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中新网安福10月23日电(姜涛 刘志宏 龚莉)“客从远方远路来…远路来…山路弯弯水清清…美酒飘香歌声飞…”一首优美的旋律《畲山酒歌》,描绘的是江西省安福县唯一的少数民族村——洲湖镇北山畲族村。近年来,通过完善路桥等基础设施、发展壮大养蜂产业多渠道增收、打造美丽宜居民族特色村寨,北山村曾经这个偏远的贫困小山村蝶变成如今远近闻名的小康村。

一变路桥昔与今 从此行路不再难

空中俯瞰北山村。洲湖镇供图

“突破”,顾名思义是为某一些领域甚至整个人类的生活带来突破性变化。2015年,中国科学家王贻芳领导的大亚湾反应堆中微子实验获得该奖项的基础物理学突破奖。

在获得2016年度未来科学大奖后,卢煜明接受媒体采访时说,自己现在40%的时间是做产前基因诊断研究,40%的时间是做癌症基因诊断研究,20%是做其他的疾病研究。他认为,理论上讲,癌症可以通过基因检测的方法进行早期诊断,例如鼻咽癌患者如果进行早期筛查死亡率可能会减半。此外,血浆DNA还可以用来判断哪一种疗法对癌症患者最有用。

设计出软件“罗塞塔” 计算结构专家让你在家DIY蛋白质

卢煜明团队所作的研究,现在看来实在是再简单不过了:DNA提取,PCR检测,判断阳性、阴性。今年新冠肺炎疫情暴发后,这套系统已经升级成高度自动化,完全无需人工操作。

DNA的从头合成(DNA的DIY),是因为人们摸清了天然DNA的规律,例如合成时需要遵循分子双螺旋、互补配对、甲基化修饰等法则。

作为神经退行性病变,帕金森病与老年痴呆症(阿尔茨海默病)一样无药可治,也是非常难以攻克的领域。

北山村的新面貌也吸引着北山村民返乡发展,他们有的加入养蜂合作社壮大这份甜蜜产业,有的在村里办起竹笋等农产品加工厂,有的开起了网店销售北山特色农产品发展电商经营……

例如,他们发现蛋白质形成螺旋等典型的二级结构,但这些结构(可以理解为“块”)的折叠方式是由和它们连接的“链”决定的。

根据纽约州政府制定的重启计划,此前纽约市已逐步重启批发业、制造业、建筑业、个人护理服务业、零售业等;餐厅可送外卖或在户外就餐;多数海滩、泳池和办公场所重新开放;公交车、地铁、轮渡运营班次逐渐恢复正常,车厢每日定时消毒。

北山畲族村新面貌。洲湖镇供图

很显然,DIY蛋白质是个让人“脑壳疼”的事。但是计算结构生物学家、美国华盛顿大学的大卫·贝克决定让软件完成这件事。

为带领群众脱贫致富,北山村积极发展蜂蜜养殖特色产业,通过成立蜜蜂养殖合作社,辐射带动全村大部分村民尤其是贫困户养蜂。北山村把技术指导和蜂蜜品质放在首位,每位养蜂人都有对应的专业养蜂技术指导员,每批对外销售的蜂蜜都有蜂蜜检测合格报告,保障了北山养蜂产业良性发展。

科莫日前表示,纽约面临的风险主要是由于联邦政府一直否认现实、不尊重科学导致的。他说:“他们从疫情的第一天开始就走在一条错误的道路上,现在他们还打算继续这个注定失败的策略,让整个国家来为他们的错误埋单。”(参与记者:张墨成、危颖、王迎)

他们把拼接规律编写为程序,形成了软件“罗塞塔”。软件好不好用?志愿者在家用电脑对其进行了检测。据统计,大卫·贝克发起的“折叠它”游戏招募了超过25万名公民科学家,帮助他们测试最佳的蛋白质结构。研究团队把根据结构规则“海选”得到的蛋白合成出来,并送到第三方专业机构进行检测。检测结果显示:通过核磁共振(NMR)成像“拍照”出来的蛋白质结构与预测的结构高度吻合。

然而,疫情反弹风险仍存。首先,纽约市人口密度大导致病毒更容易快速传播,尤其是在贫困人口聚集的公租房和地铁车厢里。这也是导致该市最先成为美国疫情“震中”的主要原因;此外,仍有部分民众不配合政府的防疫指导措施。

两边的“证据链”圆满地对接上——线粒体损伤与帕金森病有关,二者通过一条通路连接起来。

原来的北山村是一个典型的偏远山区村,村民们散居在50多个大大小小的山坳中或山坡上,进出山村的唯一通道只有一条1米多宽的土路,村民相互联系和进出山村只能靠步行或者骑车。谈及北山道路的变化,第一书记兼驻村干部田强深有感触,“原来没有修水泥路的时候,我们这些驻村干部骑着摩托车沿着弯弯山路进村,要骑一个多小时。”

三变北山新面貌 引得凤凰来返乡

“走进北山,蓝天碧水青山繁花绘就如画美景,畲族特色房屋与一栋栋新式小洋房交相辉映,成群结对的蜜蜂往返于蜂箱与花丛间,让人流连忘返。”从广东慕名而来的自驾游游客感叹道。

在美国国立卫生研究院高级研究员理查德·尤尔为人类找到一条完整的调控线粒体自噬、进而和帕金森病关联的通路之前,人们确实观察到了许多基因突变或变异增加了帕金森病的易感性,但没确定导致帕金森病的单个基因。

由于山地气候限制,北山村只能种植一季水稻,这个不到900人的村子就有建档立卡贫困户53户219人,是洲湖镇贫困人口最多的村。

那么两个看似风马牛不相及的事情是如何联系起来的呢?为什么线粒体自噬又会和神经科学的疾病相关呢?

“具有讽刺意味的是,在许多产前检查的DNA提取方案中,血浆是常规丢弃的物质。”卢煜明在论文中提到,这可能是以前科学家没有研究过母体血浆中存在胎儿DNA的原因之一。

“原来我们村里条件不好,本地的女孩都不愿嫁过来,娶老婆只能往外地找,现在村里条件好了,今年我们村就有好几位洲湖镇上的新娘要嫁进来呢。”村干部黄作平笑着介绍道。(完)

换句话说,面前很多可能导致帕金森病的“沙子”但却远不是“金子”。

一个有价值的突破将带来不同行业的突破,DNA检测已经从产前筛查扩大到癌症的筛查和诊疗;一个有价值的突破也能引来产业、资本的汇聚,全球范围内关于外周血DNA研究的汇聚,将带来对数据的深度综合和分析,而这些将共同凝结为人类对于生命的认知和智慧。

当时,人们把注意力放在了血液中的有核血细胞上,忽略了更有价值的血浆和血清,而恰恰是不从众的创新,让卢煜明有了突破性的发现。

线粒体,有个童话般的名字——能量屋(power house)。它一直被认为是细胞中的能量源,线粒体自噬是一个特异性的选择过程,受到各种因子的精密调节,细胞通过自噬清除体内受到损伤的线粒体并维持自身稳态。这就好比一个机器的发动机坏了,要及时更换,不能让它乱发动。

二变甜蜜产业旺 脱贫致富奔小康

为打响北山蜂蜜品牌知名度,从2017年开始,北山村已连续举办了两届“采蜜节”,将农产品与乡村旅游结合起来,实现“同频共振”。与此同时,通过对接电商平台开设网店,并打造北山蜂蜜实体店,扩展了北山蜂蜜线上线下销售渠道。最近,北山蜂蜜作为扶贫产品还入驻了《江西省消费扶贫公共服务平台》进行售卖。

生命的多样性,决定于蛋白质多样性。尽管DNA也会有高级结构的螺旋折叠,但蛋白质的折叠和架构更加复杂。

在各级部门的大力支持下,北山村从2010年起,陆续争取资金近600万元,对12.6公里的进村主道进行了拓宽硬化,并完成了通组道路硬化8公里,实现了通村通组公路100%硬化,入户路硬化率达95%以上。

诞生于丢弃血浆的突破 无创DNA产前检测惠及千家万户

通俗来讲,大卫·贝克发现“块”和“链”是蛋白质合成的关键单元,“链”的长短决定了“块”的方向。团队还总结出不同的块,这些如同乐高积木中“小方块”“马蹄形块”等作为基本单元“块”,根据链的长短控制合成出蛋白质的高级结构。

政府正在研究公立学校将以何种方式复课。纽约市拥有全美最大的市立公立学校系统,有约110万学生。市教育局近日一项调查显示,全市75%的家长希望孩子可以在秋季重回校园。纽约市长德布拉西奥日前提出了9月复课的“模型”,大致是学生分组、轮流回学校上课,平均每人每周回学校不超过3天,其他时间继续在家进行远程教育。

这一产业从无到有、因安全有效而惠及千家万户,卢煜明是当之无愧的“无创DNA产前检测”的奠基人。1997年,他在《柳叶刀》发表无创DNA产前检测的相关论文,截至目前已经被引用几千次。

相比于DNA的基本单元是4种碱基,蛋白质的基本单元则是20种氨基酸,排列组合的可能性更是指数倍增加。

时至今日,产前基因测序与诊断仍被认为是基因测序领域中最成熟的应用分支。

9月11日,2021年科学突破奖公布,这项2012年发起的科学奖项奖金优渥,是目前全球奖金金额最高的科学奖之一。

在完善基础设施、发展特色产业的同时,北山村以打造美丽宜居民族特色村寨为建设目标,按照畲族风格对全村古民居进行修缮,并高标准实施美丽乡村建设,对村内基础设施改路改水改厕等全方位巩固提升,实现了新农村建设点全覆盖。现在的北山村,蓝天白云,石路竹栏,村民临山而居,正在向着美丽宜居特色村寨村蝶变。

纽约抗疫成果来之不易。3月初报告首例确诊病例后,5月底全市累计病例超20万例。3月底,纽约市宣布“居家令”;4月中旬,纽约州州长科莫颁布“口罩令”;随后纽约市启动了大规模“病毒检测和密切接触者追踪”行动,疫情逐步趋稳。截至7月20日,根据市卫生局统计,全市累计确诊病例约22万例,累计死亡超23000例,仍位列全美之最,但感染率已连续几周稳定在百分之一左右,在全美属较低水平。

要重塑一头牛,首先要像庖丁一样会“解牛”。大卫·贝克研究团队在观察了数千种蛋白质的骨架结构之后,总结出天然蛋白质存在的直观规则。

在生命科学领域获奖的4名科学家中,香港中文大学医学院副院长卢煜明因发现孕妇的血浆内存有高浓度的胎儿DNA,并与其团队研发了唐氏综合征的无创检验方法而获奖。

与纽约州其他地区不同的是,纽约市在推进重启计划时仍保留了一些“限制性”措施,尤其是在得知外州不少新增病例是在餐厅、酒吧内感染之后,即暂停了更多室内活动的重启。购物中心、博物馆等室内文娱场所将继续关闭,餐厅恢复堂食时间也被推迟,只是启动了“露天餐厅”项目,准许商家逢周末在特定街区占用更大的户外区域搭设桌椅接待食客。

为防止“噩梦”重现,纽约州上月底开始要求从“高风险州”抵达纽约的人员自行隔离14天。根据各州疫情动态,目前已有20余个州被列入这一名单。纽约州政府本月开始要求来自这些地区的旅客填写联络信息表,拒绝提供表格的旅客将面临2000美元罚款和强制性隔离。

这个过程是如何启动的呢?研究表明,PINK1聚集在受损线粒体的外膜上,激活Parkin的E3泛素连接酶活性,并将Parkin招募到功能失调的线粒体中。然后,Parkin泛素化线粒体外膜蛋白,触发选择性自噬。而如果PINK1和Parkin在细胞内不正常了,受损的线粒体不会被清除,则帕金森病就会发生。

更大的风险来自州外的严重疫情。美国西部和南部多州由于过早重启,加上部分民众并未戴口罩,导致病例数飙升,全美单日新增病例数近日不断刷新纪录。纽约州州长科莫近日表示,考虑到纽约和外州人员流动量大,疫情在纽约卷土重来可能只是时间和程度问题。科莫说:“我感觉我们仿佛正站在沙滩上眺望大海,看到第二波疫情正在远处形成,所以我希望所有纽约人能保持高度警惕。”

通过顺藤摸瓜,尤尔最终找到了帕金森病的源头,这使得人们可以在确保线粒体自噬正常进行的情况下预防帕金森病。

早在2005年,卢煜明凭借《母亲血浆中胎儿核酸的探索与应用》获得国家自然科学奖二等奖,彼时的基因检测还不为人们熟知,产前诊断也大多采用羊膜腔穿刺术、绒毛取样、胎血取样及胎儿皮肤、肝脏活检等手段获取相应标本,更多的孕妇并不进行产前诊断。

“甜蜜产业”让全村致富有奔头。洲湖镇供图

论文发表之前,人类对于DNA、蛋白质的操控手段还处于“刀耕火种”阶段,没有高自动化的设备和装置,更别提单细胞测序这种需要高数据处理能力的现代化系统。

尤尔发现了这块“金子”。2014年,尤尔等人在《神经元》上发表了一篇论文综述性地解释了这一点,他们比较帕金森病与正常人在遗传物质和生化物质的不同,发现常染色体隐性帕金森病中突变的两个基因产物PINK1和Parkin通常在同一个途径中共同作用,而这个通路碰巧是来控制线粒体数量的。

十月正是蜜蜂秋繁期,贫困户罗新圣正在察看蜂箱里蜜蜂繁殖情况,确保蜜蜂繁殖数量可维持蜂箱足够温度达到过冬的条件。谈及蜂蜜带来的收入,罗新圣满意点头道,“我养蜂已经第三年了,现在养蜂规模已达到70个蜂箱,今年产蜜就有600多斤,前段时间通过合作社牵线,又帮我销售了100多斤,明年我还想再多分几箱,再多产些蜜。”

道路改善的同时,北山的桥也发生着变化,曾经的桥,是由一根、两根木头卧倒作桥,现在的北山村的桥是一座座宽敞的水泥桥,跨越溪流,可行人、可行车。随着北山路桥的改善,彻底改变了北山行路难的问题。曾经因为路桥等基层设施薄弱,导致村民出行不便,山里出产的蜂蜜、木竹、油桐等农产品无法及时外运的难题也得到了解决。

“我们用快速煮沸法从血浆和血清中提取DNA。对43例孕妇血浆、血清和有核血细胞的DNA进行了灵敏的Y-PCR检测。”卢煜明在论文中说,胎儿源性Y序列在30份母体血浆样本中有24份(80%)被检测到,30份来自男性胎儿的母体血清样本中有21份(70%)被检测到。

两个基因突变“作证” 帕金森病源头在细胞“能量屋”

20日起,纽约市进一步允许部分低风险文娱活动重启。动物园、植物园、帝国大厦观景台重新开放;自由女神像所在的自由岛对公众开放,但雕像内部和博物馆仍关闭;定于8月底在纽约皇后区开幕的美国网球公开赛将在没有观众的情况下如期开赛。几乎所有公共和室内场所限流,民众仍需戴口罩和保持1.8米以上的社交安全距离。

到了2016年,有权威咨询公司预估,仅中国而言,如果高龄产妇的产前基因测序率达到90%、非高龄产妇的检测率20%,那么整个产前基因测序市场将达到117亿元的规模。

“线粒体自噬是保证线粒体健康完好的一条重要途径,而线粒体又是神经细胞提供能量的主要来源,所以只有线粒体健康才能更好地保证神经细胞的健康。”清华大学生命科学学院教授杨茂君告诉科技日报记者。

蛋白DIY的技术一经掌握,人类能做到的事情就会多很多。2019年,大卫·贝克DIY了一种能变形的蛋白,可以用来设计有自动门的药物递送装置。而就在不久前,他的研究小组还在《科学》上报道了一种可能阻止新冠病毒进入人体细胞的蛋白质,这种全新合成的蛋白与新冠病毒表面刺突蛋白的结合力甚至比目前被认为的最有效新冠病毒中和抗体还要强。

那么,今年获得生命科学突破奖项的研究项目有哪些不俗之处呢?