science年度十大科学突破

science十大科学进展(这个排名分先后，最起码第一是最厉害的；含英文段落练手）20161.清除衰老细胞保持年轻但是今年，梅奥诊所的研究人员证实清除衰老细胞可以延迟肿瘤形成，维持组织和器官的功能，延长寿命，且没有观察到任何的不良影响。

梅奥诊所的研究人员利用了一种转基因使得药物能够诱导除去正常小鼠体内的衰老细胞。

当给予一种叫做AP20187的化合物时，除去衰老细胞延迟了肿瘤形成，抑制了多个器官发生年龄相关的退化。

治疗小鼠的平均寿命延长17-35%。

它们还显示出更健康的外表，脂肪、肌肉及肾脏组织中的炎症量减少。

梅奥诊所研究人员多年来一直致力于衰老细胞清除的研究，2011年的Science十大科学突破中也有它。

2.人工设计蛋白质蛋白质是我们生命的支柱，它们能加快关键的化学反应，让肌肉使出力，帮助细胞进行沟通，防御入侵者。

为此科学家们一直都希望能创建出自己设计的蛋白。

今年研究组设计并合成了一个可自组装的25纳米的二十面体壳蛋白笼子，并且研究制成了兆道尔顿规模、双组分的二十面体蛋白复合物。

设计新蛋白要求科学家能准确预测蛋白质的三维结构，而这是一个老大难问题。

由于氨基酸的性质各异，在预测时发生的一些微小误差，都会极大影响最终结果。

为了增加预测的准确度，科学家们发明了一种同源比较法，即基于结构已知的蛋白，对结构未知，但序列接近的蛋白质进行结构预测。

这种方法虽有效，但也很快遇到了短板：目前已知的蛋白数量太少，不足自然界中蛋白数量的千分之一。

这让能用于比较的“模板”数量严重不足。

为此Baker等人创造了一个叫做Rosetta的预测工具，利用局部的氨基酸性质，分析蛋白片段。

经过多次改良，这一研究组目前已经成功预测了900多个蛋白结构。

而且更重要的是，研究人员设计了一种能够结合特殊凝血素的蛋白，结果在临床前实验中证明人工合成的新蛋白能够发挥作用。

相关论文：Design of a hyperstable 60-subunit protein icosahedron,Accurate design of megadalton-scale two-component icosahedral protein complexes3.人造卵母细胞今年的“试管婴儿”有了新的含义：科学家们第一次从实验室重编程小鼠胚胎干细胞（(ESCs）和诱导多能干细胞（iPSCs）中培育出了功能完整的卵母细胞。

这不仅实现了科学家们长期以来的愿景，而且也为利用各种类型细胞培养卵细胞提供了新方法，但同时也引发了对设计婴儿的担忧。

2011年日本京都大学研究团队成功地利用小鼠干细胞生成了功能性的精子。

其后一年，同样是京都大学研究团队在Science上发表论文，宣布其成功从小鼠的iPS细胞中培育出卵子，并使其体外受精后产下健康后代。

但这个方法仍然要求是未成熟的卵细胞植入到活体小鼠中进行发育。

而今年的研究人员实现了完全从实验室中获得卵细胞。

他们从任何一种干细胞类型开始，首先通过诱导几个基因生成PGC样细胞（PGC-like），然后将其与雌性性腺体细胞混合，创造出了体外“重组卵巢”。

这些细胞会逐渐失去PGC标志表达，开始表达卵母细胞标记。

在培养基中生长了三周后，研究人员观察到了减数分裂前期的初级卵母细胞，这一阶段的一个关键要素在于添加一种雌激素抑制剂，令早期阶段的卵母细胞体外形成卵巢卵泡。

研究人员再在培养基中加入促卵泡素和另外两种因子，这样细胞会分离出毛囊样结构，卵母细胞继续生长11天，组装出全尺寸生发泡卵母细胞。

在第三阶段，成熟培养基中培养了一天的生发泡卵母细胞就会成为减数分裂-捕获卵母细胞。

相关论文：Reconstitution in vitro of the entire cycle of the mouse female germ line4.纳米测序突破性成果基因组测序可能即将成为生物学研究中一个无处不在的工具手段，今年的多篇技术研究成果，比如纳米孔测序设备，为这一目前在生物学研究中已经占据重要地位的实验方法再加一把火。

纳米孔测序的基础理念已经有十几年历史了，其技术原理是让单链DNA碱基逐个穿过纳米蛋白孔，检测不同碱基组合穿过时的电流变化来进行测序。

2012年，Oxford Nanopore公司发布了自己的纳米孔测序系统——MinION。

自此，纳米孔测序真正实现了商业化。

今年MinION不仅在非洲埃博拉患者诊断方面大显身手，而且还登上了国际空间站，宇航员用它在太空对老鼠、病毒和细菌的DNA样本进行了测序，探讨失重状态下是否可以进行DNA测序。

技术方面，今年Nature Methods发表了一种可高度选择性进行DNA测序的技术，这种技术被称为“'Read Until”，与实时的纳米孔测序联合使用，使得用户能够分析靶标DNA链。

这一技术是通过运用动态时间规整而发展的，以将短的query current traces与参考序列匹配，从而展示了小基因组特定区域的选择性，来自一组靶标的单个扩增子，或一个集合中扩增产物的正常化。

此外，PacBio的测序系统也在罕见病测序诊断方面大放异彩：BioRxiv上公布了一项研究成果指出Carney综合征患者在进行第二代全基因组测序后没有检测出任何可以解释患者临床表征的遗传变异，而在利用PacBio Sequel系统上进行测序后发现了缺失突变，精确检测出缺失断裂点。

20151.CRISPR基因编辑技术这是继2013年CRISPR技术荣登Science十大科学突破榜单后的第二次上榜，也是首个后来居上的科学突破，之所以CRISPR技术如此受热捧，这与今年该领域取得的多项突破密切相关，这些突破包括：CRISPR精确广泛遗传改变——今年10月，哈佛大学等处的研究人员在猪细胞中应用CRISPR编辑方法破坏了猪基因组62个位点的潜在有害DNA序列。

这是有可能是迄今为止通过CRISPR实现精确、广泛遗传改变最极端的例子。

它也为人们带了希望：这一技术最终可让猪器官适合于人体。

这些潜在有害DNA序列是指猪内源性逆转录病毒(PERV)，PERV在培养皿中可从猪细胞移动至人类细胞，及感染移植到免疫系统薄弱小鼠体内的人类细胞。

研究人员设计gRNA靶向了猪肾细胞DNA中62个PERV序列共有的一个基因。

在一小部分细胞中，CRISPR系统除去了每一个靶基因——是迄今为止通过单次CRISPR达到的最大数量基因改变。

“基因驱动”灭蚊可不可取？——所谓的基因驱动技术则是一个能够快速将特定性状扩散到群体中去的系统——这里的快速是相对于经典孟德尔遗传而言。

这种技术目前主要以CRISPR为基础，具有非常广阔的前景，如根除疟疾、登革热等蚊媒疾病，恢复害虫对杀虫剂的敏感性，消灭或控制入侵物种等等。

然而也有不少人担心，这样的基因修饰会“找到出路”逃出设计好的体系，为生态系统带来难以估量的危害。

为此美国国家科学院、工程院和医学院（NAS）组织了一个委员会评估这一技术。

首次编辑人类胚胎DNA——中山大学的一组研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，将CRISPR/Cas9酶复合物注入胚胎中，这会在特异的位点结合并拼接DNA，用于改造了导致一种潜在致命血液疾病——β-地中海贫血的基因。

研究人员说，他们的研究结果表明将这种方法应用于医学用途存在一些重大的障碍。

不少科学家认为这是第一次报告将CRISPR/Cas9应用于人类植入前胚胎，就其本身而论这项研究是一个里程碑及引人警戒的故事。

对于那些认为已做好准备测试这一技术来清除致病基因的医生而言，这一研究应该是向他们发出的一个严正警告……除了这些成果，今年以来CRISPR技术实现了系统不断更新改善，可以实现更简单、更精确的基因组工程操作，Science杂志执行新闻编辑John Travis表示，“夸张点说，科学家们如果想要什么，CRISPR 就能帮他们实现”。

2.埃博拉病毒疫苗当2013年12月埃博拉在西非暴发并引发该病有史以来最大规模疫情时，并没有已被证实在人群中安全有效的疫苗或药物。

今年由世界卫生组织以及多所科研院校成员组成的联合研究团队在几内亚实施了一次大规模的埃博拉病毒疫苗临床试验，试验结果非常理想，给人们控制这一严重传染病带来了一线曙光。

研究人员这次实验的疫苗是通过基因工程技术，将埃博拉病毒表面的一种主要糖蛋白的基因转移到了另一种对人体相对无害的病毒——疱疹性口腔炎病毒（VSV）中所制成的。

重组后的病毒便能够激发人体的免疫反应，起到免疫的作用。

3.酵母工程生产阿片类药物今年来自美国的生物学家对酵母进行了基因工程改造，将糖转化为了阿片类止痛药。

这一合成生物学的壮举将有利于生产更多的药物，或者从黑暗面来说，自产吗啡和海洛因毒品。

斯坦福大学的工程师们重新设定了面包酵母的遗传机制，这样，这些快速生长的细胞可在三到五天的时间内，把糖转换成氢可酮。

其中的关键是（R）- reticuline，这个分子可使植物生产出减轻疼痛的分子。

2014年1.年轻血液助推返老还童美国的两项研究在小鼠中证实通过将年轻小鼠的血液或一种叫做GDF11的蛋白因子注射到老年小鼠体内，可以改善衰老小鼠的大脑和骨骼肌功能。

研究人员指出，相比老年小鼠，GDF11在年轻小鼠中的自然浓度要高的多，提高老年小鼠GDF11的水平改善了迄今为止研究的小鼠每个器官系统的功能。

专家称，他们期望在3-5年内推动GDF11进入人类临床试验。

不出问题的话，GDF11或是由此开发的一种药物有可能会在阿尔茨海默氏症中发挥价值。

2.治愈糖尿病的β细胞今年，两个研究小组开创了两种不同的方法在实验室中生成了类似β细胞的细胞。

10月，哈佛干细胞研究所联合主任DougMelton领导下的干细胞研究人员宣布他们以人类胚胎干细胞作为起点，第一次生成了满足细胞移植和医药用途所需的、大量的生成胰岛素的β细胞，它们在大多数方面都与功能正常的β细胞相当。

当前他们正在一些包括非人类灵长类动物在内的动物模型中，对这些干细胞衍生的β细胞进行试验。

紧接着在11月，哈佛大学干细胞和再生生物学系副教授QiaoZhou与Melton合作，采用一组基因在活体糖尿病成年小鼠中将胰腺外分泌细胞转变为了生成胰岛素的β细胞，其似乎治愈了大约三分之一罹患这种代谢疾病的小鼠，改善了其他大多数小鼠的胰岛素生成。

这些成果朝着寻找到真正有效的糖尿病疗法迈进了一大步。

3.扩充生命遗传字母科学家们构建出了一种细菌，其遗传物质中加入了自然中不存在的DNA碱基对。

只要供给分子构件，这一独特细菌的细胞可以几乎正常地复制这些非天然的DNA碱基。

自然界最基本的碱基对只有两种：腺嘌呤－胸腺嘧啶（A－T）和胞嘧啶－鸟嘌呤（C－G）。

但在这项研究中研究人员构建出了一种自然界不存在的生物体，它稳定包含一种代号为“X－Y”的人工碱基对。