《自然》公布2020十大科学发现 半数来自生物医学

2020年是不同寻常的一年。一种过去未知的病毒席卷全世界，造成了严重破坏。但正如顶尖学术期刊《自然》评论所说，这一年仍然产生了许多有新闻价值的科研进展。近日，《自然》公布了2020年度的十大科学发现。其中，有5项重要发现来自生物医学领域。

缺少干扰素导致新冠重症

干扰素是人体内一类重要的抗病毒信号分子。9月，在线发表于《科学》的两篇研究论文表明，不同因素导致的干扰素缺乏，是感染新冠病毒后发展为重症的一个关键因素。

在其中一项研究中，科学家们分析了近千名重症新冠患者的血液样本，发现10%的患者体内有一种“内鬼”抗体，会针对人体天然产生的1型干扰素发起攻击。引人注意的是，此类抗体多出现在老年男性中。另一项研究中，科学家们发现有3.5%的重症患者，在与1型干扰素有关的8个基因上，带有某些突变，导致基因产物无法合成或应答干扰素。

这些发现为临床治疗COVID-19提供了评估预后、完善疗法的重要意义。

“激杀”潜伏的HIV病毒

导致艾滋病的病毒HIV能长期“潜伏”在宿主细胞的基因组中，几乎不转录，以此逃脱免疫系统的识别。这些潜伏病毒成为了目前根治艾滋病的主要障碍。

《自然》1月同期发表的两项研究，展示了用shock-and-kill策略破解HIV潜伏的重要进展。这种策略先通过增强病毒基因表达激活（shock）HIV，使被感染的细胞被免疫系统识别，然后一举杀死（kill）它们。

其中一项研究中，北卡罗莱纳大学（University of North Carolina）的科学家利用了药物AZD5582，通过激活非经典NF-κB通路促进HIV基因表达。另一项研究中，埃默里大学（Emory University）的科学家结合了两种免疫干预措施，先通过抗体疗法耗竭CD8+淋巴细胞，再使用药物N-803强烈激活信号分子白介素-15。

▲激活并杀死潜伏HIV的两种方法（图片来源：参考资料[2]）

《自然》评论，在小鼠和恒河猴等动物模型上，这两种干预手段对潜伏病毒的破坏可能是迄今为止最强烈的，并且可重复。这些研究展示了用药物逆转病毒潜伏的概念和技术挑战，以此为基础，科学家们将继续探索这种策略应用于治疗的潜力。

冷冻电镜突破原子分辨率

单颗粒冷冻电子显微镜（cryo-EM）是解析生物大分子三维结构的一种有力方法。得益于技术和算法方面的进步，自2013年以来，cryo-EM引起了一场分辨率革命。结构生物学家得以更直接地观察大分子的细节，从而理解三维结构如何赋予大分子生物功能。

今年10月，《自然》同期发表的两项研究中，来自欧洲的两支研究团队依赖硬件改良，进一步突破了cryo-EM在分辨率上的限制，获得了迄今最清晰的图像：首次确定蛋白质中单个原子的位置。

▲使用cryo-EM绘制单个原子图，其中单个原子显示为球形，蓝色网格代表冷冻电镜密度数据（图片来源：参考资料[3]；Credit：Mark Herzik）

CRISPR技术破解挑食之谜

基因组编辑工具CRISPR-Cas9的问世，让科学家有了全新的手段来探索长久以来观察到的生命现象。

例如，动物学家注意到，相近的物种对食物也可能有完全不同的喜好。常见的黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）和我们一样喜爱香蕉等香甜的水果，但来自印度洋塞舌尔群岛的一种果蝇Drosophila sechellia，唯独钟情于一种叫诺丽果（Morinda citrifolia）的臭果子——因为气味难闻，也被称为“呕吐果”。

借助CRISPR-Cas9，研究人员探查了果蝇挑食背后的神经基础和遗传变化。他们发现，有一类表达气味受体22a的感觉神经元在Drosophila sechellia中格外丰富，比他们分析的其他果蝇都多，并且证明了这类神经元正是它们品味与众不同的关键原因。

“过去我们观察到了动物行为的无数变化，而在新的时代，我们可以利用遗传工具精确靶向各种生物的神经系统进行改变，结合两种资源，我们可以了解大脑如何进化，塑造出复杂的行为。”《自然》的评论文章总结。

打破物质-反物质的镜像对称性