12月21日，頂級期刊《科學(xué)》(Science)評選出“2018年十大科學(xué)突破”，其中7項(xiàng)與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)，“逐細(xì)胞追蹤發(fā)展”高居年度突破榜首。
在這份清單的末尾，有一個特殊的——部分“細(xì)目分類”。上個月有爭議的“第一個基因編輯嬰兒”事件被包括在內(nèi)，因?yàn)榈赖潞蛡惱韱栴}。
1、單細(xì)胞的發(fā)育過程
一個細(xì)胞一個細(xì)胞地發(fā)育
受精卵是如何產(chǎn)生構(gòu)成一個完整身體的多種細(xì)胞類型、組織和器官的？這是生物學(xué)領(lǐng)域最大的謎題之一。如今，結(jié)合單細(xì)胞測序技術(shù)和新的計算工具，來自哈佛大學(xué)、布羅德研究所和其他機(jī)構(gòu)的科學(xué)家提供了關(guān)于這一過程的最詳細(xì)的圖片。4月26日，《科學(xué)》雜志用三篇論文報道了這一突破。
處于早期發(fā)育階段的斑馬魚胚胎。熒光標(biāo)記突出了表達(dá)基因的細(xì)胞，這些基因有助于確定它們將成為何種類型的細(xì)胞。(哈佛大學(xué)希爾實(shí)驗(yàn)室杰弗里法雷爾)
我們知道，DNA是協(xié)調(diào)細(xì)胞增殖和分化的基礎(chǔ)。因此，在單個細(xì)胞中靶向基因(何時表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞分化)，最終可以拼湊出胚胎發(fā)育的細(xì)節(jié)。
具體來說，這個探究過程分為“三部曲”:首先，研究團(tuán)隊(duì)從生物體中分離出數(shù)千個完整的細(xì)胞；隨后，每個細(xì)胞的遺傳物質(zhì)被有效地測序；最后通過計算機(jī)或細(xì)胞標(biāo)記工具重建這些細(xì)胞的時空關(guān)系。
一個細(xì)胞如何形成一個完整的身體
由于這一系列技術(shù)，科學(xué)家們描繪了胚胎發(fā)育的驚人細(xì)節(jié)，并以前所未有的清晰度觀看了單個細(xì)胞的發(fā)育過程。他們已經(jīng)搞清楚了扁蟲、青蛙、斑馬魚等動物的發(fā)育過程，并證實(shí)斑馬魚最初的單細(xì)胞胚胎可以產(chǎn)生25種主要的細(xì)胞類型。
發(fā)育生物學(xué)家曾經(jīng)認(rèn)為，細(xì)胞一旦開始向一個方向發(fā)育(比如發(fā)育成肌肉細(xì)胞)，就不會“偏離”這個方向。然而，這項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，一些斑馬魚細(xì)胞會“半路”轉(zhuǎn)向另一個發(fā)展方向。
科學(xué)家認(rèn)為，這場“運(yùn)動”將改變未來10年的生物學(xué)研究。單細(xì)胞革命才剛剛開始。(詳細(xì))
2、首個基因沉默藥物獲批上市
基因沉默藥物獲得批準(zhǔn)
今年8月，F(xiàn)DA宣布批準(zhǔn)首個基于RNA干擾(RNAi)技術(shù)的治療藥物——patisiran，適用于一種損害心臟和神經(jīng)功能的罕見疾病。
短RNA分子附著在信使RNA(藍(lán)色)上，阻止翻譯成蛋白質(zhì)。(瓦爾阿爾圖尼安/科學(xué))
由Alnylam公司研發(fā)的Patisiran通過沉默罕見病——遺傳性甲狀腺素淀粉樣變性相關(guān)基因，阻止突變的TTR在體內(nèi)的積累，從而防止心臟和神經(jīng)功能的損害。
1998年，科學(xué)家首次在網(wǎng)絡(luò)蠕蟲中證實(shí)了RNA干擾沉默基因的成果。2002年，Alnylam成立。四年后，斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的安德魯法爾和麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院的克雷格梅洛獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。
這是自20年前發(fā)現(xiàn)RNAi技術(shù)以來，首個被證明具有臨床價值并獲準(zhǔn)上市的RNAi藥物(它可以特異性沉默與疾病相關(guān)的特定基因，從而阻止致病蛋白的表達(dá))。
3、分子“CT”
分子結(jié)構(gòu)變得簡單
2018年10月，兩個研究團(tuán)隊(duì)同時發(fā)表論文，揭示了一種只需幾分鐘就能確定小分子有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的新方法，打破了傳統(tǒng)方法需要幾天、幾周或幾個月的“時限”。
現(xiàn)在可以從微米大小的晶體(黑色)中收集到結(jié)構(gòu)，這是電子顯微鏡的載玻片。(戈恩實(shí)驗(yàn)室)
他們向微小的3D晶體發(fā)射電子束，并在每次輕微旋轉(zhuǎn)時跟蹤衍射圖案的變化，從而在幾分鐘內(nèi)生成3D晶體的分子結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)技術(shù)非常適合繪制激素和潛在藥物的小分子結(jié)構(gòu)。
學(xué)術(shù)評價稱：這是小分子化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定的顛覆性突破，對未來藥物研發(fā)、分子探針設(shè)計和疾病病理分析具有重要意義。
4、古老的人類“混血兒”
一個古老的人類“混血兒”
今年，來自德國馬克斯普朗克人類進(jìn)化研究所的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)重要成果：他們發(fā)現(xiàn)了一個非凡的古代混血遺骸3354，其父親是尼安德特人，母親是丹尼索瓦人。他們生活在大約9萬年前，都是已經(jīng)滅絕的人類。
在俄羅斯丹尼索瓦山谷的一個山洞里發(fā)現(xiàn)的骨頭碎片。(托馬斯海厄姆，牛津大學(xué))
其中尼安德特人主要生活在歐洲，丹尼索瓦人曾遍布亞洲。這塊骨頭的主人被證明是丹尼索瓦人和尼安德特人的第一個雜交后代。
一位遺傳學(xué)家評論道，“在眾多經(jīng)歷過基因組測序的人類中，她可能是史上最迷人的。”
5、法醫(yī)系譜學(xué)走向成熟
法醫(yī)系譜成年了
約瑟夫詹姆斯迪安杰羅是一名臭名昭著的罪犯，他在20世紀(jì)70年代和80年代犯下了12起謀殺、45起強(qiáng)奸和120起盜竊案。然而，警方無法確定嫌疑人的身份，因?yàn)檫@名殺手被稱為夜行者和金州黑仔。
約瑟夫詹姆斯迪安杰羅，所謂的金州黑仔。(PAUL KITAGAKI Jr ./薩克拉門托蜜蜂隊(duì)，通過美聯(lián)社/游泳池)
為了抓住他，警方求助于一個強(qiáng)大的“武器”——，通過基因譜系來識別罪犯。將犯罪現(xiàn)場的DNA文件上傳到GED match(一個系譜學(xué)家共享的公共數(shù)據(jù)庫)。后來他們找到了兇手的第三代或者第四代親屬，建立了兇手的家譜，最終鎖定了兇手。
在“法醫(yī)系譜”的幫助下，執(zhí)法部門之前已經(jīng)成功解開了約20個未解之謎。
雖然這種策略背后的隱私侵犯一直備受爭議，但“金州黑仔”的案例讓所有人都同意，至少家譜可以用來識別暴力罪犯。
6、原始世界的分子窗口
原始世界的分子窗口
今年9月，發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇文章揭示，在6.35-5.41億年前的一種生物化石(Dickinsonia)中發(fā)現(xiàn)了膽固醇分子，這是動物生命的標(biāo)志。科學(xué)家證實(shí)，這種生物是地球上已知最古老的動物之一。
一個Dickinsonia化石含有膽固醇樣分子的痕跡，這是動物生命的標(biāo)志。(格拉日丹金)
在隨后的10月，另一個研究小組在6.6-6.35億年前的巖石中發(fā)現(xiàn)了僅由海綿組成的分子痕跡。這意味著海綿這種動物生命形式可能比最古老的化石早進(jìn)化了1億年。
7、細(xì)胞內(nèi)的“相分離”
細(xì)胞如何排列它們的內(nèi)容
細(xì)胞是生命的基本單位。它里面的成分是如何協(xié)調(diào)，保證在正確的時間和地點(diǎn)發(fā)揮生理功能的？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這與細(xì)胞中的液滴有關(guān)。最新研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞中液滴無處不在。
由蛋白質(zhì)和RNA形成的液滴正在成為一種新的細(xì)胞組織形式。(蘭登等。科學(xué)2018)
自2009年以來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中的許多蛋白質(zhì)可以分離或濃縮成離散的液滴。
這種“液-液相分離”類似于醬中的油和醋的“分離”。它是細(xì)胞生物學(xué)中最熱門的話題之一，因?yàn)橛凶C據(jù)表明，這種分離促進(jìn)了關(guān)鍵的生化反應(yīng)，似乎是細(xì)胞的基本組織原則。今年，科學(xué)雜志上的三篇論文表明，這種“相分離”是驅(qū)動DNA轉(zhuǎn)錄成RNA的原因。
8、負(fù)面事件：基因編輯嬰兒
值得一提的是，在這兩天《自然》雜志公布的“2018年度十大人物”名單中，因“首例基因編輯嬰兒”事件而在整個學(xué)術(shù)圈乃至全世界引發(fā)爭議的何建奎名列其中。
體外受精，基因編輯的第一步。(醫(yī)學(xué)/科學(xué)來源)
科學(xué)認(rèn)為，這是一個充滿倫理爭議的命題。
人類改寫自己的遺傳密碼是一個不小的成就。另一方面，在不同的環(huán)境下，種系基因編輯很可能成為今年的科學(xué)突破。但“編輯嬰兒”顯然已經(jīng)突破了生命倫理的底線。
何建奎用一種名為CRISPR的基因編輯技術(shù)改變了嬰兒的基因組，目的是保護(hù)孩子免受艾滋病毒感染。但事實(shí)上，行業(yè)權(quán)威認(rèn)為他的實(shí)驗(yàn)沒有意義，不道德，不應(yīng)該做。(詳細(xì))
學(xué)界認(rèn)為他的“冒進(jìn)”打破了生殖細(xì)胞試驗(yàn)的共識，也違反了我國的相關(guān)法律法規(guī)和準(zhǔn)則(此類研究絕不應(yīng)開展和資助)。
寫在最后
這個評選是一年一度的科學(xué)傳統(tǒng)。他們會邀請記者、編輯和業(yè)內(nèi)人士評選出年度“最佳突破”成果或科學(xué)發(fā)現(xiàn)，讓讀者投票。
因此，這份名單也被認(rèn)為是“人民的選擇——伴隨著科學(xué)的選擇”。
在今年的“投票環(huán)節(jié)”中，單細(xì)胞發(fā)育和基因沉默藥物分別以35%和30%獲得第一和第二名。
2018年即將結(jié)束，這些科學(xué)成果只是新的開始。將來，他們最終會在生命醫(yī)學(xué)史上留下更多的印記.
編輯：探索君