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2018年度中国科学十大停顿揭晓!

发布时间:2019-02-27 12:49:56      来源:


27日,科技部基础研究管理中心宣布“2018年中国科学十大进步”。以体细胞核转移技术为基础,成功克隆了恒河猴中忠、华华等10项重大科学进展,在30个候选项目中脱颖而出。

根据投票排名,“2018年中国科学十大进步”如下:

基于体细胞核移植的恒河猴成功克隆

第一个人工单核真核细胞的建立

揭示氯胺酮抑郁症的发生及快速抗抑郁机制

智能DNA纳米肿瘤治疗机器人的研制

迄今为止测量的重力常数g的精度最高。

第一次直接探测1TEV附近的电子宇宙线能量谱

揭示水化离子的原子结构和幻数效应

创造用于检测细胞内结构相互作用的纳米和毫秒级成像技术

调控植物生长代谢平衡实现农业可持续发展

把黄土高原人类生活史推到212万年前

据报道,“中国科学十大进展”已成功举办14届,旨在宣传我国基础研究的重大科学进展,激发科学热情和科技人员的奉献精神,开展基础研究的科普宣传,促进社会公众参与。对基础研究的脱轨、关心和支持,在全社会营造良好的科学氛围。

具体获奖项目汇总如下:

基于体细胞核移植的恒河猴成功克隆

非人类灵长类与人类关系密切。体细胞克隆技术是构建非人灵长类基因修饰动物模型的最佳方法,因为它能在短时间内产生具有相同遗传背景且无嵌合体的动物模型。



“中中”和“华华”

自从1997年克隆绵羊“多莉”的报告发布以来,尽管许多实验室都试图研究体细胞克隆猴子,但都失败了。中国科学院神经科学研究所/脑科学与智能技术卓越创新中心的孙强、刘震经过五年的研究,成功获得了两只健康存活的体细胞克隆猴。

他们发现组蛋白h3k9me3去甲基化酶kdm4d和TSA的联合应用能显著提高体外胚泡发育率和移植后受孕者的妊娠率。在此基础上,用猴胚胎成纤维细胞作为供核细胞进行移植,并将克隆胚胎移植到替代受体。成功地获得了两只健康存活的克隆猴。在以颗粒积云细胞为供核的核移植实验中,也获得了两个足月出生的个体,但这两只猴子很快死亡。遗传分析证实,两种情况下克隆猴的核DNA均来源于供体细胞,线粒体DNA来源于卵母细胞供体猴。



体细胞克隆猴的成功是该领域从头开始的突破。这项技术将为人类灵长类基因编辑操作提供更方便、更准确的技术手段,使非人类灵长类动物模型成为可能,得到广泛应用,从而促进灵长类生殖发育、生物医学、脑认知科学和脑疾病机制的快速发展。

德国科学院院士Nikos K.Logotthetis评论道:“克隆猴子:基础和生物医学研究的重要里程碑”(克隆NHP:基础和生物医学研究的重要里程碑)。这项工作证明了利用体细胞核繁殖克隆猴子的可行性,打破了技术障碍,开创了将非人类灵长类动物用作实验的先河。模型的新时代是生物医学研究领域真正辉煌的里程碑。

第一个人工单核真核细胞的建立

真核细胞通常含有许多染色体,如人类46条,小鼠40条,果蝇8条,水稻24条。这些自然进化的真核生物的染色体数目能否人为地改变,能否形成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。



钱崇军、薛晓丽研究组、赵国平研究组、周金秋研究组、生物化学与细胞生物学研究所、武汉飞沙基因信息有限公司等团队合作,利用合成生物学“工程与生物学”成赫,研究自然界16条染色体的真核酿酒酵母。UA方法和高效的使能技术首次在世界上创造了一种自然界中不存在的简化生命——只有一条染色体的真核细胞。

这项研究表明,人工干预可以减少自然复杂的生命系统,甚至创造出自然界不存在的新生命。

自然,科学家和其他人评论说,这可能是迄今为止最大的基因组重塑。这些转基因酵母菌株是研究染色体生物学重要概念的有力资源,包括染色体复制、重组和分离。

揭示氯胺酮抑郁症的发生及快速抗抑郁机制

抑郁症严重损害患者的身心健康,是现代社会自杀的重要诱因,给社会和家庭带来巨大损失。然而,传统抗抑郁药物的作用很慢(超过6-8周),仅对20%的患者有效,这表明对抑郁机制的理解还没有达到其核心。



新的抑郁症模型

近年来,人们意外地发现,氯胺酮作为一种麻醉剂,在低剂量下具有快速(1小时内)和高效(70%难治性患者)的抗抑郁作用。它被认为是近半个世纪以来精神病学领域最重要的发现。但氯胺酮具有上瘾性,副作用大,长期不能使用。因此,了解氯胺酮的快速抗抑郁作用机理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、无毒的抗抑郁药提供科学依据。

2018年,浙江大学医学院胡海兰研究组在这一领域取得了突破。在对抑郁症神经回路的研究中,研究组发现,位于大脑中层奖赏中心的侧眼睑核的神经元活动是抑郁症的根源。这一区域的神经元细胞通过其特殊的高频密集“簇放电”抑制大脑中奖赏中心的活动,从而产生愉悦感。通过光遗传学技术,他们直接证明了在人眼珠核团放电是诱发动物绝望和丧失快乐的充分条件。

氯胺酮作为NMDAR的阻滞剂,其药理机制是抑制人眼球核神经元的簇状放电,高速高效地释放对下游奖赏中心的抑制,从而在很短的时间内达到改善情绪的效果。同时,本课题组对团簇放电的细胞和分子机理进行了较为深入的解释。

通过高通量定量蛋白谱,他们发现抑郁与胶质细胞中钾通道Kir4.1的过度表达有关。Kir4.1通道对抑郁症的调节是神经胶质细胞在人眼珠核内密集包裹神经元的组织学基础。在神经-胶质细胞相互作用的窄界面中,Kir4.1在胶质细胞上的过度表达导致细胞外钾浓度的降低,导致神经元的超极化和T-VSCC钙通道的激活,最终导致NMDAR介导的簇放电。

这些研究系统地解释了抑郁症的机制,推翻了抑郁症核心机制中普遍存在的“单胺假说”,为开发氯胺酮替代品、避免其成瘾等副作用提供了新的科学依据。同时,研究所确定的NMDAR、KIR4.1钾通道和T-VSCC钙通道可作为快速抗抑郁药物治疗的分子靶点,为开发更多更好的抗抑郁药物或干预技术提供了新的思路,对最终防治抑郁症具有重要意义。《科学与美国科学》等联合国期刊对这项工作进行了报道,称其为“一个惊人的发现”。

智能DNA纳米肿瘤治疗机器人的研制

利用纳米医疗机器人精确诊断和治疗人类重大疾病是科学家们追求的一个伟大梦想。国家纳米科学中心聂广军、丁宝全、赵玉亮研究团队与亚利桑那州立大学严浩研究团队在体内药物转运纳米机器人研究方面取得突破,实现了纳米机器人在体内(鼠、猪)血管的稳定工作,取得了很好的效果。e定点给药。



研究人员基于DNA纳米技术构建了一个自动化的DNA机器人,将凝血酶(一种凝血酶)加载到机器人中。通过特异性DNA适配器的功能化,纳米机器人可以与肿瘤相关内皮细胞上特异表达的核仁结合,精确定位肿瘤血管内皮细胞,并作为反应性分子开关,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。并诱发肿瘤血管栓塞和肿瘤组织坏死。



这种新方法在乳腺癌、黑色素瘤、卵巢癌和原发性肺癌中的治疗效果已经得到验证。此外,小鼠和巴马小型猪的实验表明,该纳米机器人具有良好的安全性和免疫惯性。

以上研究表明,DNA纳米机器人是未来人类精确药物设计的新模式,为恶性肿瘤等疾病的治疗提供了一种新的智能化策略。自然评论癌症,自然生物技术和其他评论认为这项工作是一个里程碑式的工作。《美国科学家杂志》(American Journal of Science)将这项工作与性繁殖、液体活检和人工智能一起列为2018年世界四大技术进步。

迄今为止测量的重力常数g的精度最高。

牛顿的万有引力常数G是人类已知的第一个基本物理常数。它在物理学乃至整个自然科学中都发挥着重要作用。在过去的两个世纪里,实验物理学家们为精确测量重力常数的g值做出了巨大而艰苦的努力,但其精度仍然是所有物理常数中最低的。



根据牛顿万有引力定律,g应该是一个固定常数,它不随测量位置和测量方法的变化而变化。然而,世界上不同研究群体测量的G值并不一致。

为了深入研究这一问题,华中科技大学物理学院万有引力中心的罗军、杨善庆和邵成刚自2009年以来采用了两种独立的测量G值的方法,即扭转尺度周期法和扭转尺度角加速度反馈法。



经过多年的努力,两种方法在2018年达到了世界上最高的测量精度(g值分别为6.674184*1011和6.674484*1011m3/kg/s2,相对标准差分别为11.64百万分率和11.61百万分率),更重要的是,两种结果在3个范围内一致。乘以标准偏差。《自然》杂志评论了“记录精度重力测量”这一主题。这项工作是迄今为止用两种独立方法测定重力常数的不确定性最小的结果。它为揭示重力常数测量差异的原因提供了一个很好的机会,同时也为进一步测量重力提供了一个很好的机会。常数的真值提供了一个机会,对这项工作的评价是“精密测量领域杰出技术的典范”。

第一次直接探测1TEV附近的电子宇宙线能量谱

高能宇宙射线中的负电子和正电子在传播过程中很快失去能量,因此它们的测量结果可以用作高能物理过程的探针,甚至可以用来研究暗物质粒子的湮灭或衰变。

基于对地面切伦科夫伽马射线望远镜阵列的间接探测,电子宇宙射线的能量谱显示出约1 tev(1 tev=1000 gev=1万亿电子伏)的转向迹象,但其系统误差非常大。

我国第一颗天文卫星“乌空”的能量测量范围明显高于国外空间探测设备(如AMS-02和费米-拉特)的能量测量范围,为人类在太空中观测宇宙打开了窗口。



根据在Goku之前530天的在轨测量,Dampe协作小组以前所未有的高能量分辨率和低背景,对25 gev-4.6 tev的能量范围内的电子宇宙线光谱进行了精确的直接测量。通过分段幂律模型而不是单幂律模型,可以很好地拟合乌空得到的能量谱,这表明在0.9tev附近有一个拐点,并证实了间接地面测量的结果。

这一拐点反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力,其精确的下降行为对确定电子宇宙射线的一部分是否来自暗物质起着关键作用。

此外,吴空得到的能量谱显示,在1.4tev附近有异常流动。需要进一步的数据来确认是否有一个良好的结构。

瑞典皇家科学院院士、诺贝尔物理学奖委员会秘书拉尔斯·伯格斯特罗姆教授确认,这是首次直接测量这一转变。约翰霍普金斯大学的马克·卡米奥科夫斯基教授评论说,这是今年最令人兴奋的科学进展之一。

揭示水化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、化学和生物过程中起着重要作用。

早在19世纪末,人们就认识到了离子水化的存在,并对其进行了系统的研究。

近百年来,水合离子的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点,至今尚无定论。其关键原因在于缺乏实验表征和原子尺度上精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蒋颖、王恩格、徐立梅与化学分子工程学院高义勤合作,开发了一种基于高阶静电力的新型扫描探针技术,刷新了世界空间分辨率记录。扫描探针显微镜,实现了氢原子的直接成像和定位,并在世界上首次获得。单钠离子水合物的原子分辨率图像表明,一定数量的水分子可以使水合物离子的迁移率提高几个数量级,这是一种新的动态幻数效应。

结合第一原理计算和经典分子动力学模拟,发现这种神奇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。本文首次阐明了离子水合物在界面处的原子构型,建立了离子水合物微观结构与输运性质的直接关系,颠覆了传统对受限体系中离子输运的认识。它在离子电池、腐蚀防护、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等方面具有重要的应用前景。

《自然评论化学》主编大卫席尔特评论说,这项研究产生了“关于水合离子结构和动力学的完美信息”。

创造用于检测细胞内结构相互作用的纳米和毫秒级成像技术

在真核细胞中,细胞器和细胞骨架以高度动态和有组织的方式相互作用,以协调复杂的细胞功能。观察这些相互作用需要细胞内环境的无创、长期、高时空分辨率和低背景噪声成像。



为了实现这些通常相互矛盾的目标,中国科学院生物物理学研究所的李东与美国霍华德休斯医学研究所的珍妮弗·利平科特·施瓦茨和埃里克·贝齐格合作,开发了一种掠入射结构光显微术(GI-SIM)技术,该技术可用于观察和观察动物的生长情况。它能以每秒97纳米的分辨率和266帧的速度动态检测近基膜。事件连续成千幅图像。



利用多色GI-SIM技术,研究人员揭示了细胞器、细胞器和细胞骨架之间的许多新的相互作用,加深了对这些复杂结构和行为的理解。精确测量微管的生长和收缩事件有助于区分微管的不同动态失稳模式。对内质网(ER)与其他细胞器或微管相互作用的分析揭示了内质网重构的新机制,如移动细胞器上的内质网。此外,还发现内质网线粒体接触点可促进线粒体的分裂和融合。



中国科学院外国院士、杜克大学教授王晓凡评论说,这项研究开发了一种新技术来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,这将使细胞生物学进入一个新的时代,有助于更好地理解分子事件。在活细胞中,并提供一个关键的洞察机制。生物过程的窗口对生命科学的整个学科都有很大的影响。

调控植物生长代谢平衡实现农业可持续发展

增加无机氮肥的施用,提高作物生产力,不仅可以保证全球粮食安全,而且会加剧对生态环境的破坏。因此,提高作物氮素利用效率具有十分重要的意义。这就需要更深入地了解植物生长发育、氮素吸收利用和光合固碳的协同调控机制。



中国科学院遗传学与发育生物学研究所合作者傅向东研究小组的研究表明,GRF4与生长调节剂della之间的反向平衡调节赋予植物生长与碳氮代谢之间稳定的共调节。GRF4促进和整合植物氮代谢、光合作用和生长,而della抑制这些过程。



della蛋白的高积累是“绿色革命”品种的一个典型特征,导致了半矮化的农艺性状,但同时降低了氮素利用效率。在保持半矮化特性的同时,通过倾斜GRF4-Della平衡,提高GRF4丰度,提高“绿色革命”品种的氮素利用效率和籽粒产量。

因此,植物生长与代谢的协调调控是未来可持续农业和粮食安全的一种新的育种策略。在《自然》杂志上发表的一篇评论中,育种策略宣布“一场新的绿色革命即将来临”。

10。把黄土高原人类生活史推到212万年前

人类的起源和进化是世界上一个重要的前沿科学问题。非洲以外最古老的旧石器时代遗址是佐治亚州的日耳曼遗址,可追溯到185000年前。

经过13年的研究,中国科学院广州地球化学研究所朱兆宇、脊椎动物古人类学研究所黄修文、英国埃克塞特大学罗宾·丹尼尔等领导的研究小组在陕西省蓝田县上城遗址发现了新的旧石器时代遗址。



研究人员利用黄土古土壤地层学、沉积学、矿物学、地球化学、古生物学、岩石磁学和高分辨率古磁测年等跨学科技术,对数千套样品进行了测试,建立了黄土古土壤新的年代地层序列,发现了96件旧石器器物。在17层黄土或早不等。

再加上团队之前对蓝田宫王岭直立人年龄的重新测定结果,从115万年到16.3万年前,在212万年前的上陈遗址发现了最古老的石器,使蓝田的古代人类活动时代向前推进了约100万年,比27万年前的时间提前了27万年。德玛尼西遗址,使上陈成为非洲以外最古老的古人类遗址之一。这将促使科学家重新审视早期人类的起源、迁移、扩散和路径等重大问题。



此外,世界上罕见的连续20层旧石器文化层黄土-古土壤剖面的发现,将为中国黄土研究开辟一个新的研究方向,中环境标志。

澳大利亚国立大学的安德鲁P.罗伯茨教授评论说,这项轰动性的工作确立了非洲以外已知最古老的人类相关遗址的年龄、气候和环境背景,并对我们对人类进化的理解产生了巨大的影响。这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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