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创新20年:生命科学的九个突破

2020年12月08日 16:32   来源:药明康德   

  新世纪伊始,历时十余年,耗资数十亿美元的人类基因组草图刚刚测序完成。而在2020年底,单人基因组的测序成本已不到1000美元,更有诱导干细胞、癌症免疫疗法、基因编辑等新兴技术横空出世,改变了许多疾病的治疗方式。站在世纪之交,难以想象我们可以取得如此的成就。

  岁末恰逢药明康德成立20周年。在今天这篇文章里,我们一道来回顾《科学》杂志自2000年起的年度科学突破。20年的20个科学突破里,有将近一半属于生命科学。

  2000年:解读生命天书

  基因组携带了生命一代代传承的遗传信息,而每一个基因组都是由4个字母写就的遗传天书。在上个世纪,解读基因序列是缓慢而枯燥的工作。而在21世纪,全球合力之下,我们已能对基因组进行测序,产生海量的遗传数据。《科学》杂志将这一壮举列为年度突破。但从重要性上看,这或许称得上是一个“世纪突破”。

  2002年:小RNA的大作用

  长久以来,RNA分子的光芒被它们的亲戚DNA所掩盖。很多科学家把RNA视作“跑腿的”,不过是把DNA的遗传信息带给蛋白质生产工厂罢了。然而世纪之交的一些发现却指出,一类小型的RNA分子竟像是细胞的指挥,能控制基因的表达,甚至是沉默特定的基因。2006年,发现RNA干扰原理的两位科学家荣获诺贝尔生理学或医学奖。2018年,第一款使用RNA干扰治疗人类疾病的药物获FDA批准上市。

  2005年:进化论与基因组

  达尔文的进化论是科学史上的一座丰碑。长久以来,科学家们知道自然选择产生的压力会诱使生命变得更为多样,2005年的多项研究则让我们从分子层面上清楚地看到进化如何发生。这一年,科学家们知道人类与黑猩猩的基因组序列极为接近,差异不足1%;科学家们也从一具冻在阿拉斯加的尸体上分离出了1918年导致大流行的病毒,指出它最初只是一种普通的禽流感病毒,直至它发生了几个关键变异,让病毒能轻易感染人类。

  2007年:每个人都独一无二

  7年前,人类基因组草图才刚刚完成。2007年,我们已经有能力对多人的基因组序列进行比对分析了。如果说和黑猩猩的序列比对让我们知道自己何以为人,那么和其他人类的序列比对则让我们知道自己何以为自己。这一年,我们知道人与人之间存在单核苷酸多态性(SNP),也存在基因拷贝数的不同。只需要几代人的时间,我们就足以和我们祖先的基因组出现明显差异。这些都让我们成为了独一无二的自己。

  2008年:细胞返老还童

  在过去的认知中,细胞的分化是一条单行道。年轻的干细胞就像是少年的我们,未来有着无限发展可能。而成熟的细胞就像是成年后的我们,专注于某个领域的工作。2008年,科学家们将人类的成熟皮肤细胞变回了干细胞,堪称是让细胞返老还童。而在小鼠中,科学家也通过同样的技术,让一种成熟细胞变回干细胞,再变成另一种成熟细胞。2012年,发明诱导干细胞技术的两名科学家斩获诺贝尔生理学或医学奖。

  2011年:预防HIV感染

  自艾滋病鸡尾酒疗法诞生后,研究人员们就知道抗逆转录病毒药物可以减少人体内的HIV病毒水平。但这是否表明这些用于治疗的药物也有预防效果呢?2011年,一项临床试验证明,抗逆转录病毒药物能将异性间的传染风险减少96%。也有人说,我们距离终结这种影响广泛的疾病,已经不远了。

  2013年:癌症免疫疗法

  《科学》杂志将这一年列为癌症治疗的转折点。经过了漫长的探索,我们终于学会了如何调动自身的免疫系统,用于对抗癌症:一名女性患者肺部有拳头大的肿瘤,治疗后已经活了13年;一名6岁女孩差点丧生于白血病,如今已经读小学三年级;一名男性在停止治疗后,转移性肾癌也不断在消退。2014年,靶向PD-1/PD-L1通路的两款重磅免疫疗法先后获批。2018年,两位免疫疗法先驱荣获当年的诺贝尔生理学或医学奖。

  2015年:基因魔剪

  早在2012和2013年,CRISPR基因编辑技术就曾被提名年度突破,2015年终于得偿所愿。《科学》杂志指出,该技术在2015年登上多次新闻头条:包括使用“基因驱动”技术消灭害虫,以及首次用其编辑人类胚胎中的DNA。正如Emmanuelle Charpentier教授在当年的一场峰会上所言,无论是好是坏,我们都已经生活在了一个CRISPR的世界中。今年,她与Jennifer Doudna教授摘得诺贝尔化学奖的桂冠。

  2018:无以伦比的高清

  单个细胞如何发育成一个拥有不同器官、由数十亿个细胞组成的复杂生物?我们知道,基因密码是这场生命交响曲的指挥家,告诉每一个细胞在何时何地启动哪些基因。如今,在多种技术的组合下,我们能对细胞进行挨个分离测序,搞清每一个细胞里究竟有哪些基因正在启动。这就好像是拍下细胞发育的瞬间,以单细胞的高清分辨率,看清生物体的发育过程。

  2040年:……

  20年后,哪些已有的创新技术值得被称为年度突破,或是斩获诺奖?又会有哪些突破性的新技术涌现出来,推进生命科学的发展,最终造福全球健康?我们对此充满期待!

(责任编辑:朱国旺)

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2020-12-08 16:32 来源:药明康德
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