科學依據。
近20年，人類遭受了三次由冠狀病毒引發的重大疫情。大多數感染人的冠狀病毒來源於動物，而病毒在人際傳播往往是滯後的，疾病防控的關口需要在「時間」上前移。因此，此次入選的十大進展中，另外一項有關抗疫的研究，著重於預防新的冠狀病毒引發疫情。
這項由中國科學院微生物研究所高福院士團隊開展的研究，建立了高效評估冠狀病毒跨種識別能力的方法，利用這些方法對蝙蝠源性冠狀病毒和穿山甲源性冠狀病毒的跨種傳播潛在風險進行評估，發現上述三種冠狀病毒存在跨種傳播的潛在風險，提示我們要持續對動物源性冠狀病毒進行監測。
解謎 遠古生物如何進化、鳥兒遷徙為何不迷路
遠古時期的魚類如何進化登上陸地？地球上的鳥兒為什麼遠途遷徙不會迷路？2021年，中國的科學家又向解開更多生命的奧秘邁進一步。
西北工業大學生態環境學院王文、王堃團隊與中科院水生生物研究所何舜平、昆明動物所張國捷等團隊合作，發現硬骨魚祖先已進化出了適應陸地的相關初步遺傳基礎，並在肉鰭魚內得到進一步加強，最終進化為四足動物而成功登上陸地。這為破解4億多年前，脊椎動物如何從水生進化到陸生這一重大事件的遺傳創新機制，提供了關鍵認知和數據。
鳥類遷徙路線的形成過程、維持機制和在氣候變化下的未來趨勢，以及遷徙策略的遺傳基礎，一直是學界的研究熱點和難點。中國科學院動物研究所詹祥江團隊歷時12年，通過整合多年衛星追蹤數據和種群基因組資訊，建立了一套大陸尺度的北極游隼遷徙研究系統。不僅闡明瞭氣候變化在鳥類遷徙路線形成、維持及未來變化趨勢中的驅動作用，還揭示了長時記憶可能是鳥類長距離遷徙的重要基礎。該研究全面結合遙感衛星追蹤、基因組學、神經生物學等新型研究手段，展現了學科交叉型的創新性研究在回答重大科學問題中的關鍵作用。
抗癌 鼻咽癌有了新治療方法
鼻咽癌是「中國特色」腫瘤，年新發病例占全球一半。放療後的全身微小殘留腫瘤是其治療失敗的根源，而由於放療後患者身體狀況差，難以耐受既往高強度的傳統化療（完成率僅約40%~50%），成為制約療效提高的瓶頸。
生命科學研究能夠為抗擊癌症提供新的治療方法。中山大學腫瘤防治中心馬駿研究團隊提出了小劑量、長時間口服細胞毒藥物卡培他濱的節拍化療模式。這種治療方法，可通過抗血管生成、殺傷腫瘤幹細胞等機制持續抑制腫瘤，同時提高機體耐受性。臨床研究發現，在放療後使用這種方法可將失敗風險顯著降低45%，且嚴重毒副作用發生率減少了3%2F5，完成率達74%。同時這種方法方便可及，易於向基層推廣。由此，該研究打破了傳統化療的療效瓶頸，建立了鼻咽癌國際領先、高效低毒且簡單易行的治療新標準。
前沿 基因調控、納米尺度顯微鏡、腦科學相關成果入選
還有三項入選的十大成果，均聚焦國際生命科學研究的核心和前沿問題。
復旦大學徐彥輝團隊的研究成果，揭示了轉錄為何發生在幾乎所有基因的啟動子上，顛覆了關於啟動子識別和轉錄起始複合物組裝的傳統認識，對理解基因表達調控和相關生理病理過程具有重要意義。
中國科學院生物物理研究所徐濤院士組和紀偉研究組組成的技術攻關團隊，一直聚焦于突破光學顯微成像分辨率的研究，他們的研究成果可解析納米尺度的亞細胞結構，為生命科學研究提供了有力工具。該研究表明光學顯微鏡已經步入納米分辨率時代，我國科學家在該領域具備多學科交叉技術創新能力，研製的具有自主智慧產權的新型超分辨成像設備處於國際領先地位。
東南大學腦科學與智能技術研究院彭漢川、顧忠澤、謝維團隊建立了世界上首個完整的全腦單神經元分辨率大數據和資訊學平台並應用於全鼠腦研究，他們的研究對大腦細胞分型和功能、腦連接環路、全腦大規模模擬、類腦計算、基於生物腦的新型人工智慧算法和系統等會持續產生重要作用。
據瞭解，中國科協生命科學學會聯合體自2015年起開展評選以來，每年的評選都由生命科學、生物技術和臨床醫學等領域資深專家評選，並經中國科協生命科學學會聯合體主席團審核，推動了我國生命科學研究和技術創新，讓更多人瞭解了我國生命科學領域的重大科技成果。
（本報北京1月10日電 本報記者 詹 媛）
