北京时间12月13日，Science年度重磅——2024年度十大科学突破（Breakthrough of The Year）正式公布，100%有效的长效HIV预防针位居首，CAR-T疗法、SpaceX的星舰、詹姆斯·韦伯望远镜等成果一同入选。值得关注的是，中国科学院南京地质古生物研究所的朱茂炎团队“发现全球迄今最早多细胞真核生物化石”也入选该榜单。这些入选的成果，全面展现了过去一年里在科学领域最具重大意义的发现、关键进展以及未来发展趋势。
数十年来，尽管艾滋病防治工作取得了诸多进展，但每年仍有 100 多万人感染，而且疫苗研发依旧困难重重，进展缓慢。今年6月，吉利德科学（Gilead Sciences）旗下的HIV-1衣壳抑制剂lenacapavir（来那卡帕韦）取得重大突破，在南非和乌干达进行的一项涉及5000多名顺性别女性和青春期女孩的双盲试验中，接受lenacapavir注射的人无一被感染，显示出100%的预防有效性！lenacapavir的成功源于对HIV衣壳蛋白结构和功能的新认知。该药通过阻断衣壳与细胞蛋白的相互作用，阻止病毒进入细胞核或形成新的病毒颗粒，从而显著抑制病毒传播。这种独特的机制不仅为HIV防治开辟新路径，也为开发针对其他病毒性疾病的药物提供了新思路。该药物每6个月注射一针即可提供强效保护，为暴露前预防（PrEP）带来革命性进步。然而，其普及仍面临成本、供应稳定性和社会接受度的挑战。目前，吉利德公司已与多家仿制药厂合作，为120个发展中国家生产低成本的仿制药，但到目前为止，对包括巴西在内的中等收入国家的覆盖尚需解决，而巴西是南美洲HIV感染者人数最多的国家。lenacapavir预计最早要到2025年年中才能获得监管部门批准。尽管距离联合国艾滋病规划署设定的目标仍有差距，但lenacapavir的推广有望大幅降低全球新增感染率，为数百万高风险人群带来保护。这一突破标志着艾滋病正有望从一种威胁整个社会的疾病向可控疾病转变。
以狼疮、硬皮病和多发性硬化症为代表的自身免疫疾病都是因免疫系统攻击自身组织而引起的，目前的免疫抑制药物虽能缓解病情，但难以阻止疾病进展，且副作用明显。今年，一种新型CAR-T疗法在重症患者中产生了显著的改善，有望引领自身免疫疾病治疗进入新阶段。
CAR-T疗法最早应用于治疗血液癌症，通过从患者白细胞中提取T细胞并进行基因改造，使其能够精准识别并消灭B细胞，而B细胞正是某些白血病和淋巴瘤的根源。这一技术近年来被逐步探索用于治疗自身免疫疾病，因为B细胞同样通过释放毒性抗体参与疾病发展。今年，CAR-T疗法在自身免疫疾病的临床试验中取得重要进展。德国的研究团队对15名患者（包括狼疮、硬皮病及肌炎患者）的临床试验显示，8名狼疮患者全部进入无药缓解状态，其他患者也不同程度减轻症状并停止使用免疫抑制剂。类似的成功案例还出现在重症肌无力和僵人综合征等其他疾病中。截至目前，已有30多名患者得到成功治疗。尽管疗效显著，科学家仍在探索CAR-T疗法的长期安全性、副作用发生频率及缓解的持续时间。
值得一提的是，近日，海军军医大学附属长征医院风湿免疫科主任医师徐沪济因使用异体通用型CAR-T细胞疗法成功治疗两种自身免疫病患者而入选Nature 年度十大人物。>>《2024 Nature 年度十大人物公布，中国两位科学家入选！》
今年初，在中国发现的微小藻类化石的年龄极其古老，令进化生物学家感到震惊。传统观点认为，真核生物（包括所有植物、动物和真菌）最初是单细胞生物，并在单细胞状态下存续了约10亿年后，才逐渐形成多细胞结构。这一转变为复杂生命体的演化铺平了道路，最终这些生物在约5.5亿年前大量出现。然而，新发现表明，简单的多细胞真核生物可能在更复杂的身体结构出现前的10亿年便已经存在。
早在几十年前，类似的化石就在燕山串岭沟组地层中被发现，该地层可追溯至16亿年前。这一化石被命名为“壮丽青山藻”（Qingshania magnifica），但由于研究发表在较冷门的期刊上，未能引起广泛关注。2015年，研究团队重返该地区，在随后的几年里，他们又发现了278个壮丽青山藻标本，并对其进行了详细分析。2024年1月24日，由中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎领衔的团队在Science Advances发表最新成果，报道了在华北燕山地区16.3亿年前的地层中发现多细胞真核生物化石。这些化石由最多20个圆柱形细胞组成的链状结构构成，细胞壁相互连接，形态类似于现代植物。此外，一些化石中还含有类似孢子的微小球状结构，表明这些多细胞丝状体可能具有专门的生殖结构。化学测试排除了其为蓝藻化石的可能性，研究人员因此推断，青山藻极有可能是一种丝状绿藻，与现今某些绿藻类似。这一发现与印度、加拿大和澳大利亚近期发现的同龄简单多细胞真核生物共同表明，真核生物早在16亿年前便迈出了多细胞化的第一步。然而，从这些早期多细胞形式演化至我们今天看到的复杂生命体，如水母、红杉以及人类自身，这一过程经历了漫长而缓慢的进化之路。
杀虫剂是一把双刃剑，在杀灭害虫的同时也会殃及无辜物种。今年，美国环境保护署（EPA）批准了一种可能的解决方案：一种基于RNA的农药喷雾，它能针对特定目标害虫的基因发挥作用。这种全新且精准的方法将比现有化学药剂更安全，并且可用于对付多种害虫。首款RNA农药是由GreenLight Biosciences公司开发的Calantha，通过干扰甲虫体内的独特基因实现杀虫效果。当幼虫啃食喷洒了该农药的叶片时，RNA会阻断其关键蛋白的表达，导致幼虫在几天内死亡。这种机制基于RNA干扰（RNAi），一种细胞普遍用来调节基因表达和抵御病毒的自然过程。早在2007年，科学家发现双链RNA可以穿过昆虫肠壁并有效杀死害虫。自此，研究人员尝试将RNA干扰技术应用于防治树皮甲虫、蚊子等害虫。2023年，一种能够生成杀死玉米根虫RNA的转基因玉米问世。而GreenLight公司也正研发另一种RNA农药，旨在消灭威胁蜂巢的臭名昭著害虫——瓦螨。研究人员希望进一步拓展RNA农药的应用范围，用于防治包括斜纹夜蛾和小菜蛾在内的鳞翅目昆虫，这类害虫对农作物的破坏尤为严重。然而，鳞翅目昆虫的肠道酶能轻易分解RNA，成为研发过程中的主要难题。为此，科学家正在探索将RNA封装在微小保护壳内的技术，这一研究领域目前备受关注。不过，害虫迅速进化出抗药性的能力为RNA农药带来了挑战。实验室测试表明，科罗拉多马铃薯甲虫和玉米根虫在高剂量暴露下可能对RNA产生抗性。因此，RNA农药在实际应用中需谨慎使用，以延长其有效寿命。RNA农药的问世为精准农业和绿色植保提供了全新思路，但如何平衡创新与可持续性仍是未来的重要课题。
今年，星舰四次在33台发动机助力下冲向太空。10月13日，星舰助推器成功着陆震撼众人，它从超音速度坠落，重启发动机减速悬停，被发射塔的机械爪捕获。这一壮举预示着平价重型运载火箭新时代来临，将大幅削减太空探索成本。
马斯克的目标是通过回收并快速重复使用火箭，降低进入太空的成本。以部分可重复使用的猎鹰9号和猎鹰重型火箭为例，SpaceX已将发射费用降低了约十倍，而全可重复使用的星舰预计将进一步降低成本，届时，将人类送上火星的梦想将不再遥不可及。这一创新不仅对太空探索意义重大，也为科学家带来新的机遇。随着常规的星舰飞行，科学家可以更多尝试低成本实验，频繁发射便宜的设备，甚至实现更大规模的太空探索，太空探索将变得更加高效、便捷、低成本。
随着古代DNA提取技术的进步和分析成本的降低，科学家们能够对成千上万份古代人类基因组进行深入研究，构建更为详细的古代家族树。通过研究不同个体间共享的“同源遗传片段”，研究人员能够推测出个体之间的亲缘关系，甚至追溯到六代以内。最新的研究揭示了5,000年前欧亚草原上相距1500公里的远亲关系，同时研究团队在一些古代墓地中对数百人进行了基因组分析，揭开了更多家族间的联系。
这些研究不仅帮助我们更好地理解古代社会的结构，还能得到仅靠考古学无法得到的答案。例如，通过对德国南部凯尔特部落的基因研究，发现2500年前该地区最有权势的男性通过母系继承权力，但对石器时代欧洲农民的亲属关系分析表明，父系是主流社会形式。随着样本量的增加，更多关于远古家族的研究将陆续展开，让我们更清晰地看到人类历史中的亲缘联系。
今年，科学家发现海洋藻类细胞中一种独特的细胞器——硝基体（nitroplast），这一发现改变了我们对真核生物进化的认知。此前，只有细菌能够“固定”大气中的氮，将其转化为植物可利用的氨，用于合成蛋白质及其他必需分子，而真核生物并未被发现具备此能力。
研究表明，硝基体约1亿年前由海洋藻类与固氮蓝藻的共生关系形成。硝基体在进入藻类细胞后逐渐失去部分基因和生化功能，完全依赖藻类生存并与其同步繁殖，成为已知的少数内共生细胞器之一，类似的过程也发生在叶绿体和线粒体的形成中。这一发现为我们了解细胞复杂性演化提供了新线索。目前，作物依赖肥料或与豆科植物根部的固氮细菌获取氮源。研究人员正探索如何将硝基体引入作物中，使其实现自给自足的氮肥供应。但是利用这些发现改进农业并非易事。
自2022年2月投入使用以来，NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）探测到大量宇宙早期的明亮星系，远超科学家的预期。JWST专为研究宇宙最初10亿年而设计，能够捕捉极其微弱的红外光。在初期观测中，该望远镜观察到的宇宙初始候选星系可能比预期的多1000倍。其中一些星系因其异常亮度被推测为与银河系同规模的巨型星系，但这与现有星系演化理论不符。科学家认为，早期宇宙的星系可能并不庞大，是因为形成了超大质量恒星而显得异常明亮，另一种可能是活跃黑洞吞噬物质并释放出强大能量。光谱分析显示，这些星系中存在大量气体和重元素（如碳和氧），这些元素可能来自早期超大恒星的爆炸。此外，研究还发现大质量黑洞可能由早期宇宙中的物质团块快速塌缩形成，而非传统恒星演化的结果。这些发现为揭开宇宙初期的奥秘提供了重要线索，也拓展了人类对星系和黑洞早期形成的认识。
物理学家发现了一种全新的永磁体——交错磁体（Altermagnets）。此前，科学界已知两种永磁体：铁磁体和反铁体。铁磁体（如铁）中，邻近原子的未配对电子旋转方向一致，形成整体磁性；在反铁磁体（如铬）中，相邻的电子以相反的方向自旋，但整体上不显示磁性。交错磁体则兼具上述两种磁体的特点，电子朝相反方向旋转，保证了零净磁性，但其内部结构在更深层次上表现出类似铁磁材料的性质。通过研究费米面，科学家发现，交错磁体中的电子在时间反转时会交换旋转方向，从而打破了时间反转对称性，这一特性与铁磁体相似。今年多个研究团队通过实验证实了交错磁体的存在，并在锰碲化物和铬锑化物等材料中观察到了这一特征。交错磁体可能在电子学领域具有广泛应用，尤其是在超高速磁性开关技术中，预计会带来技术突破。地壳板块的运动通常被认为是一种局部、缓慢且剧烈的过程，但今年的研究颠覆了这一传统观点，揭示了这种局部的剧烈活动实际上在地幔中引发了扩展的波动，进而影响了整个大陆的地貌。今年8月在Nature杂志上的一项研究指出，这种波动是对板块构造理论的重要补充。当大陆裂谷发生时，热的地幔岩浆与冷的大陆板块相互摩擦，产生了旋转的对流岩流。这些岩流沿着大陆的“龙骨”缓慢流动，像船下的湍流一样，不仅影响地表，还会引发深层的地质变化。
研究表明，这种地幔波动能解释许多位于大陆内部的高原地形，例如巴西里约热内卢西北的高原和印度的西高止山脉。总体而言，这一发现表明，大陆和地幔之间的相互作用比科学家以前认为的更加复杂和活跃。https://www.science.org/content/article/breakthrough-2024#section_starship
VectorBuilder云舟生物科技（广州）股份有限公司创建于2014年，是世界知名分子生物学家蓝田博士创办的基因递送领军企业，在全球设有10余家子公司和办事处，2023年晋升为全球独角兽企业。云舟生物独创“VectorBuilder”平台（即“载体家”），开启了定制化基因载体的商品化时代，已累计向全球90多个国家和地区超4500家科研院校和制药公司提供服务，成果被上千篇Science、Nature、Cell等全球顶尖科研期刊广泛引用。云舟生物的基因药物CRO、CDMO项目遍布北美、欧洲、日本等多个国家和地区，已成功助力全球数十个项目成功开展IIT或IND研究，其中GMP级别的质粒和慢病毒载体已获得美国FDA的IND正式批准，用于在美国的多中心临床试验。云舟生物致力于系统性攻克基因递送行业的关键技术瓶颈，为行业和世界创造不可取代的价值。
2026-06-08
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