《科学》发布2020年度科学突破！

图片来自Science杂志

2020年是特殊的一年，新冠疫情的爆发和流行改变了普通民众的日常生活，也极大地影响了科学家。科学家没有了面对面直接交流，课程和网上会议经常一个接一个排满了一天。很多人重新安排了研究计划以应对这一影响人类历史的重大健康危机。科学论文发表也发生了许多变化，预印本被广泛应用；在传统期刊上，新冠相关的工作经同行评议后快速随时上线。《科学》杂志第一篇关于新冠的文章是病毒刺突Spike蛋白的电镜结构，从投稿到接受最后发表仅仅用了9天（投稿到接受仅用9天！Science率先发布新冠病毒刺突蛋白电镜结构）。在疫情爆发的一年之内，万众期盼的多个疫苗完成了三期临床，逐步开展了普通人群的大规模接种工作。

按惯例，《科学》杂志评选了本年度十个重大科学突破，第一个就是带给人类希望的疫苗成功研制！

疫情大流行开始，很多人被困在家中，不能自由逛街、不能聚会活动，不少人伤心地问着同样的问题：“这样的日子什么时候是个头？（“When is this going to end?）”。但其实自从新冠病毒的基因组序列由中国科学家张永振团队发表公开后，对于COVID-19疫苗的研究便立刻开始了。

从今年二月开始，几家公司已经启动了积极的COVID-19疫苗项目。研发人员利用一系列令人眼花缭乱的技术来制造有效的疫苗。Moderna和辉瑞生物技术公司的合作建立在一种从未向市场推出过药物的战略上：实验室制造的mRNA疫苗。刺突蛋白（Spike）的遗传密码片段被重新设计并用一层脂肪包裹起来，方便其进入人体细胞之中，然后人类细胞就可以制造病毒蛋白。

但是制造疫苗不仅仅是技术的选择问题。它必须在成千上万接受注射或安慰剂的人身上进行测试，首先是安全性，其次是有效性，并需要对副作用进行监控。美国国家过敏和传染病研究所所长福奇博士曾经说过，制造新冠病毒的疫苗并不是从口袋里掏出疫苗来这么简单。福奇说，开发一种疫苗通常需要6-8年的时间，在最好的情况下，至少需要6到8个月才能知道它是否有效。

7月27日，Moderna和辉瑞生物技术公司的候选疫苗都进入了疗效试验，这些mRNA疫苗成为第一批突破终点线的疫苗（mRNA疫苗背后的故事！从不被看好的想法，到拯救人类的希望），截止11月科学家们发现每一种疫苗的功效约为95%。95%，这一数字远远好过大家的预期。因为像流感疫苗表现最好的年份有效率也不过60%。从来没有如此多的竞争者如此公开和频繁地合作，也从未有如此多的候选药物几乎同时进入大规模疗效试验，也从未有过政府、企业、学术界和非营利组织在如此短的时间内投入如此多的资金、力量和脑力来对付同一种传染病。团结的力量是巨大的。

但疫苗的研制成功也并非事件的终点，在其他方面整个世界还有一段漫长的、崎岖的路要走。疫苗的原料、生产、供应链、运输等问题是投产后要面临的另外的“大山”。疫苗可能可以预防疾病，但是不能隔绝传播也不能治疗疾病，转向人群中进行施用后可能会出现罕见的副作用等等问题。但是，科学家和医生们仍在砥砺前行，永远心怀希望。那些重聚的、团圆的、欢乐的场景正在不远处等着我们呢！

疫苗带给人们希望，疫情带来冲击，让大家认识到这个世界的割裂，各种误谬、不准确的消息和信息混杂、发酵，让辛勤工作科学家面临了更多的挑战。《科学》制作了时间轴线图，分享了一年来重要的相关科学事件和进展，并进行了特别评论：A divisive disease。

评述中，有中国完成了不可能的任务：对武汉进行封城极大地阻止了病毒的传播，防止疫情扩大。尽管药物的筛选研发并不十分理想，多国合作进行的临床实验—如英国Recovery和世界卫生组织的Solidarity项目—其结果表明了羟基氯喹和其它一些药物是无效的；临床实验同时也发现地塞米松治疗能降低三分之一死亡率。

“相信科学，依靠科学”是我们对抗这场危机的唯一的武器。但面对割裂和芜杂的外部世界，科学不再纯粹。评述特别指出了论文发表提速的同时也出现了一些不够严谨的文章，甚至像The Lancet和NEJM也跌落神坛（因为羟氯喹治疗新冠的研究都有过撤稿记录）。有些科学家发表了极富争议的意见，比如群体免疫的策略。这引起了科学社区的强烈反对，上千科学家共同签署了John Snow备忘录，声明群体免疫是“非常危险的谬论“。

大流行折射了人类的脆弱，科学仍需砥砺前行！《科学》还选出了另外四项生物医学研究进展（生物以外的项目包括：全球气候变暖预测、难以捉摸的快速射电暴源、世界上7幅最古老的洞穴壁画、人类首次实现高压下室温超导、科学家大罢工声援种族歧视）作为年度突破：

1. 人工智能成功预测蛋白结构

50年来，科学家们一直在努力解决生物学中最大的挑战之一：预测一串氨基酸在变成有功能的蛋白质时折叠成的精确3D形状。今年，他们实现了这个目标，开发了一种人工智能AlphaFold程序，它可以尽可能精确地预测大多数蛋白质结构。因为蛋白质的精确结构决定了它的生化功能，这个新项目可以帮助研究人员揭示疾病机制、开发新药甚至创造抗旱植物和更便宜的生物燃料。

2. 基因编辑工具CRISPR的首个基因治疗

CRISPR技术在今年荣膺诺贝尔奖，该技术已经在科学研究和医疗的方方面面中起到了关键性的作用。而在今年CRISPR技术更是在地中海贫血和镰刀型细胞贫血症这两种血液病的治疗中再立战功。地中海贫血患者携带氧气的血红蛋白水平低，导致虚弱和疲惫；而患有镰刀型细胞贫血症的人会产生一种有缺陷的蛋白质，导致镰状红细胞堵塞血管，导致严重疼痛、器官损伤和中风。为了治疗三名镰状细胞患者，研究人员分别采集了未成熟的血液干细胞，并利用CRISPR技术来关闭细胞中的一个开关，这个开关可以阻止成人体内胎儿形态的血红蛋白的产生，达到对抗镰刀型突变的效果。地中海贫血患者进行了治疗，这些患者通常需要输血，而在这种新疗法出现之后他们此后再也不需要输血了。但需要提处的一点是，CRISPR技术需要高科技医疗护理，每位患者的医疗费用可能会达到100万美金之多。未来，更加商业化的、价格更适宜的优化版CRISPR疗法将会更加为患者所需。

3. 探索HIV“精英“控制者的背后机制

HIV作为逆转录病毒可将其遗传物质整合进感染者基因组，躲过免疫系统的巡查和药物目标打击。人类感染者确实存在“精英“控制者，感染多年但体内病毒控制在非常低的载量，即使没有使用抗病毒药物仍然如此。

今年，一项研究招募了64名这样的HIV精英控制者，对照组则包含了41名在进行治疗的感染患者，以试图解开病毒低载量的秘密。研究发现，在精英控制者中，45%的HIV整合位点存在染色体中的“基因沙漠“，这些区域往往没有或很少有转录活动；这样原病毒很难继续复制扩散。而在普通感染者中，只发现17.8%的病毒整合位点是在这样基因沙漠区域。一旦HIV整合在基因中，随着基因被转录，病毒遗传物质得到复制扩增，感染迅速在体内扩散。这项研究成果虽然不能直接治愈，但提供一种全新的策略可能帮助有效控制感染（详见BioArt报道：Nature | 破解HIV精英控制者不发病之谜）。

4. “万物有灵“，聪明的鸟类

大脑新皮层（neocortex）包含多个垂直递进的神经元层，聚集了很多形态功能各异的神经元胞体。新皮层参与了很多神经的高级活动，如认知，感知、语言和逻辑推理等。这是人类复杂大脑活动的基础。而鸟类脑的神经元组织方式简单。依靠新技术3D偏振成像，科学家检查了鸽子和鹰的脑部，发现神经元不仅纵向并且横向连接，组织方式和人类的新皮层非常相似，说明了鸟类具备了高级神经活动的物质基础。而另一组科学家则发现了乌鸦可存在感官意识，这也是人类自我觉知的基础原始形式之一。感官意识存在于鸟类和哺乳动物，说明意识的起源非常早。

附生物以外的年度突破包括：

1、全球气候变暖预测

2、难以捉摸的快速射电暴

3、世界上7幅最古老的洞穴壁画

4、人类首次实现高压下室温超导

5、科学家大罢工声援种族歧视

原文链接：

https://science.sciencemag.org/content/370/6523/1392

来源：BioArt