盡管受新冠疫情帶來(lái)的各種阻礙所困擾，但科學(xué)家們的前沿探索未曾停歇。即將過(guò)去的2021年，科學(xué)家擴(kuò)充了生命科學(xué)、基礎(chǔ)物理、太空探索等領(lǐng)域的認(rèn)知版圖。
總結(jié)來(lái)看，這一年，六大科學(xué)突破最亮眼。
人工智能預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)
用人工智能程序預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)登上美國(guó)《科學(xué)》雜志2021年十大科學(xué)突破榜首，也入選英國(guó)《自然》雜志2021年度科學(xué)新聞，足見這一成果意義重大。
7月，英國(guó)“深度思維”公司研究人員領(lǐng)銜團(tuán)隊(duì)在《自然》上發(fā)表論文說(shuō)，該公司的人工智能程序“阿爾法折疊”成功預(yù)測(cè)98.5%的人類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及其他20種生物幾乎完整的蛋白質(zhì)組。
研究人員指出，這項(xiàng)技術(shù)可能改變了結(jié)構(gòu)生物學(xué)的游戲規(guī)則，有望像冷凍電鏡那樣極大加速生命科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于多種疾病的研究來(lái)說(shuō)可能意義非凡。
更難能可貴的是，相關(guān)算法代碼對(duì)外開源。8月，中國(guó)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(jié)合的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)圖，涉及從DNA修復(fù)到基因表達(dá)的多個(gè)方面。
11月，德國(guó)和美國(guó)研究人員用“阿爾法折疊2”和冷凍電鏡繪制了“核孔復(fù)合物”結(jié)構(gòu)圖，它由30種蛋白質(zhì)組成，控制著物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核的路徑。
目前，科學(xué)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(biāo)準(zhǔn)模型現(xiàn)“裂縫”
4月，美國(guó)能源部下屬費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室公布了關(guān)于繆子反常磁矩測(cè)量的第一批實(shí)驗(yàn)結(jié)果，顯示基本粒子繆子的行為和粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型理論預(yù)測(cè)不相符。這一發(fā)現(xiàn)同時(shí)入選《科學(xué)》和《自然》年度榜單。
形成于上世紀(jì)六七十年代的標(biāo)準(zhǔn)模型可謂粒子物理學(xué)“金標(biāo)準(zhǔn)”，它描述了強(qiáng)力、弱力及電磁力這3種基本力以及組成物質(zhì)的基本粒子。此前，高能粒子對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)。而新研究發(fā)現(xiàn)，作為一種比電子更重的、不穩(wěn)定的類電子粒子，繆子比標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的更具磁性。
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室在公報(bào)中說(shuō)，該結(jié)果也許意味著“令人興奮”的新物理學(xué)的存在。繆子作為探索亞原子世界的一扇窗，可以探測(cè)到未知的粒子或力的存在。
《自然》報(bào)道說(shuō)，研究人員正再次確認(rèn)今年的計(jì)算結(jié)果，如果它們成立，并且理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間差異持續(xù)存在，可能標(biāo)志著有半個(gè)世紀(jì)歷史的標(biāo)準(zhǔn)模型首次預(yù)測(cè)失敗。
基因編輯技術(shù)首次顯療效
自問世以來(lái)，CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)就被寄予厚望。
然而，要使其治愈疾病的夢(mèng)想成真，研究人員需將CRISPR/Cas9系統(tǒng)成功傳遞到人體內(nèi)，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(guó)英特利亞醫(yī)療公司和美國(guó)再生元制藥公司研究人員發(fā)表臨床試驗(yàn)結(jié)果，首次證明CRISPR/Cas9技術(shù)在人體內(nèi)的療效。《科學(xué)》和《自然》年度榜單均列入這項(xiàng)成果。
據(jù)《自然》報(bào)道，科學(xué)家在6名罕見病“轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性”患者體內(nèi)測(cè)試了CRISPR/Cas9基因編輯療法，結(jié)果所有人與疾病相關(guān)的畸形蛋白質(zhì)水平均有所下降。
其中，接受高劑量療法的參與者體內(nèi)畸形蛋白質(zhì)水平平均下降達(dá)87%。《科學(xué)》評(píng)價(jià)說(shuō)，在人體內(nèi)部署CRISPR/Cas9表明，科學(xué)家在運(yùn)用該技術(shù)上“更進(jìn)一步”。
火星探測(cè)多國(guó)接連獲突破
2021年，火星這顆遙遠(yuǎn)的紅色星球異常“熱鬧”，多國(guó)火星探測(cè)獲得突破。火星探測(cè)也是《自然》和《科學(xué)》共同關(guān)注的年度科研進(jìn)展。
2月，美國(guó)航天局“毅力”號(hào)火星車登陸火星。4月，“毅力”號(hào)搭載的“機(jī)智”號(hào)無(wú)人直升機(jī)在火星上首飛成功，這是人造航空器首次在另一個(gè)行星上受控飛行，
為研發(fā)機(jī)器人或探索火星的先進(jìn)航空器打下基礎(chǔ)。9月，“毅力”號(hào)成功鉆取到火星巖石樣本，未來(lái)的太空任務(wù)將取回這些樣本供科學(xué)家分析，從中尋找過(guò)去可能存在過(guò)的生命跡象。
早在2018年就登陸火星的美國(guó)“洞察”號(hào)火星探測(cè)器今年探測(cè)到多次“火星震”，科學(xué)家根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)揭示了火星核、幔等內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
中國(guó)首輛火星車祝融號(hào)也于今年抵達(dá)火星。5月，天問一號(hào)探測(cè)器攜祝融號(hào)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(guó)印跡。
祝融號(hào)從火星上此前從未探索的區(qū)域收集到大量地質(zhì)數(shù)據(jù)。
阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)首個(gè)火星探測(cè)器“希望”號(hào)2月成功進(jìn)入火星軌道，開始對(duì)火星大氣層的監(jiān)測(cè)和研究，并拍攝到火星“極光”照片。
新冠口服藥成戰(zhàn)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(zhàn)疫“武器庫(kù)”：如果在感染早期服用抗新冠藥物，能有效預(yù)防癥狀和死亡。抗新冠口服藥的問世入選《科學(xué)》榜單。
11月，全球首款抗新冠口服藥——美國(guó)默克公司和里奇巴克生物醫(yī)藥公司聯(lián)合研發(fā)的莫那比拉韋在英國(guó)率先獲批使用。
據(jù)默克公司提交給監(jiān)管機(jī)構(gòu)的最終數(shù)據(jù)，該藥可將未接種疫苗的高風(fēng)險(xiǎn)人群住院或死亡風(fēng)險(xiǎn)降低約30%，低于Ⅲ期臨床試驗(yàn)中期分析得到的降低約50%的結(jié)果。
12月，美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)首款可緊急用于治療新冠感染的口服藥Paxlovid。
該藥由美國(guó)輝瑞公司生產(chǎn)，Ⅱ/Ⅲ期臨床試驗(yàn)中期分析結(jié)果顯示，該藥能降低89%的住院和死亡風(fēng)險(xiǎn)。
更多口服抗新冠藥物臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行，其中包括“老藥新用”。巴西研究人員10月報(bào)告說(shuō)，新冠感染早期患者服用常用抗抑郁藥氟伏沙明后死亡風(fēng)險(xiǎn)可降低約90%，重癥住院風(fēng)險(xiǎn)可降低約65%。
《科學(xué)》評(píng)論說(shuō)，科學(xué)家強(qiáng)調(diào)抗病毒藥物不能取代新冠疫苗，但它們?nèi)灾陵P(guān)重要。如果奧密克戎毒株導(dǎo)致突破感染（指接種疫苗后發(fā)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(shí)驗(yàn)室合成的單克隆抗體已革新了對(duì)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(duì)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(xiàn)效果。《科學(xué)》關(guān)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(xué)家從實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人體內(nèi)分離出最強(qiáng)大的抗體，并大量復(fù)制它們。隨著克隆技術(shù)、動(dòng)物模型和X射線晶體學(xué)的進(jìn)步，科學(xué)家可以篩選和制造更多單抗，大幅簡(jiǎn)化候選單抗的搜索過(guò)程。
截至年底，多款治療及預(yù)防新冠感染的單抗藥物緊急使用授權(quán)申請(qǐng)獲美國(guó)藥管局批準(zhǔn)。12月，中國(guó)首個(gè)新冠中和抗體聯(lián)合治療藥物也獲批上市。
針對(duì)流感病毒、寨卡病毒和巨細(xì)胞病毒的單克隆抗體藥物正處于研發(fā)中，還有兩款旨在預(yù)防嬰兒感染呼吸道合胞病毒的候選單抗被寄予厚望。
《科學(xué)》說(shuō)，盡管昂貴的價(jià)格和輸液給藥方式讓單抗藥物可及性受限，但隨著價(jià)格進(jìn)一步降低，以注射取代輸液，單抗藥物或?qū)⒊蔀閷?duì)抗傳染病“武器庫(kù)”中的“標(biāo)配”。
