2022年12月15日，國際頂尖學術期刊 Science 發(fā)布了2022年十大科學突破（2000 Breakthrough of the year），韋布空間望遠鏡當選年度突破之首。生命科學領域突破占比過半。

入選2022年度十大科學突破的還有：

• 更易于耕種的多年生水稻
• AI獲得創(chuàng)造性
• 驚人的巨型微生物
• RSV疫苗獲得突破進展
• 發(fā)現(xiàn)導致多發(fā)性硬化癥的病毒
• 美國通過具有里程碑意義的氣候法
• 在歐洲人群中發(fā)現(xiàn)抵御黑死病的基因變異
• 人類首次小行星防御試驗

• 200萬年前DNA重建古生態(tài)系統(tǒng)

本文重點介紹生命科學領域的6項年度科學突破。

更易耕種的多年生水稻

世界上主要的糧食作物——水稻、小麥、玉米，都是一年生作物，在每次收獲都必須重新種植。這對農民來說是繁重的勞作，還可能導致土壤侵蝕等環(huán)境問題。多年生作物可以減輕這些負擔，但培育足夠長壽和高產的作物一直是一個巨大挑戰(zhàn)。

而在今年，來自中國云南大學的胡鳳益團隊的研究成果表明，多年生水稻是可行的，實現(xiàn)了一次種植、多年生長，而且高產，能夠為農民節(jié)省繁重勞動。這項研究成果于2022年11月7日以：Sustained productivity and agronomic potential of perennial rice 為題，發(fā)表在了 Nature Sustainability 期刊【2】。

該研究詳細報道了胡鳳益團隊20多年來通過種間遠緣雜交創(chuàng)制多年生稻的研究成果?；趤喼拊耘嗟九c長雄野生稻種間雜交，研究團隊成功創(chuàng)制了多年水稻，培育了系列多年生稻品系，審定了3個多年生稻品種，在全球多年生糧食作物育種領域具有里程碑意義。

多年生稻品種“PR23”連續(xù)種植4年，每年收獲2季，平均每季產量為6.8噸/公頃，與一年生稻產量（6.7噸/公頃）相當。目前該品種正在快速推廣，去年，中國南方種植了1.5萬公頃，相比2020年增長了四倍。PR23和類似品種也正在非洲進行試驗。

胡鳳益（左三）驚人的巨型微生物

早在1999年，海洋生物學家 Olivier Gros 發(fā)現(xiàn)了一種特殊的細菌，由于其過大的尺寸，一開始以為它是一種真菌。

2022年6月24日，美國復雜系統(tǒng)研究實驗室的 Shailesh V. Date 團隊、Tanja Woyke 團隊、Jean-Marie Volland 團隊、與 Olivier Gros 團隊合作，在 Science 期刊上發(fā)表了題為：A centimeter-long bacterium with DNA contained in metabolically active, membrane-bound organelles 的研究論文【3】。

這項研究鑒定了這種肉眼可見的厘米級絲狀硫氧化細菌，并命名為華麗硫珠菌，DNA染色成像表明華麗硫珠菌具有龐大的基因組，是一個多倍體細胞。它含有超過50萬個基因組拷貝，基因組序列長度高達11.5至12.2兆bp，遠遠高于其它細菌基因組，與釀酒酵母基因組長度相當，但卻擁有更多的基因數(shù)量，多達約11788個。

這項研究顛覆了對細菌的傳統(tǒng)認知，動搖了將生命劃分為真核生物和原核生物的傳統(tǒng)觀念。

RSV疫苗獲得突破進展

呼吸道合胞病毒（RSV）通常只會引起輕微的類似感冒的癥狀，但在嬰兒中，這種病毒會使肺部的小氣道炎癥，在老年人中，它會惡化現(xiàn)有的肺部和心臟疾病。
50多年前，一種預防RSV的實驗性候選疫苗在臨床試驗中導致兩名兒童死亡，導致了80%的接種者住院，此后，RSV疫苗的研發(fā)中斷了數(shù)十年。之后發(fā)現(xiàn)了其中的關鍵原因：由整個RSV病毒的化學滅活版本制成的疫苗只能引發(fā)相對較弱的抗體，不僅不能阻止病毒感染，還會幫助RSV破壞呼吸道。

美國國家過敏和傳染病研究所的 Barney Graham 等人在2013年取得的一項關鍵進展，使得新的RSV疫苗能夠避免上述問題。基于這一發(fā)現(xiàn)，GSK和輝瑞開發(fā)的兩種RSV疫苗在大規(guī)模臨床試驗中證實，它們可以安全地保護受RSV影響最嚴重的兩個群體：嬰兒和老年人，而且都預防了60歲以上人群的嚴重疾病，沒有引起嚴重副作用。這些RSV候選疫苗可能會在明年獲得世界各地監(jiān)管機構的批準。

發(fā)現(xiàn)導致多發(fā)性硬化癥的病毒

多發(fā)性硬化癥（Multiple Sclerosis，MS），是一種免疫系統(tǒng)攻擊神經元的疾病，這種疾病在全球范圍內約有280萬患者，疾病一開始只引起輕度癥狀，包括視力模糊、疲勞和麻木，但逐漸會發(fā)展為無法說話或行走。
愛潑斯坦-巴爾病毒（EB病毒）一直是多發(fā)性硬化癥的主要懷疑對象，這種病毒在兒童時期就感染大多數(shù)人，然后潛伏在某些白細胞中。EB病毒主要通過唾液傳播，在新感染的青少年和年輕人中會導致傳染性單核細胞增多癥。幾乎所有的多發(fā)性硬化癥患者都存在EB病毒抗體，但95%的健康成年人也有，因此很難確定EB病毒是多發(fā)性硬化癥的病因。

2022年1月，Science 期刊和 Nature 期刊各發(fā)表了一篇研究論文【4、5】，前者證實了感染EB病毒會使多發(fā)性硬化癥發(fā)病風險增加32倍，這超過了吸煙對肺癌風險的增加。后者揭示了EB病毒感染增加多發(fā)性硬化癥發(fā)病風險的潛在機制：EB病毒的一種蛋白與大腦和脊髓中的一種蛋白類似，會欺騙免疫系統(tǒng)使其攻擊神經細胞。

這些發(fā)現(xiàn)為多發(fā)性硬化癥的預防和治療奠定了基礎，如果針對EB病毒的疫苗在臨床試驗中有效，那么就可以通過接種疫苗消滅多發(fā)性硬化癥。
在歐洲人群中發(fā)現(xiàn)抵御黑死病的基因變異
黑死病是由鼠疫耶爾森菌（Yersinia pestis）引起的，在公元1346年至1353年曾席卷整個歐亞大陸，據估計最多造成了60%的當?shù)厝丝谒劳?。這種毀滅性的大流行病一定是一種強大的選擇性力量，有利于具有特別有效免疫防御的人?？茖W家們一直想知道這種致命瘟疫是如何在幸存者身上留下印記的。

2022年10月10日，Nature 期刊發(fā)表了一篇題為：Evolution of immune genes is associated with the Black Death 的研究論文【6】。

研究團隊分析了黑死病之前、期間和之后埋葬的500多人的骨骼中的古DNA。他們發(fā)現(xiàn)，黑死病幸存者更有可能攜帶增強他們對鼠疫耶爾森氏菌（Yersinia pestis）免疫反應的基因變異，尤其是一種名為ERAP2的基因，其表達的內質網氨肽酶2蛋白能夠幫助免疫細胞識別和對抗病原體。

該基因有兩個版本，這兩種版本只相差一個堿基，一個版本表達全長內質網氨肽酶2蛋白，另一個版本則表達截短的內質網氨肽酶2蛋白。表達該全長蛋白的人在黑死病中幸存的概率是表達截短體蛋白的人的2倍。

在黑死病大流行后一個世紀了，ERAP2基因的保護性突變在歐洲人群中的快速傳播是迄今為止人類基因組自然選擇的最有力例子。如今，45%的英國人體內仍然存在ERAP2基因的保護性突變，這種保護性突變時仍在保護著他們，因為直到19世紀，黑死病仍在歐洲和亞洲流行。不過這種保護也是有代價的，這一基因突變也會增加自身免疫疾病的風險，例如克羅恩病和類風濕性關節(jié)炎。

200萬年前DNA重建古生態(tài)系統(tǒng)

直到最近，科學界認為DNA只能保存大約100萬年。比這更古老的遺傳物質會因為降解得太嚴重而無法被讀取。但這一觀點在今年12月份被打破了。

2022年12月7日，丹麥哥本哈根大學的研究人員在 Nature 發(fā)表了題為：A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA 的研究論文【7】。

研究團隊通過分析迄今恢復的最古老的環(huán)境DNA（eDNA），繪制了格陵蘭北部約200萬年前生態(tài)系統(tǒng)的樣貌，包括曾存在的動物和植物物種。這項研究使我們能以前所未有的程度探究并理解一個古代生態(tài)系統(tǒng)，同時揭示了一個沒有現(xiàn)代等同物的生態(tài)系統(tǒng)。

研究團隊對位于北格陵蘭的皮里地（Peary Land）的5個不同遺址采集的41例有機質富集沉積物樣本進行了DNA提取和測序。這里在200-300萬年前的氣候要比現(xiàn)在溫暖很多，然而，由于脊椎動物化石的稀缺，對當時居住在北極區(qū)的生物群落不甚了解。

研究團隊利用這些提取的環(huán)境DNA重現(xiàn)了古代生態(tài)系統(tǒng)的樣貌：一片生長著楊樹、樺樹和崖柏以及各種北極和北方灌木、草本植物的開闊北方林。DNA記錄證實了野兔的存在，來自遺址的線粒體DNA還揭示了其他動物存在的痕跡，包括乳齒象、馴鹿、嚙齒動物和雁類。研究團隊還恢復了海洋生物的古DNA，這些古DNA提示曾存在一個大西洋鱟（Limulus polyphemus）種群。這或許意味著該地區(qū)在更新世早期有著更溫暖的地表水環(huán)境，與之前的預測一致。這項研究結果證明了利用古代環(huán)境DNA追溯200萬年前生物群落演化的潛力。

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