忧郁症的测试|2018年中国十大科学进展揭晓。你知道什么?

发现想法并产生影响

2019年2月27日,科技部基础研究管理中心召开“2018年中国科学十大进展专家解读会”,发布了2018年中国十大科学进展。

分别:

1.基于体细胞核移植技术成功克隆恒河猴

2.第一个人工单染色体真核细胞诞生

3.揭示抑郁症的发生及氯胺酮的快速抗抑郁机制

4.开发出用于肿瘤治疗的智能 DNA 纳米机器人

5.目前测得最准确的引力常数G值

6.首次直接探测到1TeV附近的电子宇宙线能谱拐点

7.揭示水合离子的原子结构和魔数效应

8.创建纳米级和毫秒级成像技术来探测细胞内结构相互作用

9.调节植物生长代谢平衡,实现农业可持续发展

10.将人类生活在黄土高原的历史推向212万年前

“中国科学十大进展”评选活动由科技部基础研究管理中心牵头,迄今已成功举办14届。 ,开展基础研究普及宣传,促进公众对基础研究的理解、关心和支持,在全社会营造良好的科学氛围。

中国十大科技进步评选过程分为推荐、初选和终选三部分。 《中国基础科学》、《科学技术导报》、《中国科学院院刊》、《中国科学基金》、《科学通报》五个编辑部推荐了353项科研进展。研究成果于 2018 年至 2018 年 11 月 30 日正式发表。

2018年12月,科技部基础研究管理中心组织召开了中国十大科技进步初选会。生命科学、医学等四个组邀请专家从推荐的科学进展中选出30个项目进行最终评选。

最终评选采用网络投票方式,中国科学院院士、中国工程院院士、973计划咨询组专家、咨询组专家、973计划首席科学家等2600余人,邀请国家重点实验室主任、部分国家重点研发计划负责人。专家学者在线投票选出30项科学进展候选,前10项科学进展入选“2018年中国十大科学进展”。

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1

基于体细胞核移植技术成功克隆恒河猴

非人类灵长类动物是与人类最近的亲戚。由于遗传背景一致、无嵌合体的动物模型可以在短时间内大量生产,因此体细胞克隆技术被认为是构建非人灵长类转基因动物模型的最佳方法。

自1997年克隆羊“多莉”的报道以来,虽然很多实验室都尝试过从体细胞克隆猴子,但一直没有成功。中科院神经科学研究所/脑科学与智能技术卓越创新中心孙强、刘震研究团队历经五年研究,终于成功获得两只健康存活的体细胞克隆猴。

他们的研究发现,组蛋白去甲基化酶Kdm4d和TSA联合使用可以显着提高克隆胚胎的体外囊胚发育率和移植后受者的妊娠率。在此基础上,他们将胎猴成纤维细胞作为供体细胞进行核移植,将克隆胚胎移植到代孕受体后,成功获得了两只健康存活的克隆猴;颗粒丘细胞被用作供体细胞核。在核移植实验中,虽然也获得了两只足月个体,但两只猴子很快就死了。基因分析证实,两例克隆猴的细胞核DNA来源于供体细胞,而线粒体DNA来源于卵母细胞供体猴。

猴子体细胞克隆的成功是该领域的一个突破。该技术将为非人灵长类基因编辑操作提供更便捷、更精准的技术手段,使非人灵长类动物模型的广泛应用成为可能,进而推动灵长类动物生殖发育、生物医学、脑认知科学等研究的快速发展和脑部疾病机制。

德国科学院院士 Nikos K. 评论“克隆猴子:基础和生物医学研究的重要里程碑(NHP: A major in basic and)”,称这项工作证明了体细胞的用途核繁殖。克隆猕猴 打破技术壁垒,开启非人类灵长类动物作为实验模型的新时代的可行性,是生物医学研究领域真正的里程碑。

2

第一个人工单染色体真核细胞诞生

真核细胞一般含有多条染色体,例如人类有 46 条,小鼠有 40 条,果蝇有 8 条,水稻有 24 条。能否人为改变这些自然进化的真核生物的染色体数目,能否创造出功能正常的单染色体真核生物,是生命科学领域的前沿科学问题。

秦崇军、薛晓丽课题组、赵国平课题组、生物化学与细胞生物学研究所周金秋课题组、武汉弗雷泽基因信息有限公司等,自然利用真核酿酒酵母以含有16条染色体为研究材料,采用合成生物学“工程”方法和高效使能技术,在世界上首次人工创造出自然界不存在的简化生命——只有真核细胞含有单条染色体这项研究表明,通过人工干预可以简化自然复杂的生命系统,甚至可以人工创造出自然界中不存在的全新生命。

,等人。评论说,这可能是迄今为止最大的基因组重组,这些基因工程酵母菌株是研究染色体生物学中重要概念的强大资源,包括染色体复制、重组和分离。

3

揭示抑郁症的发生及氯胺酮的快速抗抑郁机制

抑郁症严重损害患者的身心健康,是现代社会自杀的重要原因,给社会和家庭带来巨大损失。然而,传统抗抑郁药起效缓慢(6-8周以上),仅对约20%的患者有效,表明目前对抑郁机制的认识尚未触及其核心。

近年来,意外发现麻醉剂氯胺酮在低剂量下具有快速(1小时内)和高效(70%的难治性患者起效)的抗抑郁作用。本世纪最重要的发现。但氯胺酮具有成瘾性,副作用多,不能长期使用。因此,了解氯胺酮快速抗抑郁的作用机制已成为抑郁症研究领域的“圣杯”,因为它将揭示抑郁症的核心脑机制,为开发快速、高效、无毒的药物提供科学依据。抗抑郁药。

2018年,浙江大学医学院胡海兰课题组在该领域取得突破:在抑郁症的神经回路研究中,课题组发现大脑中的反奖赏中枢——外侧缰核中的神经元活动是抑郁情绪的来源。该区域的神经元通过其特殊的高频密集“集群放电”抑制大脑中产生愉悦的“奖励中心”的活动。通过光遗传学技术,他们直接证明了缰核内的簇状放电是诱发动物绝望、快感缺乏等行为的充分条件。

针对抑郁症的分子机制,课题组发现这种簇状放电是由NMDAR型谷氨酸受体介导的。作为 NMDAR 阻滞剂,氯胺酮的药理机制正是通过抑制缰核。神经元的爆发式放电可以高速、高效地解除其对下游“奖赏中心”的抑制,从而在极短的时间内达到改善情绪的效果。同时,课题组对产生簇状放电的细胞分子机制进行了更深入的解释。

使用高通量定量蛋白质分析技术,他们发现抑郁症伴随着神经胶质细胞中钾通道 Kir4.1 的过度表达。 Kir4.1通道对抑郁症的调节植根于缰核中胶质细胞致密包裹神经元的组织学基础。在神经元-胶质细胞相互作用的狭窄界面中,胶质细胞上 Kir4.1 的过表达引发神经元胞外钾浓度降低,从而诱导超极化,T-VSCC 钙通道激活,最终导致 NMDAR-介导的簇放电。

上述研究系统解释了抑郁症这一重大疾病的发病机制,颠覆了以往流行的关于抑郁症核心机制的“单胺假说”,为开发氯胺酮替代品和避免其成瘾提供了契机。等副作用提供了新的科学依据。同时,研究所鉴定的NMDAR、Kir4.1钾通道、T-VSCC钙通道等可作为快速抗抑郁药的分子靶点,可为开发更多药物提供依据。以及更好的抗抑郁药物或干预技术。它提供了新的思路,对最终战胜抑郁症具有重要意义。等期刊发表了有关这项工作的新闻,称其为“惊人的发现”。

4

研发出一种用于肿瘤治疗的智能DNA纳米机器人

利用纳米医学机器人实现对人类重大疾病的精准诊断和治疗,是科学家们追求的伟大梦想。国家纳米科学中心聂广军、丁宝全、赵玉良课题组与美国亚利桑那州立大学闫浩课题组合作,在体内给药纳米机器人研究方面取得突破,实现了纳米机器人在体内(小鼠和猪)。 ) 在血管内稳定工作,高效完成定点给药功能。

研究人员基于 DNA 纳米技术构建了一个自动化 DNA 机器人,并将凝血酶凝血酶加载到机器人中。纳米机器人用特定的DNA适体进行功能化,可以与肿瘤相关内皮细胞上特异性表达的核仁素结合,从而精确靶向肿瘤血管内皮细胞;并作为响应分子开关开启DNA纳米机器人,在肿瘤部位释放凝血酶,激活其凝血功能,诱导肿瘤血管栓塞和肿瘤组织坏死。

这种创新方法的治疗效果已在多种肿瘤中得到证实,包括乳腺癌、黑色素瘤、卵巢癌和原发性肺癌。并且在小鼠和巴马小型猪的实验表明忧郁症的测试,这种纳米机器人具有良好的安全性和免疫惰性。

上述研究表明,DNA纳米机器人代表了未来人类精准药物设计的新模式,为恶性肿瘤等疾病的治疗提供了新的智能策略。 ,其他评论认为这项工作是具有里程碑意义的工作; 《美国杂志》将这项工作评选为 2018 年全球四大科技进步,与同性生殖、液体活检和人工智能并列。

5

迄今为止测得的最准确的引力常数G值

牛顿万有引力常数G是人类已知的第一个基本物理常数,在物理学乃至整个自然科学中都发挥着非常重要的作用。两个世纪以来,实验物理学家围绕引力常数G的精确测量付出了巨大而艰苦的努力,但其测量精度仍是所有物理常数中最低的。

根据牛顿万有引力定律,G应该是一个不因测量位置和测量方法而改变的固定常数。但是,不同国际研究小组采用不同方法测得的G值并不匹配。

为了深入研究这个问题,华中科技大学物理学院引力中心的罗军、杨善清和邵承刚课题组一直在同时使用两种独立的方法自2009年以来——扭平衡周期法和扭平衡角加速度反馈法测量G值。

经过多年努力,2018年,两种方法均达到了迄今为​​止世界上最高的测量精度(G值分别为6. ×10−11和6. ×10−11m3/公斤,分别)。 /s2,相对标准差分别为11.64和11.61),更重要的是,两个结果在3倍标准差内是一致的。该杂志评论题为“记录准确测量引力常数(带 )”,称这项工作是迄今为止通过两种独立方法确定引力常数的最小不确定性的结果。引力常数的原因提供了一个很好的机会,也为进一步测量得到引力常数的真值提供了机会;并将该作品评价为“精密测量领域精湛工艺的典范”。

6

首次直接探测到1TeV附近的电子宇宙线能谱拐点

高能宇宙射线中的电子和正电子在行进过程中会迅速失去能量,因此它们的测量可以用作高能物理过程的探测,甚至可以用来研究暗物质粒子的湮灭或衰变。

基于地基切伦科夫伽马射线望远镜阵列间接探测得到的电子宇宙线能谱在1TeV(1TeV==1万亿电子伏特)附近有拐点迹象,但系统误差很大。

我国第一颗天文卫星悟空(DAMPE)的电子宇宙线能量测量范围较国外太空探索设备(如AMS-02、Fermi-LAT)有明显提升,扩大了范围人类从太空进入宇宙的窗口。

基于悟空前530天在轨测量数据,DAMPE合作组对25GeV—4.6TeV能量范围内的电子宇宙线能谱进行了精准分析前所未有的高能量分辨率和低背景。直接测量。 得到的能谱可以很好地用分段幂律模型而不是单一幂律模型拟合,这清楚地表明在 0.9TeV 附近存在拐点,这证实了间接测量的结果在地上。这种拐点反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力,其精确的衰减对于确定某些电子宇宙线是否来自暗物质起着关键作用。

另外,悟空得到的能谱在1.4TeV附近有异常流动的迹象,需要进一步的数据来确认精细结构的存在。

瑞典皇家科学院院士、诺贝尔物理学奖委员会秘书拉尔斯教授肯定,这是第一次直接测量这种拐点。约翰霍普金斯大学的 Marc 教授评论说,这是今年最激动人心的科学发展之一。

7

揭示水合离子的原子结构和幻数效应

离子与水分子结合形成水合离子是自然界中最常见和最重要的现象之一,在许多物理、化学和生物过程中发挥着重要作用。

早在19世纪末,人们就意识到离子水合作用的存在,开始了系统的研究。

100 多年来,水合离子的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点,而结论仍然没有定论。究其原因,在于缺乏原子尺度的实验表征方法和准确可靠的计算模拟方法。

北京大学物理学院量子材料科学中心姜英、王恩格、徐丽梅课题组和化学与分子工程学院高益勤课题组研制出新型扫描探针基于高阶静电力的技术,刷新了扫描探针显微镜空间分辨率、氢原子直接成像和定位的世界纪录,世界上第一张单水合钠离子的原子分辨率图像,以及发现特定数量的水分子可以转移水合物离子的迁移。速率增加了几个数量级,这是一种全新的动态幻数效应。

结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟,他们发现这种幻数效应源于离子水合物与表面晶格的对称匹配程度,在室温下仍然存在,具有一定的普遍性。该工作首次阐明了离子水合物在界面处的原子构型,并建立了离子水合物微观结构与输运性质之间的直接关联,颠覆了对受限系统中离子输运的传统认识。这对离子电池、防腐、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等诸多应用领域具有重要的潜在意义。

该杂志的主编 David 在一篇评论文章中说,这项研究产生了“完美的水合离子结构和动力学信息”。

8

用于探测细胞内结构相互作用的纳米级和毫秒级成像技术

在真核细胞中,细胞器和细胞骨架参与高度动态和有组织的相互作用,以协调复杂的细胞功能。观察这些相互作用需要对细胞内环境进行非侵入性、长期、高时空分辨率和低背景噪声成像。

为了实现这些通常对立的目标,中国科学院生物物理研究所李东课题组与霍华德休斯医学研究所和Eric等人合作,研制出掠入射结构光照明显微镜( GI-SIM)。 ) 技术,能够以 97 nm 的分辨率以每秒 266 帧的速度连续成像细胞基底膜附近的数千个动态事件。

研究人员使用多色 GI-SIM 揭示了多种新的细胞器-细胞器和细胞器-细胞骨架相互作用,加深了对这些结构复杂行为的理解。微管生长和收缩事件的准确测量有助于区分微管动态不稳定性的不同模式。对内质网 (ER) 与其他细胞器或微管之间相互作用的分析揭示了新的 ER 重塑机制,例如 ER 搭载在移动细胞器上。此外,研究发现ER-线粒体接触点促进线粒体的分裂和融合。

中国科学院和杜克大学外籍院士王晓凡教授评论说,这项工作开发了一种可视化活细胞中细胞器和细胞骨架的动态相互作用和运动的新技术,它将改变细胞生物学 科学开创了一个新时代,有助于更好地了解活细胞条件下的分子事件,并为了解可能对整个生命科学学科产生重大影响的关键生物过程提供了一个机制窗口。

9

调节植物生长代谢平衡以实现农业可持续发展

通过增加无机氮肥的施用来提高农作物的生产力,可以确保全球粮食安全,但也会加剧对生态环境的破坏。因此,提高作物对氮肥的利用效率至关重要。这需要对植物生长发育、氮的吸收和利用以及光合固碳的协调调控机制有更深入的了解。

中科院遗传与发育生物学研究所傅向东课题组与合作者的研究表明,水稻生长调节剂GRF4与生长抑制剂DELLA之间的逆平衡调控赋予植物生长碳氮代谢。稳态协同调节。 GRF4促进并整合植物氮代谢、光合作用和生长发育,而DELLA则抑制这些过程。

DELLA蛋白的高水平积累是“绿色革命”品种的典型特征,使它们获得了优良的半矮化农艺性状,但伴随着氮素利用效率的下降。通过使 GRF4-DELLA 平衡向增加 GRF4 丰度的方向倾斜,可以提高“绿色革命”品种的氮利用效率并增加粮食产量,同时保持优良的半矮化性状。

因此,植物生长和代谢的协同调控是未来可持续农业和粮食安全的新育种策略。该杂志发表了一篇评论文章,认为育种策略预示着“一场新的绿色革命即将来临”。

10

将人类生活在黄土高原的历史推到212万年前

人类的起源和进化是世界前沿的重大科学问题。国际公认的非洲以外最古老的旧石器时代遗址是格鲁吉亚的德马尼西遗址,其历史可追溯至 185 万年前。

中国科学院广州地球化学研究所朱兆宇、古脊椎动物与古人类研究所黄伟文、英国埃克塞特大学罗宾带领的团队历经13年的研究,发现了陕西省蓝田县新旧址。石器遗址——上陈遗址。

研究人员结合使用黄土-古土壤地层学、沉积学、矿物学、地球化学、古生物学、岩石磁性和高分辨率古地磁测年,测试了数千组样本。建立了新的黄土-古土壤年代地层序列,在早更新世17层黄土或古土壤中发现了96件原地埋藏的旧石器时代文物忧郁症的测试,包括石芯、薄片、刮板、钻头、尖顶、石锤等。 126 万至 212 万年。

加上团队早前对蓝田公望岭直立人从115万年前到163万年前的重新定年,在212万年前的上陈遗址发现最古老的石器,将确定古人类的年代。蓝田活动。向前推了大约100万年,这个年龄比德马尼西遗址的年龄要早27万年,使上陈成为非洲以外最古老的古人类遗骸遗址之一。这将促使科学家重新审视有关早期人类起源、迁移、扩散和途径的重大问题。

此外,世界罕见的具有20多层旧石器文化的连续黄土-古土壤剖面的发现,将为已经处于领先地位的中国黄土研究拓展新的研究方向在世界上的地位。石文化技术的演进给出了年代尺度和环境标志。

澳大利亚国立大学 P. 教授评论说,这部轰动一时的作品确立了非洲以外已知最古老的人类相关遗址的年龄和气候背景,这对我们对人类进化的理解产生了巨大的影响,它不仅是中国科学的重大成就,也是2018年全球科学的一大亮点。

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