《自然》公布2020十大科学发现，半数来自生物医学领域-返朴的财新博客-财新网

编辑 | 药明康德内容团队

2020年是不同寻常的一年。一种过去未知的病毒席卷全世界，造成了严重破坏。但正如顶尖学术期刊《自然》评论所说，这一年仍然产生了许多有新闻价值的科研进展。12月14日，《自然》公布了2020年度的十大科学发现。其中，有5项重要发现来自生物医学领域。

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缺少干扰素导致新冠重症

干扰素是人体内一类重要的抗病毒信号分子。9月，在线发表于《科学》的两篇研究论文表明，不同因素导致的干扰素缺乏，是感染新冠病毒后发展为重症的一个关键因素。

在其中一项研究中，科学家们分析了近千名重症新冠患者的血液样本，发现10%的患者体内有一种“内鬼”抗体，会针对人体天然产生的1型干扰素发起攻击。引人注意的是，此类抗体多出现在老年男性中。另一项研究中，科学家们发现有3.5%的重症患者，在与1型干扰素有关的8个基因上，带有某些突变，导致基因产物无法合成或应答干扰素。

这些发现为临床治疗COVID-19提供了评估预后、完善疗法的重要意义。

“激杀”潜伏的HIV病毒

导致艾滋病的病毒HIV能长期“潜伏”在宿主细胞的基因组中，几乎不转录，以此逃脱免疫系统的识别。这些潜伏病毒成为了目前根治艾滋病的主要障碍。

《自然》1月同期发表的两项研究，展示了用shock-and-kill策略破解HIV潜伏的重要进展。这种策略先通过增强病毒基因表达激活（shock）HIV，使被感染的细胞被免疫系统识别，然后一举杀死（kill）它们。

其中一项研究中，北卡罗莱纳大学（University of North Carolina）的科学家利用了药物AZD5582，通过激活非经典NF-κB通路促进HIV基因表达。另一项研究中，埃默里大学（Emory University）的科学家结合了两种免疫干预措施，先通过抗体疗法耗竭CD8+淋巴细胞，再使用药物N-803强烈激活信号分子白介素-15。

激活并杀死潜伏HIV的两种方法丨图片来源：参考资料[2]

《自然》评论，在小鼠和恒河猴等动物模型上，这两种干预手段对潜伏病毒的破坏可能是迄今为止最强烈的，并且可重复。这些研究展示了用药物逆转病毒潜伏的概念和技术挑战，以此为基础，科学家们将继续探索这种策略应用于治疗的潜力。

冷冻电镜突破原子分辨率

单颗粒冷冻电子显微镜（cryo-EM）是解析生物大分子三维结构的一种有力方法（可参考返朴文章《结构生物学的下一个突破：cryo-ET》）。得益于技术和算法方面的进步，自2013年以来，cryo-EM引起了一场分辨率革命。结构生物学家得以更直接地观察大分子的细节，从而理解三维结构如何赋予大分子生物功能。

今年10月，《自然》同期发表的两项研究中，来自欧洲的两支研究团队依赖硬件改良，进一步突破了cryo-EM在分辨率上的限制，获得了迄今最清晰的图像：首次确定蛋白质中单个原子的位置。

使用cryo-EM绘制单个原子图，其中单个原子显示为球形，蓝色网格代表冷冻电镜密度数据丨图片来源：参考资料[3]；Credit：Mark Herzik

CRISPR技术破解挑食之谜

基因组编辑工具CRISPR-Cas9的问世，让科学家有了全新的手段来探索长久以来观察到的生命现象。

例如，动物学家注意到，相近的物种对食物也可能有完全不同的喜好。常见的黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）和我们一样喜爱香蕉等香甜的水果，但来自印度洋塞舌尔群岛的一种果蝇Drosophila sechellia，唯独钟情于一种叫诺丽果（Morinda citrifolia）的臭果子——因为气味难闻，也被称为“呕吐果”。

借助CRISPR-Cas9，研究人员探查了果蝇挑食背后的神经基础和遗传变化。他们发现，有一类表达气味受体22a的感觉神经元在Drosophila sechellia中格外丰富，比他们分析的其他果蝇都多，并且证明了这类神经元正是它们品味与众不同的关键原因。

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“过去我们观察到了动物行为的无数变化，而在新的时代，我们可以利用遗传工具精确靶向各种生物的神经系统进行改变，结合两种资源，我们可以了解大脑如何进化，塑造出复杂的行为。”《自然》的评论文章总结。

打破物质-反物质的镜像对称性

根据日本神冈地下探测器“捕捉”到的中微子，日本T2K中微子合作组在4月发表《自然》封面文章，提供了宇宙中物质-反物质不对称性起源的首个证据。

位于地底深处的超级神冈中微子探测器丨图片来源：参考资料[5]；Credit：Kamioka Observatory/Institute for Cosmic Ray Research/The University of Tokyo

南极臭氧层持续恢复

1980年代，人们发现南极上空的春季大气中出现了巨大的臭氧层空洞，全世界因此缔约《蒙特利尔协定书》及其后续修正案，禁止生产和使用消耗臭氧层物质。2020年3月发表在《自然》的一篇报告指出，这一举措带来了臭氧层恢复迹象，臭氧空洞在南半球导致的大气环流变化也有所停顿。

史前遗址中的人类乱伦证据

爱尔兰久负盛名的Newgrange墓已有5000年历史，科学家利用古DNA测序手段，分析了其中埋葬的一些人类遗骸，意外发现一名男性为兄弟姐妹乱伦或亲子乱伦所生。研究团队推测，乱伦社会禁忌或许被相关贵族作为维持血统的一种策略。

寻找快速射电暴的起源

11月同期发表在《自然》上的三篇论文确定了一个快速射电暴在银河系内的起源。多个卫星及地面望远镜探测到的无线电波的明亮脉冲显示，它们来自银河系内的一颗磁星（拥有极强磁场的中子星）。这是第一个检测到无线电波以外辐射的快速射电暴，也是首个在银河系中被发现的快速射电暴。

用卫星数出地球上的每一棵树

研究人员分析了覆盖西非地区超过130万平方千米的高分辨率卫星图像，绘制出了约18亿棵树的树冠位置和大小。《自然》评论，这一研究成果让地面遥感领域即将迎来根本性飞跃。

压力山大，头发变白

在《自然》公布的年度10大科学发现中，有一项是其“新闻与观点”栏目中在2020年最受读者欢迎的研究报道。

在这项研究中，哈佛大学的科学家为我们揭示了为什么压力会催生白发。毫无疑问，2020年，是很多人倍感压力山大的一年……

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参考资料

[1] Interferon deficiency can lead to severe COVID. Retrieved Dec. 15, 2020, from https://www.nature.com/articles/d41586-020-03070-1

[2] Reactivation of latent HIV moves shock-and-kill treatments forward. Retrieved Dec. 15, 2020, from https://www.nature.com/articles/d41586-020-00010-x

[3] Cryo-electron microscopy reaches atomic resolution. Retrieved Dec. 15, 2020, from https://www.nature.com/articles/d41586-020-

[4] How a fly came to love the vomit fruit. Retrieved Dec. 15, 2020, from https://www.nature.com/articles/d41586-020-00535-1

[5] Matter–antimatter symmetry violated . Retrieved Dec. 15, 2020, from https://www.nature.com/articles/d41586-020-01000-9

[6] International regulations have paused a jet-stream shift in the Southern Hemisphere. Retrieved Dec. 15, 2020, from https://www.nature.com/articles/d41586-020-00787-x

[7] Incest uncovered at the elite prehistoric Newgrange monument in Ireland. Retrieved Dec. 15, 2020, from https://www.nature.com/articles/d41586-020-01655-4

[8] A fast radio burst in our own Galaxy. Retrieved Dec. 15, 2020, from https://www.nature.com/articles/d41586-020-03018-5

[9] Satellites could soon map every tree on Earth. Retrieved Dec. 15, 2020, from https://www.nature.com/articles/d41586-020-02830-3

[10] Bing Zhang et al., (2020) Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells. Nature. DOI: 10.1038/s41586-020-1935-3

本文经授权转载自微信公众号“学术经纬”。

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