世界頂尖科學家協(xié)會（WLA）2月6日發(fā)布了一份近3萬字的2020《WLA年度發(fā)布》科學報告，涵括了包括疫苗、基因編輯、冷凍電鏡、AI預測蛋白三維結構以及室溫超導等24個科學熱點。

　　基因療法最受關注

　　2020年，受到新冠疫情的影響，全球在生物科技方面的進展被給予空前關注。與新冠直接有關的是mRNA疫苗（信使核糖核酸疫苗）的研發(fā)成功?？茖W家們表示：“mRNA技術可精準調控，設計出針對新冠病毒保護的疫苗，并能廣泛應用于其他醫(yī)療領域，象征著一個全新醫(yī)療時代的來臨，突顯了基礎生物醫(yī)學研究對醫(yī)學突破的重大意義?！?/p>

　　2013年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主蘭迪·謝克曼（Randy Schekman ）表示：“疫苗研發(fā)的成功，與新冠大流行釋放的世界各地生物醫(yī)學科學力量投入疫苗的研究設計密切相關?！彼J為，未來這種技術手段有望取得更大的突破。

　　不過科學家們也強調mRNA疫苗對冷鏈的需求可能會阻礙其推廣。1997年加拿大蓋爾德納國際獎獲獎科學家理查德海因斯（Richard Hynes）認為，不需要復雜冷鏈的單劑疫苗，在對抗新冠大流行將更為重要。

　　目前Moderna的新冠疫苗的保存要求儲存溫度為零下20攝氏度；輝瑞和拜恩泰科（BioNTech）的候選新冠疫苗的儲存溫度為零下70攝氏度。

　　投行SVB Leerink在給投資者的建議中寫道：“這些存儲條件將使傳統(tǒng)的藥房很難管理疫苗。盡管這些條件可以在一些醫(yī)院和實驗室中得到滿足，但仍然只能覆蓋一部分人群。疫苗的運輸和存儲將成為其是否具有競爭力的重要因素?！?/p>

　　過去一年中，新型的基因編輯技術成功治愈了小鼠的遺傳性血液病，這是該技術首次應用于活體動物?！蹲匀煌ㄓ崱罚∟ature Communications）報道了這項研究結果，通過針對造血干細胞中的缺陷基因來治療血液的遺傳性疾病，如β地中海貧血和鐮狀細胞病。

　　對此，頂尖科學家協(xié)會點評稱：“CRISPR基因編輯技術為治愈不治之癥提供了有效解決方案，其發(fā)展空間廣闊，并將促使相關新技術大量涌現(xiàn)。但在關注技術價值的同時，它的公平性、可控性和倫理性也應特別注意?！?/p>

　　近年來，基因療法廣受資本追捧，相關初創(chuàng)公司估值飆升。德國研究人員上個月在《自然通訊》雜志上發(fā)表論文，稱使用基因療法設計的細胞因子能使脊髓損傷后癱瘓的小鼠能夠再次行走。科學家通過向大腦注射人類設計的蛋白，重新建立了迄今為止在哺乳動物中無法修復的神經(jīng)連接。

　　但要開發(fā)出讓更多人受益的基因療法，仍然有很長的路要走。一位中國神經(jīng)科學臨床醫(yī)生對第一財經(jīng)記者表示：“小鼠較強的自我恢復特性可能對未來潛在的治療性藥物在人類中的應用產(chǎn)生巨大的影響，期待這一療法盡早在臨床當中得到驗證?！?/p>

　　去年，科學家們還在人類基因序列的研究方面取得突破，首次“從頭到尾”（從端粒到端粒）確認了人類X染色體的完整序列，其中不存在任何缺口，它的精確度達到了前所未有的水平?！斑@一成果也標志著創(chuàng)造出精確到堿基的完整人類染色體已經(jīng)成為現(xiàn)實，基因組學研究或許將邁入新的時代?！表敿饪茖W家協(xié)會的專家們表示。

　　在人類基因的“拼圖”中，DNA重復序列在基因組中非常普遍，一直是巨大的挑戰(zhàn)。大多測序技術只能制造出長度很小的“短片段讀取”，重復序列就會導致許多看起來幾乎完全相同的短片段出現(xiàn)。

　　不過，也有研究人員對于這項研究成果“不存在任何缺口”的說法提出質疑?；驕y序公司思勤醫(yī)療創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官茅矛對第一財經(jīng)記者表示：“人類基因組的圖譜并沒有真正意義上完成，還有一些缺口需要彌補，這項工作的重要性似乎還有待評判?！?/p>

　　AI助力生物科技發(fā)展

　　AI在生物科技領域正在發(fā)揮越來越重要的作用。過去一年中，科學家借助AI的力量，提高了蛋白質三維結構預測的精準度。由谷歌投資的英國AI研究實驗室DeepMind在蛋白折疊預測方面取得重要突破。去年12月，DeepMind發(fā)布消息稱，其人工智能系統(tǒng)“AlphaFold”人工智能系統(tǒng)參加了由結構預測關鍵評估組織（CASP）的一項如何計算蛋白質分子3D結構的競賽，并且預測準確性達到前所未有的水平。DeepMind表示，這將“為解決人類50年來的巨大挑戰(zhàn)鋪平道路”。

　　”AI對蛋白質折疊的極近準確預測，是2020年生物醫(yī)學領域最重要的科學進展之一，它對結構生物學意義重大，并有望進一步擴展到蛋白質精準結構預測的層面，對生物學發(fā)展產(chǎn)生深遠影響?！绊敿饪茖W家協(xié)會評論稱。

　　2009年諾貝爾化學獎得主文卡拉馬克里希南（Venki Ramakrishnan）進一步解釋道：”DeepMind的一個小組開發(fā)了一種名為AlphaFold的機器學習算法，該算法能夠從序列中預測出很大一部分以前未知的結構。這些結構的準確性接近于實驗方法的準確性，并且它們可用于多達1000個基團的相當大的蛋白質?！?/p>

　　拉馬克里希南認為，這是一項重大突破，對結構生物學具有重要意義。如果可以擴展到預測蛋白質之間的界面結構，它就可以預測細胞內的相互作用，從而生成描述這種相互作用的一個全面圖譜，對生物學產(chǎn)生深遠影響?！?/p>

　　1997年加拿大蓋爾德納國際獎獲獎科學家理查德海因斯（Richard Hynes）認為，而結合冷凍電鏡的結構表征，將在理解蛋白質的結構特征并可能對其進行修飾方面取得巨大進展。

　　科學的發(fā)展正在跨越物理、化學和生物的邊界。過去一年中，冷凍電鏡已經(jīng)達到了原子分辨率?？茖W家將分辨率提高到單個原子水平，超越了0.1納米的極限，并成功觀測到了新冠病毒刺突蛋白融合前的結構構象及作用狀態(tài)，為疫苗的成功接種打下了基礎。

　　上海科技大學iHuman研究所執(zhí)行所長劉志杰教授對第一財經(jīng)記者表示：“隨著蛋白質折疊的預測精確度不斷提升，未來將在生命科學領域發(fā)揮更加重要的作用?，F(xiàn)在的預測如果能達到電鏡的精度，就已經(jīng)可以對一些藥物進行設計，藥物設計是人工智能蛋白質折疊預測最大的應用領域?！?/p>

　　除了上述的科研成果以外，室溫超導的實現(xiàn)也引起科學家們的關注。2020年10月14日，《自然》（Nature）雜志在線刊登了美國羅徹斯特大學Ranga Dias等人在室溫超導領域的重大突破，研究人員跨越了零度（273K）這一節(jié)點，一舉實現(xiàn)288K（約15℃）溫度下的C-S-H體系超導，這也是首次包含三種元素的有機超導體系的研究。

　　“自超導被發(fā)現(xiàn)以來，室溫超導就一直是該領域的終極夢想，人類歷史上首次實現(xiàn)室溫超導，這是非常大的進步。不過，達成這次室溫超導的代價是高達260萬個大氣壓的高壓，可實用的室溫超導材料依然前路漫漫?！表敿饪茖W家們表示。

　　這意味著室溫超導仍然無法很快在現(xiàn)實應用中實現(xiàn)。2006年諾貝爾物理學獎得主喬治斯穆特三世（George Smoot III）分析稱：“超導體因其可以零電阻無損耗地導電，被廣泛應用于各種先進的實驗儀器，如核磁共振掃描儀使用的高場磁體以及粒子加速器。但降至極低溫才能出現(xiàn)超導特性導致成本高昂，無法用于現(xiàn)實生活。”

　　但找到一種室溫超導體具有巨大的技術重要性，這有助于解決世界的能源問題，提供更快的計算機，產(chǎn)生新穎的存儲器和存儲設備以及啟用超靈敏傳感器等。2010年諾貝爾物理學獎得主安德烈蓋姆（Andre Geim）點評稱：“盡管研究人員經(jīng)常懷疑室溫超導性是否可以實現(xiàn)，但是在從未預料到、或被認為不可能實現(xiàn)的溫度下反復發(fā)現(xiàn)了超導性，這是非常大的躍進?！?/p>

　　此外，科學家們還首次在原子尺度上拍攝到化學鍵的形成與斷裂的動態(tài)影像，為人類全面理解化學鍵提供了全新視角。其他的包括量子波動可在宏觀尺度上搖動實物、給量子測量過程拍快照等研究成果也令科學家們感到興奮。

　　參與盤點《WLA年度發(fā)布》的世界頂尖科學家認為，2020年的科學進步令人印象深刻，在這一年，“科學”是人們戰(zhàn)勝疫情最重要的“武器”。他們強調：“基礎科學將影響人類的未來，好奇心驅動的研究尤其重要。疫苗在如此短的時間里獲得成功，就是最好的證明。它提醒所有科學家，一旦基礎科學為創(chuàng)新的發(fā)展奠定基礎并形成科學方法，這種方法將成為解決許多重要問題的力量?！?/p>