科技日报解读2008年世界科研热点

来源科技日报,黄橙)

 

编者按

 

新一期美国《科杂志预测,欧洲大型强子对撞机、微RNA、人造微生物、古基因组学、多铁性材料、人类微生物组、大脑神经回路7个项目或领域是2008年值得关注的科研热点。《共享科学》栏目邀请相关专家对以上7个热点给予点评,让读者和我们一起提前领略2008重大科研领域的精彩,并希望这些科研领域能尽快取得重大突破,给人们带来一个又一个惊喜。

 

热点:强子对撞机欲寻新粒子

 

欧洲核子研究中心的大型强子对撞机按计划将于2008年夏季开始启动,这是迄今为止人类建造的最大的科学研究装置。研究人员希望它能产生大量新粒子并揭开一些科学谜团。但这一对撞机能否顺利启动并用于科研还是个问题,即使它只能贡献少量科研数据,那也足以被视为是重大进展。

 

点评:张闯中科院高能物理研究所研究员、北京正负电子对撞机重大改造工程副经理)

 

经过10多年的不懈努力,横跨瑞士和法国边境的欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)的建设已进入最后阶段,加速器和探测器的设备已经安装就位。这是迄今为止人类建造的最大的科学研究装置,是本世纪初粒子物理探索物质微观结构最重要的科学实验。LHC是安装在周长为27公里隧道里的环形加速器,可以把质子束流加速到7万亿电子伏特的超高能量,并在其中进行对撞。LHC与其他类型的大型探测器一起,将在帮助科学家研究电弱相互作用中的对称性破缺和质量起源,寻找新粒子和新的物理现象,探索宇宙中正反物质的不对称的物理机制等重大科学问题方面起着重要作用。

 

LHC目前正在进行设备调试,计划20085月开始启动。其中关键的一项工作是要把安装在隧道里的1746块各种超导磁体的温度降低到零下271.3摄氏度,以便在超导状态加电励磁产生强磁场,对高能量的质子束流进行偏转和聚焦。这项工作原计划在2008年初完成,但按目前的进度可能要到6月才能完成,开始启动调束的时间也会推迟几个月。如果不出意外,在今年之内LHC应当可以启动并实现束流对撞。通常从束流首次对撞到开始科学实验需要半年以上的时间,实验正式获取数据估计要在2009年开始。

 

在科技部、自然科学基金委和中科院的支持下,我国物理学家参加了LHC加速器的设计。我国在探测器研制和物理分析等方面做出了许多贡献。

 

热点二:微RNA给疾病治疗提供新思路

 

有关控制基因表达的小RNA(核糖核酸)分子的研究目前继续取得进展,其中微RNA日益成为关注重点。2007年科学家共发表约800篇与微RNA研究有关的论文,内容涉及微RNA癌症、心脏疾病和干细胞分化等的关系。2008年,科学家将开始研究如何利用微RNA开一些疾病的发病机理,并有望深入了解微RNA是如何起作用的。

 

点评:戚益军北京生命科学研究所研究员)

 

以前人们认为,RNA在基因表达过程中主要起到把遗传信息从DNA传递给蛋白质的信使作用。但大约10年前,RNA干扰现象的发现使我们对RNA在调节基因表达中起到的重要作用有了更全面深刻的理解。RNA干扰过程中的核心是一类小分子RNA,这类小分子RNA可以特异性地阻止靶标基因的翻译或诱导其降解。在过去几年中,RNA干扰不但以一种前所未有的速度成为生物研究者研究动植物基因功能的强大工具,而且也开始显示出它在改良作物的农艺性状和治疗人类疾病中的巨大潜力。

 

在植物中,微小RNA控制和调节着很多对植物的生长发育有重要作用的基因。而在动物中,它们调节的基因范围更为广泛。根据预测,人类1/3以上蛋白编码基因都由微小RNA所调节,这些基因在细胞生长和调亡、细胞分化、大脑形态形成、心脏发育、神经元极性、胚胎发育和肿瘤的产生等各种过程中发挥重要作用。随着芯片技术和深度测序等高通量技术在微小RNA研究中的应用,我们将对微小RNA作用的机理和靶标、微小RNA和疾病之间的关系,以及它们在动植物基因表达调控网络的地位有更深入的理解。这将使微小RNA成为疾病诊断的新的分子生物学标记,也可能成为新的药物靶标,或进行新药开发的工具,给人类疾病的治疗提供多种新的思路。

 

目前,各国对RNA干扰和小分子RNA的作用机理及其生物学功能都投入了很大的研究资源,并且在RNA干扰在基因功能研究以及临床应用等众多领域都取得了突破性的成果。我国目前只有为数不多的实验室开展相关研究工作,我国在RNA干扰这一领域的研究力量和资助力度亟须增强。

 

热点三:人造微生物可制造药物

 

合成微生物学家认为,人造微生物已不再遥不可及。一个研究小组希望在2008年年底前将人工合成的基因组插入不含DNA(脱氧核糖核酸)的细菌,另一个小组正在逐步用人工合成的DNA来替代微生物的天然DNA。这些研究的目的是用人造微生物来制造生物燃料或药物。

 

点评:杨克迁(中科院微生物研究所研究员)

 

合成微生物学家的想在2007年离现实又进了一步!2007年中旬,美国Venter研究所的科学家报道了用一种支原体染色体取代另一种支原体染色体的研究,含新染色体的支原体失去了自己的表型而表现出前一种支原体的特性。这就像给一台电脑换了新的操作系统。如果能够随意更换微生物的染色体,未来就可能更换一个全部人工合成的染色体,制作全新的微生物。

 

当然,目前的报道只代表在亲缘关系很近的微生物间交换染色体的可能,以前尝试过的亲缘跨度太远的微生物间只可能导入少量的异源基因。Venter研究所的科学家的另外一个重要贡献是人工简化了支原体的基因组,创造了一个含有最少量基因的人造微生物。

 

科学家已经敲开了人造微生物的门,不过人造微生物及有更加广阔内涵的合成生物学的应用肯定还有很漫长的路要走。微生物细胞尽管相对简单,但仍然存在多种大分子和小分子间的相互作用,这些作用的变化规律人类还没有完全理解。人工设计的染色体是否能稳定高效地工作还有待验证。

 

我国有科学家在做改造微生物染色体,或进行微生物的种间融合工作。其工作思路与以上工作有类似的地方,但由于改动规模小,主要是对基因组的删减,对改造后的微生物功能评价还不精确,仍属于探索性工作。

 

热点四:古基因组揭示远古生物奥秘

 

非常粗略的尼安德特人基因组草图有望于2008年年底前绘成。预计科学家会将进行更多的尼安德特人和智人基因比较研究,从而增进对已灭绝的尼安德特人的了解。得益于更廉价、更便捷的技术,科学家将绘出更多灭绝物种的基因组图谱。  

 

点评:于军(中科院北京基因组研究所副所长)

 

古基因组学被列入美国《科学》刊登的2008年值得关注的7个科研热点之中,这个预测的根据主要是过去20年基因组学研究的科学积累和近期DNA分析技术的突破,以及这两年内可能的在科学和技术上的突破性发展。举的实例是一个粗略的尼安德特人基因组草图有望在2008年年底前绘成,并预计科学家会进行更多的尼安德特人和现代人的基因组比较研究,找出他们之间在DNA序列或基因上的差别,从而增进对已灭绝的尼安德特人的起源、与现代人的关系、生活方式和可能的灭绝原因做出基本判断和引发更深入探讨。此外,更廉价和高效的新技术,将允许科学家绘出更多已经灭绝物种的基因组图谱,尤其是最近期灭绝的物种,如猛犸象和剑齿虎。当然,如果能利用化石资源解读更早灭绝了的恐龙基因组序列将会更理想。

 

尼安德特人是在大约12万到3万年前,在最近一次冰河期居于欧洲及亚洲一些地区的人种,因在德国的尼安特山谷发现而得名。现代人从15万年前在非洲出现,后走出非洲,35千年前才到达欧洲。尼安德特人与现代人同为人属,但不同种,初步DNA序列分析表明尼安德特人与现代人在37万年前就与人属的共同祖先分离而各自进化。尼安德特人与现代人之间在遗传(如是否有遗传物质的交流)和物种进化上(如是否有适应性进化)的关系,各自有哪些特有的DNA序列变化,以及这些变化与环境适应性的关系等,一直是人类学研究领域的热门话题,也与我们人类未来的命运息息相关。 

 

来源科技日报,黄橙)