Science年度十大科学突破公布

　　

生物通报道：每年年底，Science杂志都会按惯例评选出十大科学进展。本周Science杂志公布了该刊评选出的2012年度十大科学进展，今年的Science十大科学突破之首是物理学方面的成果：希格斯玻色子的发现，其余几项研究（与生物相关）包括：丹尼索瓦人基因组，干细胞制造卵子，X射线激光解析蛋白结构，基因组精密工程，ENCODE项目和脑机接口。与往年相同，今年十大科学突破中依旧是生命科学方面的占据主要地位。

丹尼索瓦人（Denisovans）基因组

今年8月，完成了尼安德特人亲戚：丹尼索瓦人的基因组测定，丹尼索瓦人与尼安德特人和现代人关系密切。

关于Denisovans的化石证据并不多，这个类群的存在是在2010年才被发现，当时科学家们在西伯利亚南部的一个山洞中，发现了三万年前一名年轻女性的指骨化石，这个化石既不是早期现代人，也不是尼安德特人，而属于一种我们尚不了解的类群：Denisovans。

由于Denisovans只有来自手指骨的少量样品，马普进化人类学研究所的Svante Pääbo 研发了一种处理解压缩后的DNA的技术，使其双链中的任何一条都可用于分子测序。利用这种方法，研究组获得了一个非常详尽的基因组序列（30X），类似于现代人类基因组研究中取得的序列质量。

研究人员比较Denisovan的基因组，和来自世界各地的现代人类的基因组。从中发现这一类群与东南亚群岛，包括美拉尼西亚和澳洲原住民人群具有一些更多相似的基因。进一步分析器基因组序列，研究人员还发现了尼安德特人与东亚，南美和欧洲人群的关系。这项研究还取得了几项发现，比如说，研究人员发现了Denisovans人群分离出去之后，人类基因组出现的近期改变的列表，也就是现代人独有的遗传变异。

续写Science十大科学突破 新基因组序列

干细胞制造卵子

去年，来自京都大学Mitinori Saitou实验室的同一研究小组成功地利用小鼠干细胞生成了功能性的精子。精子是身体的一些较简单的细胞，而卵母细胞则复杂得多。今年Saitou和他的同事们用两种细胞类型小鼠胚胎干细胞和诱导多能干细胞展开了研究。正如在早先精子研究中一样，他们利用一种信号分子鸡尾酒首先将干细胞转化为了外胚层细胞，然后生成了原生殖细胞（PGCs）。尽管雄性PGCs可以直接注入到不育雄性小鼠体内发育为精子，雌性版本还需要进一步的处理。

研究人员分离出不包含性细胞的胚胎卵巢组织，然后将他们实验室生成的PGCs加入到培养皿中。混合物自发地形成了卵巢样结构，它们随后被移植到雌性小鼠体内。4周后，干细胞源性PGCs发育成了卵母细胞。研究小组让它们受精，并将胚胎移植到了代孕小鼠体内。生成的后代能够长大自身具有生育能力。

Science干细胞里程碑式成果：人造卵子

X射线激光解析蛋白结构

科学家们首次通过一种超强X射线激光，揭示了一种蛋白前所未有的原子结构，从而证明了一种突破性蛋白结晶技术的可行性。不过相关结构生物学家也表示，要说这种x射线无电子激光器（x-ray free-electron lasers，XFELs，生物通译) 自此就能取代了传统的以X射线源作为同步加速器，已获得了数以万计蛋白质结构的方法，还为时尚早。

目前来说对于蛋白结构的测定，主要的技术方法包括X光衍射法、核磁共振谱法，以及传统的单颗粒电镜重构，其中存在两个方面的主要问题：第一个是获得合适大小的蛋白晶体，其次是利用不会降解蛋白的方法进行照射。

今年年初，美国科学家制造出了世界上波长最短、单色纯度的第一束原子X射线激光，他们通过强大的X射线激光，从位于密封舱中的氖原子内层中敲除电子。当其他电子再回落填补那些位置时，大约有1/50的原子通过发出一束X射线回应。这些X射线接着又激发临近的氖原子，随之产生了更多的X射线，如此的多米诺效应将原始X射线激光放大了2亿倍。

这种强大的X射线激光能用于多个方面，此番德国的科学家们就将其用在了蛋白结晶技术上——他们利用XFELs确定了一种关键酶的结构，这种酶对于单细胞寄生虫布氏锥虫（Trypanosoma brucei）存活至关重要，而后者正是非洲昏睡病的罪魁祸首。

Science：突破性技术揭示蛋白结构

基因组精密工程

今年来自梅奥医学中心的研究人员第一次利用人工酶切割一段基因序列中的部分DNA，并用合成DNA取代它们，对斑马鱼基因组部分序列进行了定制修改。

这种技术称为转录激活因子样效应物核酸酶（transcription activator-like effector nucleases ，TALENs）方法，相比ZFNs和 morpholinos，TALENs具有几个优势：它们更便宜、更有效，尤其是以一种开发活性形式应用时。ZFNs只能靶向特异序列，而TALENs有潜力对任何的DNA序列起作用。Morpholinos的效应是短暂的，而TALENs可造成永久性的改变。

随后科学家们在蟾蜍等其它动物中展开了这方面的研究，证明这种技术与已证实的基因靶向技术一样有效。国内清华大学的施一公和颜宁等人也于今年在Science杂志上报道了TALE特异识别DNA的分子机理，这提供了TALE蛋白的改造基础，极大地拓宽了TALE蛋白在生物技术应用上的前景。

Nature头条：基因编辑技术开启新篇章

清华大学颜宁，施一公再发Science文章

ENCODE项目

估计许多人都预测到了ENCODE项目成果会入选今年的十大科学突破。今年9月，一个聚集了422位科学家的国际团队，在经过十年的努力后，完成了解析基因组剩余部分（非编码区域）的工作。

研究人员发现，许多人类基因组的非编码部分包含蛋白可以绑定的区域，这将会影响附近和远处的基因表达。其它转录成RNA分子的非编码区从来没有翻译成蛋白。还有一些影响了DNA折叠和包装的方式。总之，这些区域并不是垃圾，据ENCODE的分析，80％的基因组区域具有一定的生化功能。

这项研究的影响是巨大的，这将重新定义什么是“基因”，也为寻求理解疾病机制，以及基因组是如何在三维空间中工作的，提供了新的线索。

十年努力，六篇Nature论文：讲述垃圾DNA的故事

八篇Nature文章：人类的后基因组时代

脑-机接口

今年5月，来自美国布朗大学，退伍军人事务所等处的研究人员报道了脑机结合的一项重大成果——成功帮助瘫痪患者利用大脑思维控制机器臂，实现抓和握。

这一挑战的难点在于要解码来自病患神经接口植入端中的神经信号，然后将其转换成机器装置能读懂的数字命令，从而机器装置能执行准确的目标运动，运动越复杂，解码工作也就越难。

为此，神经科学家，计算机科学家，以及机械专家展开紧密合作，在这一研究中，两位病患在30秒内完成了伸出，到达和抓起泡沫球的动作，利用DEKA机械臂，一位患者Bob（2006年中风，研究前五个月进行了移植）能抓取成功率达62%，而Cathy利用DEKA机械臂完成46%的抓取，以及DLR机械臂21%的抓取，在六次实验中，她四次成功的将咖啡送入嘴边。科学家们看到这一结果，感到十分欣喜，这些瘫痪多年的病人在他们的帮助下，实现了沟通与任务完成！

Nature头条：实现黑客帝国的梦想

（生物通：张迪）

原文检索：

"Breakthrough of the Year," by Science News staff in Washington, D.C.