盡管受新冠疫情帶來的各種阻礙所困擾，但科學(xué)家們的前沿探索未曾停歇。即將過去的2021年，科學(xué)家擴充了生命科學(xué)、基礎(chǔ)物理、太空探索等領(lǐng)域的認知版圖。
總結(jié)來看，這一年，六大科學(xué)突破最亮眼。
人工智能預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)
用人工智能程序預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)登上美國《科學(xué)》雜志2021年十大科學(xué)突破榜首，也入選英國《自然》雜志2021年度科學(xué)新聞，足見這一成果意義重大。
7月，英國“深度思維”公司研究人員領(lǐng)銜團隊在《自然》上發(fā)表論文說，該公司的人工智能程序“阿爾法折疊”成功預(yù)測98.5%的人類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及其他20種生物幾乎完整的蛋白質(zhì)組。
研究人員指出，這項技術(shù)可能改變了結(jié)構(gòu)生物學(xué)的游戲規(guī)則，有望像冷凍電鏡那樣極大加速生命科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，對于多種疾病的研究來說可能意義非凡。
更難能可貴的是，相關(guān)算法代碼對外開源。8月，中國研究人員使用“阿爾法折疊2”程序繪制了近200種與DNA（脫氧核糖核酸）結(jié)合的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)圖，涉及從DNA修復(fù)到基因表達的多個方面。
11月，德國和美國研究人員用“阿爾法折疊2”和冷凍電鏡繪制了“核孔復(fù)合物”結(jié)構(gòu)圖，它由30種蛋白質(zhì)組成，控制著物質(zhì)進入細胞核的路徑。
目前，科學(xué)家正使用“阿爾法折疊2”模擬研究變異新冠病毒奧密克戎毒株刺突蛋白突變的影響。
粒子物理標準模型現(xiàn)“裂縫”
4月，美國能源部下屬費米實驗室公布了關(guān)于繆子反常磁矩測量的第一批實驗結(jié)果，顯示基本粒子繆子的行為和粒子物理標準模型理論預(yù)測不相符。這一發(fā)現(xiàn)同時入選《科學(xué)》和《自然》年度榜單。
形成于上世紀六七十年代的標準模型可謂粒子物理學(xué)“金標準”，它描述了強力、弱力及電磁力這3種基本力以及組成物質(zhì)的基本粒子。此前，高能粒子對撞機的實驗結(jié)果基本符合標準模型預(yù)測。而新研究發(fā)現(xiàn)，作為一種比電子更重的、不穩(wěn)定的類電子粒子，繆子比標準模型預(yù)測的更具磁性。
費米實驗室在公報中說，該結(jié)果也許意味著“令人興奮”的新物理學(xué)的存在。繆子作為探索亞原子世界的一扇窗，可以探測到未知的粒子或力的存在。
《自然》報道說，研究人員正再次確認今年的計算結(jié)果，如果它們成立，并且理論和實驗結(jié)果之間差異持續(xù)存在，可能標志著有半個世紀歷史的標準模型首次預(yù)測失敗。
基因編輯技術(shù)首次顯療效
自問世以來，CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)就被寄予厚望。
然而，要使其治愈疾病的夢想成真，研究人員需將CRISPR/Cas9系統(tǒng)成功傳遞到人體內(nèi)，并證明它可以安全有效地編輯靶向基因而不影響正常基因。
6月，美國英特利亞醫(yī)療公司和美國再生元制藥公司研究人員發(fā)表臨床試驗結(jié)果，首次證明CRISPR/Cas9技術(shù)在人體內(nèi)的療效。《科學(xué)》和《自然》年度榜單均列入這項成果。
據(jù)《自然》報道，科學(xué)家在6名罕見病“轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性”患者體內(nèi)測試了CRISPR/Cas9基因編輯療法，結(jié)果所有人與疾病相關(guān)的畸形蛋白質(zhì)水平均有所下降。
其中，接受高劑量療法的參與者體內(nèi)畸形蛋白質(zhì)水平平均下降達87%。《科學(xué)》評價說，在人體內(nèi)部署CRISPR/Cas9表明，科學(xué)家在運用該技術(shù)上“更進一步”。
火星探測多國接連獲突破
2021年，火星這顆遙遠的紅色星球異常“熱鬧”，多國火星探測獲得突破。火星探測也是《自然》和《科學(xué)》共同關(guān)注的年度科研進展。
2月，美國航天局“毅力”號火星車登陸火星。4月，“毅力”號搭載的“機智”號無人直升機在火星上首飛成功，這是人造航空器首次在另一個行星上受控飛行，
為研發(fā)機器人或探索火星的先進航空器打下基礎(chǔ)。9月，“毅力”號成功鉆取到火星巖石樣本，未來的太空任務(wù)將取回這些樣本供科學(xué)家分析，從中尋找過去可能存在過的生命跡象。
早在2018年就登陸火星的美國“洞察”號火星探測器今年探測到多次“火星震”，科學(xué)家根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)揭示了火星核、幔等內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
中國首輛火星車祝融號也于今年抵達火星。5月，天問一號探測器攜祝融號在火星烏托邦平原南部成功著陸，在這顆紅色星球上首次留下中國印跡。
祝融號從火星上此前從未探索的區(qū)域收集到大量地質(zhì)數(shù)據(jù)。
阿拉伯聯(lián)合酋長國首個火星探測器“希望”號2月成功進入火星軌道，開始對火星大氣層的監(jiān)測和研究，并拍攝到火星“極光”照片。
新冠口服藥成戰(zhàn)疫新“武器”
今年，除疫苗外，抗新冠病毒口服藥物也加入人類戰(zhàn)疫“武器庫”：如果在感染早期服用抗新冠藥物，能有效預(yù)防癥狀和死亡。抗新冠口服藥的問世入選《科學(xué)》榜單。
11月，全球首款抗新冠口服藥——美國默克公司和里奇巴克生物醫(yī)藥公司聯(lián)合研發(fā)的莫那比拉韋在英國率先獲批使用。
據(jù)默克公司提交給監(jiān)管機構(gòu)的最終數(shù)據(jù)，該藥可將未接種疫苗的高風(fēng)險人群住院或死亡風(fēng)險降低約30%，低于Ⅲ期臨床試驗中期分析得到的降低約50%的結(jié)果。
12月，美國食品和藥物管理局批準首款可緊急用于治療新冠感染的口服藥Paxlovid。
該藥由美國輝瑞公司生產(chǎn)，Ⅱ/Ⅲ期臨床試驗中期分析結(jié)果顯示，該藥能降低89%的住院和死亡風(fēng)險。
更多口服抗新冠藥物臨床試驗正在進行，其中包括“老藥新用”。巴西研究人員10月報告說，新冠感染早期患者服用常用抗抑郁藥氟伏沙明后死亡風(fēng)險可降低約90%，重癥住院風(fēng)險可降低約65%。
《科學(xué)》評論說，科學(xué)家強調(diào)抗病毒藥物不能取代新冠疫苗，但它們?nèi)灾陵P(guān)重要。如果奧密克戎毒株導(dǎo)致突破感染（指接種疫苗后發(fā)生的感染）激增，抗病毒藥物將變得更為重要。
人工合成抗體治療傳染病
此前，實驗室合成的單克隆抗體已革新了對某些癌癥和自體免疫疾病的療法。今年，人工合成單抗開始在對抗新冠病毒以及呼吸道合胞病毒、艾滋病病毒和瘧原蟲等其他威脅人類健康的病原體方面顯現(xiàn)效果。《科學(xué)》關(guān)注了人工合成單抗治療傳染病的最新成果。
為了制造單克隆抗體，科學(xué)家從實驗動物和人體內(nèi)分離出最強大的抗體，并大量復(fù)制它們。隨著克隆技術(shù)、動物模型和X射線晶體學(xué)的進步，科學(xué)家可以篩選和制造更多單抗，大幅簡化候選單抗的搜索過程。
截至年底，多款治療及預(yù)防新冠感染的單抗藥物緊急使用授權(quán)申請獲美國藥管局批準。12月，中國首個新冠中和抗體聯(lián)合治療藥物也獲批上市。
針對流感病毒、寨卡病毒和巨細胞病毒的單克隆抗體藥物正處于研發(fā)中，還有兩款旨在預(yù)防嬰兒感染呼吸道合胞病毒的候選單抗被寄予厚望。
《科學(xué)》說，盡管昂貴的價格和輸液給藥方式讓單抗藥物可及性受限，但隨著價格進一步降低，以注射取代輸液，單抗藥物或?qū)⒊蔀閷箓魅静 拔淦鲙臁敝械摹皹伺洹薄?/p>
