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前段時(shí)間，學(xué)術(shù)經(jīng)緯邀請(qǐng)讀者評(píng)選2022年生命科學(xué)領(lǐng)域的重要突破TOP 10，它們共同組成了今年生命科學(xué)前沿的華彩篇章。接下來(lái)，讓我們共同回顧這十個(gè)定義了2022的科學(xué)瞬間。

△圖片來(lái)源：馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院

今年1月，美國(guó)馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院宣布，全球首例豬心臟移植人體的手術(shù)在巴爾的摩醫(yī)院完成。一名嚴(yán)重心力衰竭的57歲男子接受了一顆經(jīng)過(guò)基因編輯的豬心臟。這顆豬心臟移植入人體后生存了近兩個(gè)月的時(shí)間，結(jié)合抑制免疫反應(yīng)的藥物，移植的心臟沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的免疫排斥跡象。術(shù)后43天，患者病情開(kāi)始出現(xiàn)惡化，最終在移植后第60天離世。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)衰竭的豬心進(jìn)行了解剖分析，探索了可能導(dǎo)致死亡的原因。

值得一提的是，豬腎臟移植人體手術(shù)同樣在今年登上醫(yī)學(xué)期刊。這些突破性的異種器官移植手術(shù)，顯示了基因和生物工程學(xué)進(jìn)展對(duì)現(xiàn)代醫(yī)療產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響，有望在不久的將來(lái)帶來(lái)器官移植革命。

△圖片來(lái)源：David Andrijevic et al., 2022

逆轉(zhuǎn)死亡仍然是科學(xué)界的一大復(fù)雜謎題。就在今年8月，耶魯大學(xué)的科學(xué)家讓這一科幻畫(huà)面朝現(xiàn)實(shí)更進(jìn)一步。研究者設(shè)計(jì)了一套名為OrganEx的灌注系統(tǒng)，可以為死后的豬提供含有血紅蛋白，細(xì)胞保護(hù)分子的灌注液。盡管身體“主人”已經(jīng)死亡，但是在OrganEx持續(xù)支持的6小時(shí)內(nèi)，本應(yīng)隨時(shí)間推移逐漸崩壞的器官卻逐漸恢復(fù)了活力。許多細(xì)胞層面的功能重新被激活，甚至能夠檢測(cè)到心臟的電活動(dòng)，死亡在此刻得到了逆轉(zhuǎn)。

2019年，這支研究團(tuán)隊(duì)就曾設(shè)計(jì)出一套體外系統(tǒng)，讓死亡幾小時(shí)后的豬腦恢復(fù)細(xì)胞功能?，F(xiàn)在，他們?cè)俅文：宋覀儗?duì)于生死的定義，這項(xiàng)突破也有望延長(zhǎng)患者體內(nèi)器官的壽命，或是延長(zhǎng)待移植器官的保存期。

△圖片來(lái)源：DeepMind

一年前，《科學(xué)》網(wǎng)站將“人工智能（AI）準(zhǔn)確預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)”評(píng)為年度科學(xué)突破。2022年，AI又給生物學(xué)界帶來(lái)了更多震撼。今年7月，AI系統(tǒng)AlphaFold預(yù)測(cè)出超過(guò)100萬(wàn)個(gè)物種的2.14億個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，幾乎涵蓋了地球上所有已知蛋白質(zhì)，其中大量高精度的結(jié)構(gòu)可用于進(jìn)一步的分析研究。不久后，另一款A(yù)I系統(tǒng)ESMFold預(yù)測(cè)了超過(guò)6億個(gè)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)，其中包含大量前所未見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，這份宏基因組蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)圖譜再次大幅推動(dòng)人類(lèi)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解。

當(dāng)AI學(xué)者與結(jié)構(gòu)生物學(xué)家聯(lián)手，AI驅(qū)動(dòng)下的數(shù)字生物學(xué)進(jìn)入了全新時(shí)代?，F(xiàn)在，AI工具可以更加快速、精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)功能性蛋白質(zhì)分子，在全新疫苗、藥物與治療手段開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。

△圖片來(lái)源：《科學(xué)》封面

2001年，人類(lèi)基因組草圖的誕生翻開(kāi)了生命“天書(shū)”；21年后，國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)“端粒到端粒”聯(lián)盟公布了迄今最完整的人類(lèi)參考基因組，寫(xiě)下生命天書(shū)的新篇章。這一最新版本包括所有22條常染色體和X染色體的無(wú)縫組裝，提供了30.55億對(duì)堿基的序列，在過(guò)去的基礎(chǔ)上增加了近2億對(duì)堿基的遺傳信息，同時(shí)校正了以往基因組序列中的錯(cuò)誤。人類(lèi)基因組中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的一些區(qū)域，例如染色體的著絲粒、重復(fù)片段等，此次也終于得到完整測(cè)序，由此填補(bǔ)了人類(lèi)基因組圖譜中的巨大空白。這項(xiàng)工作被認(rèn)為是人類(lèi)基因組測(cè)序領(lǐng)域新的里程碑，為我們的DNA藍(lán)圖提供了第一份全面視圖。

△圖片來(lái)源：DeepMind

每年，全球有數(shù)十萬(wàn)人死于心肌纖維化導(dǎo)致的疾病。現(xiàn)在，一項(xiàng)創(chuàng)新性療法為心肌纖維化帶來(lái)了新的希望。來(lái)自賓夕法尼亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用一次mRNA注射在體內(nèi)直接實(shí)現(xiàn)CAR-T治療，而無(wú)需將細(xì)胞從體內(nèi)取出。相比于傳統(tǒng)CAR-T療法，這一新策略更加可控、T細(xì)胞不會(huì)持續(xù)攻擊心肌成纖維細(xì)胞。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家已經(jīng)成功修復(fù)了患心衰小鼠的心臟功能，朝著更易獲取的個(gè)體化免疫療法邁出重要一步。

美國(guó)丹娜-法伯癌癥研究院的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種新的癌癥疫苗，旨在誘導(dǎo)免疫細(xì)胞，靶向多種類(lèi)型的腫瘤，包括某些耐藥的腫瘤。這種通用型癌癥疫苗針對(duì)的是癌細(xì)胞表面普遍表達(dá)的應(yīng)激蛋白MICA和MICB，通過(guò)提升MICA/B蛋白的水平，使得T細(xì)胞和NK細(xì)胞這兩種免疫細(xì)胞協(xié)同攻擊癌細(xì)胞。在動(dòng)物模型中，使用該疫苗可以激活有效的腫瘤免疫，顯著減少小鼠體內(nèi)的腫瘤轉(zhuǎn)移，降低癌細(xì)胞的生長(zhǎng)速度。這種新型疫苗具有廣譜性，也就意味著無(wú)需根據(jù)每個(gè)患者來(lái)定制疫苗，具有令人期待的臨床前景。

△圖片來(lái)源：Amadei and Handford

今年8月，《自然》雜志報(bào)道了一枚奇跡般的胚胎，這枚小鼠胚胎不僅不需要精子與卵細(xì)胞，甚至直接在“人工子宮”中生長(zhǎng)出來(lái)。它還有一個(gè)關(guān)鍵的特殊之處在于，這是人工合成胚胎首次擁有了完整的大腦結(jié)構(gòu)。除此之外，在顯微鏡下，研究團(tuán)隊(duì)觀察到了神經(jīng)管、持續(xù)跳動(dòng)的心臟結(jié)構(gòu)、腸管、原始生殖細(xì)胞。這枚凝聚了研究團(tuán)隊(duì)十余年努力的胚胎，對(duì)于未來(lái)指導(dǎo)人工合成人體器官、為器官移植提供新的潛在來(lái)源有著重要意義。

多能干細(xì)胞能夠分化為生物體所有功能細(xì)胞類(lèi)型，此前科學(xué)家已經(jīng)能通過(guò)兩種途徑誘導(dǎo)成體細(xì)胞回到胚胎發(fā)育早期狀態(tài)，為再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。今年，北京大學(xué)鄧宏魁教授團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的誘導(dǎo)人多能干細(xì)胞制備技術(shù)：化學(xué)重編程。研究者首次使用化學(xué)小分子誘導(dǎo)人成體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄芨杉?xì)胞，相比于傳統(tǒng)手段，可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞重編程過(guò)程的高度可控，并且規(guī)避了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因操作引發(fā)的安全問(wèn)題。這一突破為未來(lái)再生醫(yī)學(xué)治療重大疾病帶來(lái)新的可能性。

基于英國(guó)的“十萬(wàn)基因組計(jì)劃”，劍橋大學(xué)領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)今年發(fā)表了迄今為止樣本規(guī)模最大的一項(xiàng)癌癥全基因組測(cè)序研究。12000多名癌癥患者的全基因組序列，提供了每個(gè)患者的DNA上所有可能導(dǎo)致癌變的變化。在十幾種不同類(lèi)型的腫瘤中，研究人員為每種類(lèi)型創(chuàng)建了常見(jiàn)突變特征與罕見(jiàn)突變特征的概念，并且識(shí)別出數(shù)十種過(guò)去未知的腫瘤突變特征。這項(xiàng)突破進(jìn)一步擴(kuò)寬人們對(duì)癌癥發(fā)病原因的認(rèn)識(shí)，為未來(lái)的個(gè)體化治療方法提供指導(dǎo)。

△圖片來(lái)源：斯坦福大學(xué)

借助人類(lèi)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞和3D培養(yǎng)技術(shù)，今年10月《自然》雜志的一項(xiàng)研究將體外構(gòu)建出的大腦類(lèi)器官移植到了幼年大鼠的皮層。令人驚訝的是，類(lèi)器官可以與大鼠的大腦一同發(fā)育、成熟，這些類(lèi)器官會(huì)逐漸發(fā)展出血管，為自己的發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)。甚至類(lèi)器官中會(huì)出現(xiàn)一些原本不存在的細(xì)胞類(lèi)型，像小膠質(zhì)細(xì)胞這種特異的免疫細(xì)胞會(huì)逐漸浸潤(rùn)到類(lèi)器官中。這些現(xiàn)象都表明，人類(lèi)的類(lèi)腦器官已經(jīng)和大鼠的大腦形成功能連接，融為一體了。這項(xiàng)突破將類(lèi)器官研究推向了一個(gè)全新的高度。