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2015十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的醫(yī)學(xué)相關(guān)內(nèi)容

2015年12月出版的最新一期《科學(xué)》雜志刊登了由眾多專家評(píng)選出的“2015年度十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)”。其中與醫(yī)學(xué)相關(guān)的有5項(xiàng)之多，說(shuō)明醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域始終是人類科學(xué)探索的前沿。本文將醫(yī)學(xué)相關(guān)內(nèi)容摘要介紹如下。

一、強(qiáng)大的CRISPR基因編輯技術(shù)

常間回文重復(fù)序列叢集 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)系統(tǒng)，為目前發(fā)現(xiàn)存在于大多數(shù)細(xì)菌與所有的古菌中的一種后天免疫系統(tǒng)，以消滅外來(lái)的質(zhì)體或者噬菌體，并在自身基因組中留下外來(lái)基因片段作為“記憶”。2007年，一家酸奶公司發(fā)現(xiàn)一種細(xì)菌擁有抵御病毒的特殊防御機(jī)制。2012年，細(xì)菌的這種機(jī)制被科學(xué)家闡述清楚，2013年這一領(lǐng)域快速增長(zhǎng)。它被視為分子生物學(xué)的一個(gè)奇跡，事實(shí)上，它并非僅對(duì)生物學(xué)家產(chǎn)生革命的影響，整個(gè)世界同樣也會(huì)隨之而改變。這就是基于CRISPR系統(tǒng)的基因編輯技術(shù)(圖1)。排名2015十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)第一位。

圖1 CRISPR/Cas9的作用機(jī)理

由于其對(duì)DNA干擾(DNAi)的特性，目前被積極地應(yīng)用于遺傳工程中，作為基因體剪輯工具，與鋅指核酸酶(ZFN)及類轉(zhuǎn)錄活化因子核酸酶(TALEN)同樣利用非同源性末端接合(NHEJ)的機(jī)制，于基因體中產(chǎn)生去氧核糖核酸的雙股斷裂以利剪輯。CRISPR經(jīng)由遺傳工程的改造應(yīng)用于哺乳類細(xì)胞的基因體剪輯。其價(jià)格低廉、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單以及操作容易的特性為最大的優(yōu)點(diǎn)。未來(lái)將可應(yīng)用在各種不同的模式生物當(dāng)中。

早在2012年和2013年，《科學(xué)》雜志就已將CRISPR納入到年度十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的榜單中，不過(guò)它屬于陪跑“角色”。隨著近些年來(lái)一系列的重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)，CRISPR基因編輯技術(shù)備受注目，其中最重要的兩項(xiàng)研究是:修飾物種的基因，以減少其數(shù)量或減少其攜帶的疾?。ㄈ缥米拥龋约叭祟惻咛ゼ?xì)胞的基因組編輯，它們的出現(xiàn)都給現(xiàn)有的科學(xué)秩序提出嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

基因編輯技術(shù)其實(shí)并不很新鮮，此前的技術(shù)有ZFN和TALENs。目前已經(jīng)有幾家公司利用基因編輯技術(shù)用于臨床治療，相比前面兩項(xiàng)技術(shù)，CRISPR基因編輯技術(shù)簡(jiǎn)單很多，以至于“每個(gè)分子生物實(shí)驗(yàn)室都在想做CRIPSR基因編輯技術(shù)”。非營(yíng)利組織Addgene，目前已經(jīng)發(fā)布了50 000種質(zhì)粒，里面包含CRISPR系統(tǒng)中兩種關(guān)鍵的部件:一個(gè)是向?qū)NA （guide RNA），能與特殊DNA片段結(jié)合；另外一個(gè)重要組分是DNA剪切酶，通常將其稱為Cas9。CRISPR系統(tǒng)的最早發(fā)現(xiàn)者之一、加州伯克利分校的分子生物學(xué)家 Jennifer Doudna表示，“它就像PCR技術(shù)，一個(gè)潛藏在工具箱里的工具”。CRISPR系統(tǒng)擁有如此強(qiáng)大的能力，以至于科學(xué)家很容易地創(chuàng)造出基因型完全不同的生命體。

二、心理學(xué)的再生

十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)排名第四的是心理學(xué)的再生。心理學(xué)目前正深陷數(shù)年前發(fā)表的上百篇頂級(jí)期刊論文的危機(jī)之中，在這些論文中充斥著太多的假陽(yáng)性結(jié)果、少樣本數(shù)量的實(shí)驗(yàn)以及弱相關(guān)性研究(圖2)。事實(shí)上，早在2011年，研究者就關(guān)注了這種現(xiàn)象。2015年，心理學(xué)家開(kāi)始對(duì)這些論文丑聞進(jìn)行清算，今年8月份，270名心理學(xué)家重新審視了100項(xiàng)發(fā)在這一領(lǐng)域頂級(jí)期刊的研究，通過(guò)建立新的研究模型以及同行評(píng)議，他們得出了一個(gè)令人震驚的結(jié)論:僅有39%的研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠被驗(yàn)證。這讓心理學(xué)家意識(shí)到未來(lái)這一領(lǐng)域發(fā)文章必須科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可重復(fù)，只有這樣心理學(xué)才是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)?？v然此次心理學(xué)家拿自己開(kāi)刀，但是它帶來(lái)的契機(jī)是心理學(xué)的轉(zhuǎn)變或再生。

圖2 一項(xiàng)心理學(xué)測(cè)試

三、抗埃博拉疫苗

排名第七位是:由世界衛(wèi)生組織（WHO）領(lǐng)導(dǎo)的埃博拉疫苗終于研發(fā)出來(lái)了。盡管2014年，制藥公司研發(fā)抗擊埃博拉藥物以及疫苗的熱情空前高漲，但是藥物研發(fā)的結(jié)果卻并不讓人滿意。不過(guò)這一情況在2015年得到了扭轉(zhuǎn)。由加拿大公共衛(wèi)生局的科學(xué)家研制的抗埃博拉藥物，去年被制藥公司默克（Merck）收購(gòu)，該藥物當(dāng)時(shí)在猴的實(shí)驗(yàn)中起了作用。收購(gòu)之后默克公司對(duì)該藥物繼續(xù)研究，在今年由WHO領(lǐng)導(dǎo)的臨床研究中，該藥物取得令人振奮的結(jié)果，7月31日，該研究發(fā)表在《柳葉刀》雜志上，研究稱這種疫苗的有效性達(dá)到75%～100%。縱然埃博拉已離我們遠(yuǎn)去，但是這種疫苗在下一次埃博拉疫情爆發(fā)時(shí)使用，也許能避免西非悲劇的重演(圖3)。

圖3 疫苗注射

四、酵母菌生產(chǎn)阿片類藥物

此項(xiàng)研究排名2015十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)第八位。一群美國(guó)生物學(xué)家將植物、細(xì)菌和嚙齒動(dòng)物基因混合導(dǎo)入酵母菌中，利用改造過(guò)的酵母菌成功合成蒂巴因（thebaine），一種罌粟麻醉劑，它是諸多醫(yī)用阿片類藥物的前體。通過(guò)調(diào)整酵母途徑，藥物化學(xué)家可以合成更有效、成癮性更小的麻醉劑和止痛劑。

不過(guò)，新技術(shù)暫時(shí)還不夠完美:目前生產(chǎn)一劑止痛藥要耗費(fèi)20 000升工程酵母。研究人員正在想辦法提高工程酵母的效率和產(chǎn)出，優(yōu)化它們的生化過(guò)程，以生產(chǎn)出更安全、更有效的藥物(圖4)。

圖4 酵母菌培養(yǎng)

五、大腦中的淋巴管道

本項(xiàng)發(fā)現(xiàn)名列2015十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)第九位。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為大腦內(nèi)沒(méi)有淋巴系統(tǒng)，大腦是免疫豁免器官。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)也存在免疫監(jiān)視，但是有關(guān)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中淋巴細(xì)胞集結(jié)的機(jī)制尚不清楚。美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究人員通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)首次確定大腦中存在淋巴管，這項(xiàng)重要成果發(fā)表在2015年6月《自然》雜志。該項(xiàng)研究中，作者建立一種新方法將小鼠的硬腦膜貼附到載玻片上，檢測(cè)硬腦膜發(fā)現(xiàn)淋巴細(xì)胞和淋巴管集中在硬腦膜靜脈竇附近（圖5）。

圖5 硬膜中的淋巴管示意圖

這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)被譽(yù)為“改寫(xiě)教科書(shū)”的研究。即使研究者基普尼斯教授自己一開(kāi)始也懷疑結(jié)果是否正確。他說(shuō):“根據(jù)以往的知識(shí)，我不太相信大腦中存在那些淋巴管。我以為，上世紀(jì)中期就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了機(jī)體的所有結(jié)構(gòu)。顯然，實(shí)際情況不是我們認(rèn)識(shí)的那樣?！?/p>

它將有可能對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、炎癥、阿爾茨海默病以及多發(fā)性硬化等一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究和治療產(chǎn)生重要的影響。

(本文編輯:張麗)

2015-12-01)