分子学起源

开栏寄语：　　2016年10月，中国科学院化学研究所将迎来60周岁生日。60年来，几代化学所人不懈努力，顽强拼搏，勇攀高峰，形成了“创新、求是、团结、奉献”的优秀文化，为我国科技事业、国民经济和国防建设作出了重要贡献。如今，化学所以基础研究为主，正在有重点地开展国家急需的、有重大战略目标的高新技术创新研究，并与高新技术应用和转化工作相协调发展，已成为具有重要国际影响、我国最高水平的化学研究机构之一。本报即日起将推出系列文章，以纪念为化学事业奋斗终身的前辈，也向正在“三个面向”“四个率先”的要求下，为化学科学发展、国民经济和国防建设奋战的科研工作者致以崇高的敬意。▲化学所规划图▲化学所分子楼　　化学，是研究物质形成、结构、性能和变化的科学。上世纪90年代，科学家已经在认识分子结构和化学键的本质上积累了丰富的知识。彼时，化学家已瞄准了新的科学目标，即从需求出发设计并合成具有特定化学、物理特性的分子。　　中国科学院化学研究所自1956年成立以来，一直把握着世界化学前沿的脉搏，引领中国化学学科相关领域的发展。　　当化学学科逐渐走进“分子时代”时，化学所在国内率先提出面向世界科学前沿的分子科学研究计划。多年来，化学所依靠深厚的历史积淀，以扎实的基础研究，突破了诸多关键技术，培养了一大批分子科学领军人才，成为我国分子科学领域的高地。　　“弄潮”分子科学　　上世纪90年代末，党中央、国务院作出建设国家创新体系的重大决策，决定由中科院开展“知识创新工程”试点。根据该项试点工作的部署，1999年3月，中科院化学所首批进入了中科院知识创新工程，并启动了分子科学中心的建设，希望办成世界上有影响的、国际一流水平的分子科学中心，成为国际交流的窗口，同时建设和完善面向国家重大战略需求的先进高分子材料基地。　　该中心由中科院化学所与当时的感光化学所相关部分整合而成，时任化学所所长朱道本被聘任为该中心的主任。　　中国科学家“弄潮”分子科学的蓝图就此展开。　　朱道本说：“一个人的力量是有限的，有了领导和同事们的支持，才能把分子科学中心建好。”启动伊始，他带领化学所多名研究人员详细调研了德国马普研究所、日本分子科学中心等世界一流的化学研究机构。　　1999年4月初，经过详细论证，由14名院士和科研、管理专家组成评委会，在化学所原有研究单元的基础上，论证首批进入中心的单元。分子动态学、有机固体、工程塑料、高分子物理、纳米科技、光化学、胶体和界面等实验室和研究组入选。　　“首批进入中心的196人，平均年龄是39.8岁，‘杰青’获得者有10名，‘百人计划’9名。”朱道本告诉《中国科学报》记者。　　这些在世纪之交时种下的分子科学“种子”，在十多年里不断开花结果。以有机固体实验室为例，朱道本带领研究小组创造了新的高效合成方法，筛选出了具有自主知识产权、综合性能优异的电子/空穴传输材料 李永舫带领研究小组构建了高性能有机器件，使单结聚合物太阳能电池的能量转换效率提高到10%以上，始终保持了世界领先的水平 李玉良首次在铜表面上合成了具有本征带隙sp杂化的二维碳的新同素异形体石墨炔，开辟了人工化学合成碳同素异形体的先例。　　如今，中科院化学所已在分子科学的多个领域位列世界前沿。　　“奠基”分子纳米科技　　纵观历史，观测手段的每一次进步都能推动人类认识世界的步伐。例如，在生物学上，X光衍射技术为分子生物学的发展奠定了基础。而天文学上，射电望远镜的发明则极大地拓宽了天文学家观测的视野。　　分子科学领域也不例外。上世纪80年代，国际上纳米科学与技术的迅猛发展，以STM为代表的纳米表征技术的发明揭示了纳米尺度的微观世界，有力地推动了分子科学的发展。　　1987年，在美国加州理工学院专攻扫描隧道显微学技术(STM)的白春礼，携带STM的研制资料和关键元器件回国，在中科院和化学所领导的支持下创立了STM实验室。　　当时，STM仪器尚未实现商业化，自行研制STM仪器成为该实验室成立之初的主要目标。1988年，白春礼和同事们在科研经费不足的情况下，只花了不到半年时间，成功研制出中国第一台STM仪器。　　“因为实验用房紧张，研制工作在化学所4号楼的一间地下室里开展。”参与STM仪器研发的实验室人员对这段历史记忆犹新，“1988年4月12日，实验室的日历永远记住了这个时间。”　　中国科学院化学研究所上一任所长万立骏告诉《中国科学报》记者：“有了STM这个利器，中科院化学所纳米科学的发展得到了极大的支撑。”　　1989年初，研究团队还开发了原子力显微镜(AFM)，助力分子科学研究直接观察非导体的表面原子结构。超高真空扫描隧道显微镜、低温扫描隧道显微镜、激光检测原子力显微镜、弹道电子发射显微镜等纳米检测仪器也陆续成功研发。　　研究人员正是依靠这些自主研发的仪器，对有机导体、有机铁磁体、非线性光学材料、高温超导材料、矿物和生物大分子等一系列物质开展了研究，取得了许多重要的研究成果。　　2001年，以白春礼、王琛、万立骏为学术带头人的创新团队获得国家自然科学基金委员会的支持，标志着实验室进入一个新的发展阶段。一年后，该实验室正式被批准为中科院重点实验室。　　在科研领域方面，该实验室已从STM研究拓展到纳米材料科学、单分子科学、纳米器件、纳米生物学等广大的纳米学科领域。　　从基础到应用：一个都不能少　　在中科院化学所分子科学研究走过的历程中，研究人员基于高水平的基础研究，开展了丰富的应用研究和产业化探索，分子科学的创新链条也得到了充分延展。　　纳米绿色印刷是化学所全链条创新的典范。宋延林带领的团队先后实现了包括绿色制版、绿色版基和绿色油墨在内的完整纳米绿色印刷产业链技术。从2010年起，该团队与企业合作，推动项目产业化示范和制版中心建设，已经取得多项国际领先的技术成果，在国内外产生了广泛的影响。　　有机光导鼓关键技术则始于上世纪80年代。王艳乔等科研人员完成技术研发后，于2000年建成我国首条有机光导鼓自动化生产线，结束了我国有机光导鼓的技术与产业空白局面，创造了良好的经济和社会效益。　　在聚丙烯催化剂研发方面，肖士镜、谢光华和胡友良等研究人员成功制备出高活性、高立构规整性的聚丙烯催化剂，并于1992年在辽宁营口实现了催化剂的产业化，替代了进口催化剂。而在甲醇/一氧化碳羰基合成方面，袁国卿等带领研发团队研制出系列新型的螯合型催化剂。2004年起，该类催化剂陆续被大型企业广泛应用，共生产醋酸1100万吨，创造利润40多亿元。　　中科院化学所所长张德清指出，多年来，在分子科学领域，化学所形成了分子合成、分子组装与功能及与材料、环境、生命、能源等交叉的全覆盖研究领域。　　2013年，中科院发展规划局组织国际知名科学家对化学研究所进行了现场专家诊断评估。“国际评估专家认为化学所是中国最好的化学研究机构，也提出了许多中肯的意见，让我们未来的发展有了更清晰的方向和更大的空间。”张德清表示。

近日，由中国科学院上海天文台研究员李娟、王均智和沈志强等牵头的国际研究团队，利用目前世界上最大的射电望远镜——阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array, ALMA），在人马座B2（Sagittarius B2, Sgr B2）中首次探测到丙酰胺分子C2H5CONH2，这是目前在星际空间发现的最大的类肽键分子。相关研究成果发表在《天体物理学期刊》（Astrophysical Journal）上。 　　蛋白质由氨基酸（NH2CH(R)COOH, R=H, CH3等）连接而成，两个氨基酸之间的羧基和氨基发生脱水缩合，形成一个肽键结构-NHCO-。肽键是蛋白质中普遍存在的特殊结构，也是蛋白质的特征结构，因此类肽键分子的观测对于星际蛋白质形成的研究具有科学意义。此前在星际空间探测到的200多个分子中，只有4个类肽键分子，限制了相关前生命分子形成的相关研究。 　　Sgr B2是位于银河系中心的一个活跃的大质量恒星形成区，这一巨分子云是搜寻星际复杂有机分子的最佳场所，以往的观测结果也揭示了复杂有机分子在Sgr B2巨分子云中广泛存在。目前，科学家主要通过探测和证认分子谱线发现新分子，但由于Sgr B2中存在丰富的复杂有机分子，谱线之间的干扰严重，微弱的复杂分子信号淹没在“谱线森林”中，较难找到足够多条干净的分子谱线，导致新分子的探测难度大。　　研究人员通过与热核分子的积分流量图像比较，找到了合适位置来证认丙酰胺分子。“首先找到一条干净的丙酰胺的跃迁线，得到其空间分布；然后通过与热核分子的空间分布进行比较，找到丙酰胺相对增丰的位置，”该工作的第一作者李娟说，“在这个位置上，共找到6条干净的发射线和20多条部分混淆的发射线，这些发射线的强度、速度均与模型计算结果吻合。” 　　观测结果表明，人类在星际空间首次探测到了丙酰胺分子。这一分子由12个原子组成，不仅是星际空间探测到的最大的类肽键分子，也是目前星际空间探测到的最大的星际分子之一。研究还发现，丙酰胺分子的丰度是乙酰胺的五分之一，甲酰胺的十九分之一。王均智表示：“丙酰胺分子来自于大质量恒星形成区，丙酰胺分子很可能不是特例，更大的类肽键分子，甚至更复杂的生命相关分子可能在恒星形成过程中形成并稳定存在。这些复杂分子可能在随后的行星形成过程中，被带到行星上，为生命起源提供原材料。 ”　　研究工作得到国家自然科学基金重大项目、面上项目、天文联合基金重点项目及天文联合基金培育项目等的支持。

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美国罗格斯大学领导的团队在探究生物学中最深刻的未解问题之一时，发现了可能导致古代地球原始汤中生命起源的蛋白质结构。该研究近日发表在《科学进展》杂志上。　　研究人员探索了原始生命如何起源于我们星球上的简单非生命材料，他们得出结论，任何有生命的东西都需要从太阳或热液喷口等来源收集和使用能量。　　用分子术语来说，这意味着转移电子的能力对生命至关重要。由于电子转移的最佳元素是金属，并且大多数生物活动都是由蛋白质进行的，因此研究人员决定探索两者的结合，即结合金属的蛋白质。　　他们比较了所有现有的与金属结合的蛋白质结构，以建立任何共同特征，前提是这些共同特征存在于祖先蛋白质中，并且经过多样化和传承，创造了我们今天看到的众多蛋白质。　　蛋白质结构的进化需要了解新折叠是如何从先前存在的折叠中产生的，因此研究人员设计了一种计算方法，发现目前存在的绝大多数金属结合蛋白都有些相似，无论它们结合的金属类型如何。　　研究主要作者、罗格斯大学新不伦瑞克分校生物化学和微生物学系教授雅娜布罗姆伯格表示，现有蛋白质的金属结合核心确实都相似，尽管蛋白质本身可能不相似。这些金属结合核心通常由重复的子结构组成，有点像乐高积木。奇怪的是，这些子结构也存在于蛋白质的其他区域，而不仅仅是金属结合核心。观察表明，这些子结构的重排可能有一个或少数共同祖先，并产生了目前可用的全部蛋白质及其功能，亦即人类所知道的生命。　　布罗姆伯格说，“我们对生命如何在这个星球上产生信息知之甚少，而我们的工作提供了以前无法获得的解释。这种解释或有助于我们在其他行星和行星体上寻找生命。我们对特定结构构件的发现也可能影响未来合成生物学工作——科学家的目标正是重构出具有特异性的活性蛋白质”。

据美国每日科学网站近日消息称，天文学家们首次发现了宇宙大爆炸之后仅仅几分钟内形成的原始气体云，其中气体成分结构符合先前理论预测，为现代宇宙论中关于宇宙元素起源的说法提供了直接证据。加州大学圣克鲁兹分校、佛蒙特州圣迈克尔学院的研究人员将相关论文提交美国《科学》杂志，于近日在线发表。 　　宇宙中元素起源的理论，是指将宇宙膨胀和元素起源联系起来，提出了元素的形成理论。现在认为，只有最轻的元素，通常是氢和氦，乃由宇宙大爆炸直接“创造”出来的。而后在大爆炸接下来的数百万年里，这些原始气体团压缩形成了第一代恒星，这才是稍重元素的诞生之地。 　　研究论文的合著者、加州大学天体物理学教授泽维尔查斯卡表示，长久以来人们一直费尽心力在宇宙中找到那些所谓的“原始材料”，但均告失败。 　　而今，借助美国夏威夷州莫纳克亚山顶峰的凯克望远镜配备的高分辨率光谱仪，研究人员得以深入分析来自遥远类星体的光，一并发现了这两个原始气体云。而通过将一个类星体的明亮光线分散成不同波长的光谱，研究人员可以看到是哪个波长被气体吸收，从而对应光谱的吸收线来测量出气体的构成。结果，在气体云的光谱中，研究人员只看到了氢气及氢的重同位素——氘。 　　研究人员表示，他们的分析仪器对碳、氧、硅有极好的灵敏度，但反而证实原始气体云中这些元素是完全不存在的 而此次的敏感度不针对氦，如果可能的话，应该也会看到氦元素的迹象。 　　在本结果问世之前，科学家得到的宇宙最低金属丰度测量值是太阳金属丰度的千分之一，这曾被认为是一个“落到底儿”的数值了，要知道星系金属是如此广泛地分散在宇宙中，应该没有什么比千分之一的太阳金属丰度更低的了，因而此次产生的结果可以说是挑战了天文学家们的传统思维。 　　而这亦是目前为止科学家们第一次观察到宇宙初期还未被重元素“污染”的原始气体，据研究人员称，该结果非常令人兴奋，因为它与宇宙大爆炸理论所预测的原始气体组成十分之匹配，可成为第一个直接证据。

研究背景Nature：清北团队合作发现CRISPR免疫增效子，建立Cas9核酸酶生长进化模型CRISPR-Cas系统是一种强大的基因编辑工具，但Cas9核酸酶活性仍需提高。现有的方法存在着种种局限性，例如优化序列可能破坏结构、改变表达方式可能导致副作用、使用辅助蛋白会增加复杂性等。因此，开发新的方法来增强Cas9核酸酶的活性仍是CRISPR-Cas系统研究中的一个重要课题。2024年5月29日，来自清华大学和北京大学的研究团队在Nature上合作发表了题为：Pro-CRISPR PcrIIC1-associated Cas9 system for enhanced bacterial immunity的研究论文研究团队通过生物信息学分析、结构生长轨迹分析、生化实验、冷冻电镜解析和大肠杆菌抗噬菌体实验等手段，发现了一类新型CRISPR免疫增效子PcrIIC1，可以显著增强Cas9核酸酶的活性。研究团队还建立了Cas9核酸酶生长进化模型，揭示了Cas9蛋白结构和功能的演变规律，并阐明了PcrIIC1增强Cas9活性的分子机制。这项研究为我们进一步理解CRISPR系统的进化历程，以及开发基于CRISPR免疫增效子的高效基因编辑工具奠定了基础。研究思路通过生物信息学分析，研究团队观察到一类新型关联基因（Novel-associated genes, NAGs），显著富集存在于较大蛋白体积的II-C型Cas9的基因簇中，并推测这些NAGs可能参与到Cas9介导的细菌免疫过程。图1. 结构生长轨迹分析方法（左）和II-C型Cas9的生长轨迹图（右）通过生化实验和冷冻电镜解析复合体结构表明，来自金黄色细菌属（Chryseobacterium sp.）的CbCas9生长出了一个全新的增强Cas9活性的β-REC2结构域，以及一个全新的能够与其关联基因PcrIIC1互作的CTH结构域。通过蛋白间相互作用，2个CbCas9蛋白和2个PcrIIC1蛋白能够形成异源四聚体复合物。图2. 冷冻电镜分析CbCas9和PcrIIC1结合的三个阶段蛋白质与核酸的分子互作实验表明，与单独的CbCas9相比，CbCas9-PcrIC1复合物表现出增强的DNA结合进而体现出切割活性，对原间隔区相邻基序序列的兼容性更广，对错配的耐受性更强，抗噬菌体免疫性增强。研究利用溶液中标记的分子互作方式获得亲和力，得出与单独的CbCas9相比，CbCas9-PcrIC1复合物表现出增强的DNA结合（图3a）进而体现出切割活性，对原间隔区相邻基序序列的兼容性更广，对错配的耐受性更强，抗噬菌体免疫性增强。图3. PcrIIC1增强CbCas9的DNA结合(a)、切割(b)、PAM兼容性(c)、DNA解旋 (d) 和错配容忍 (e) 能力最后，为了检验CRISPR免疫增效子PcrIIC1对CbCas9抗噬菌体免疫能力的影响，研究人员在大肠杆菌中进行了抗噬菌体实验。以上结果说明CbCas9-PcrIIC1复合体的形成对整个CRISPR-Cas系统的免疫增强至关重要。图4. PcrIIC1显著增强了CbCas9系统的细菌免疫活性FIDA如何更好复现Nature蛋白与核酸互作发文思路流体动力分散技术（FIDA）通过第一性物理原理直接获取分子的绝对流体动力学半径（Rh），通过追踪分子微妙的变化来表征生物分子的行为、特征以及功能。Fida Neo分子互作仪涵盖亲和力表征、亲和动力学表征、分子质量表征三大功能，一次实验即可获得互作与分子质控的数据，让互作的数据有“法”可依。FIDA技术无需固定、无需加热，甚至无需标记，可兼容所有缓冲液，是对现有分子互作技术是一次不一样的升级。FIDA技术可用于CbCas9-PcrIIC1复合物冷冻电镜前样品质控，CbCas9-PcrIC1复合物与DNA的亲和力实验以及动力学实验，以及CRISPR- cas以及核酸复合物的大小和定量表征等方面，具体如下:FIDA多维蛋白复合体表征，快速无稀释优化冷冻电镜样品，丰富您的蛋白质表征数据。FIDA所获得的Rh为绝对的粒径大小，可以直接与后期的电镜数据做比较。此外FIDA内置的 PDB 关联程序，可以将实际获得的 Rh 与数据库中的结构信息进行比较，有助于结构的精细解析。FIDA技术单次运行只需要40 nL 蛋白质在 4 分钟内获得的完整蛋白质 QC 图，包括冷冻电镜样品QC的关键参数表征，例如多分散性指数（PDI），聚集（Agg），粘度（Viscosity），粘附性（Stickiness），完整性（Rh）等指标，FIDA是一种非常有效的支持所有生物物理学和结构生物学的基本工具。图5. FIDA单次测试的得到8个蛋白表征数据冷冻电镜应用：FIDA：4分钟给您无稀释的冷冻电镜样品优化解决方案FIDA和本篇研究中应用的分子互作技术都是一种在溶液状态下通过荧光分子标记表征分子互作的技术。对于蛋白可能需要形成多聚体，在溶液环境下，更能有效的体现蛋白与蛋白或蛋白与核酸互作的真实情况。FIDA 可以使用含盐和洗涤剂的缓冲液条件，具有不同环境中（类体内环境）进行测试的灵活性。这使得研究者能够分析不受缓冲液成分限制的核苷酸，以确保其数据的准确性和可靠性。FIDA 这种在溶液内检测分子互作技术，是理想的结合能力检测，因为它不依赖于潜在的阻碍性表面固定，不受结合域空间方向影响的表征。图6. FIDA实验原理示意图FIDA不仅可以表征互作亲和力，也同时无标记检测CRISPR核酸酶与gDNA相互作用的热力学、亲和力、和结合动力学，全面表征蛋白与核酸互作。FIDA不仅可以完成本研究中得到的CbCas9-PcrIC1复合物表现出增强的DNA结合亲和力，还可在无标记下表征蛋白与核酸的热力学参数与结合动力学，甚至表征结合时蛋白构象变化与获得有关基因编辑过程的分子细节的定量表征。FIDA技术可以处理带负电荷分析物和带正电荷配体，使利用FIDA能够深入了解CRISPR- cas组分之间的结合相互作用，并以更高的准确性和效率表征和优化CRISPR系统。FIDA是一种序列无关的技术-不需要事先了解序列。FIDA的序列独立性质可对未知或未表征的基因组区域进行研究，同时简化工作流程。图7.(A) FIDA实验示意图。ReporterRNA用于识别RNP的大小和饱和点(上)，用其报告RNP结构作为竞争分析的起点(下) (B)正向结合(上)和反向滴定(下)期间获得的原始FIDA数据 本研究在分子层面直观的揭示了免疫增效子PcrIIC1的作用。首次发现了一类新型的CRISPR免疫增效子可以通过二聚化Cas9效应器提升Cas9活性，这些结果不仅有助于我们进一步理解CRISPR系统的进化历程，还为未来基于CRISPR免疫增效子的高效基因编辑工具的开发奠定了基础。FIDA对于蛋白质复合体的多维表征和对蛋白与核酸互作亲和力与动力学的的检测，不依赖于分子量变化，样本用量少（仅需40nL），是一种在溶液状态下且不受缓冲液成分影响的多维表征技术。对于在本研究中相似的蛋白可能需要形成多聚体，在溶液环境下，更能有效的体现互作的真实情况。

肿瘤干细胞在肿瘤细胞的发生、自我更新、耐药性和转移中扮演着重要角色。作为泌尿系统最常见的恶性肿瘤——膀胱癌干细胞(Bladder Cancer Stem Cells)的起源和遗传学基础目前仍不明确。　　中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台抗体工程实验室李翀与中国科学院微生物研究所、深圳大学的研究人员合作，采用单细胞测序技术对肿瘤干细胞进行基因组学层面的探索，并进行了功能性实验验证。　　科研人员采用膀胱癌特异性抗体BCMab1与CD44抗体组合，从3份新鲜的膀胱癌组织中分选膀胱癌干细胞(Bladder Cancer Stem Cells)、膀胱癌非干细胞(Bladder Cancer Non-Stem Cells)、膀胱上皮干细胞(Bladder Epithelial Stem Cells)和膀胱上皮非干细胞(Bladder Epithelial Non-Stem Cells)，共计59个细胞进行了单细胞MALBAC扩增和全外显子测序。　　通过进化分析发现：膀胱癌干细胞起始于膀胱上皮干细胞或膀胱癌非干细胞。对膀胱癌干细胞中发生突变的21个关键基因进行鉴定后发现，有6个基因未曾在膀胱癌中报道(ETS1，GPRC5A，MKL1，PAWR，PITX2，RGS9BP)。ARID1A，GPRC5A和MLL2联合突变可显著增强“膀胱癌非干细胞”转化成“膀胱癌干细胞”能力。　　这一研究成果利用单细胞MALBAC扩增技术结合全外显子测序技术详细描绘了膀胱癌干细胞的基因组学概况，实验性证实了“膀胱癌干细胞”起源于“膀胱癌非干细胞”这一科学问题，揭示了人类膀胱癌干细胞起源的遗传学基础，阐明了癌变细胞中关键突变(Driver mutation)如何调控膀胱癌干细胞的自我更新机制，对于人类膀胱癌的防治具有重要意义。　　这一研究成果分别以Single-cell sequencing reveals variants in ARID1A, GPRC5A and MLL2 driving self-renewal of human bladder cancer stem cells 和Reply from Authors re: Xue-Ru Wu. Single-cell sequencing reveals variants in ARID1A, GPRC5A and MLL2 driving self-renewal of human bladder cancer stem cells 为题发表在国际泌尿科学学术刊物《欧洲泌尿学》(European Urology)上。前者的第一作者是中科院生物物理所李翀和微生物所杨昭，深圳大学教授吴松是通讯作者。后者的通讯作者是李翀和杨昭。　　该研究得到了国家自然科学基金资助。　　　　 　　图示：膀胱癌单细胞水平的系统进化分析。图A：膀胱癌干细胞与膀胱癌非干细胞的进化分析。图B：体细胞突变关键基因。图C：单个细胞体细胞突变频率。

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近日，国际学术期刊《地球物理学研究杂志-海洋》以封面文章形式报道了中科院海洋所在西太平洋马努斯弧后盆地超酸性火山-热液系统的最新研究成果。科研人员通过开展原位综合定量探测和微生物组学分析，发现在全球广泛分布的火山-热液系统中富含氢气，并且孕育了可利用氢气的微生物群落，对于探索生命起源具有重要启示意义。△西太平洋马努斯弧后盆地DESMOS火山口深海火山-热液系统主要由海底岩浆挥发性气体与海水直接混合或者海底火山爆发形成，是一种典型的“白烟囱”，在全球分布广泛。同时火山-热液系统也孕育了独特的生物群落，但是其生物代谢过程与流体之间的关系尚不明确。△“发现”号ROV开展激光拉曼综合原位探测海洋所张鑫团队和孙黎团队合作，以西太平洋马努斯弧后盆地DESMOS火山口发育的火山-热液系统为研究靶区，利用“发现”号潜器在Onsen（温泉）喷口区和航次中新发现的Faxian（发现）溢流区，分别开展原位拉曼综合探测以及流体、生物保真取样。结果发现，由安山岩组成的温泉区域形成的超酸性高温流体含有大量氢气，浓度高达8.56毫摩尔/千克。而同一火山口的发现溢流区的中性低温流体却不含氢气而富含硫化氢，浓度为7.78毫摩尔/千克。针对这一特殊现象，研究团队基于上述原位定量结果和热力学模拟计算，认为两个区域由于海水混合程度的差异发生了不同的流体-岩石相互作用。对样品进一步开展微生物组学分析发现，温泉喷口区和发现溢流区存在不同的微生物群落，温泉区域的微生物可以利用氢气，而发现区域的微生物主要以氧化硫化氢作为能量来源，表明在火山热液系统，即便是同一岩浆来源的流体也会孕育不同的微生物群落。上述研究发挥了深海激光拉曼原位定量探测的优势，实现了海洋探测技术、海洋地质学、海洋生物学的交叉融合。航次基于激光拉曼原位定量探测技术，首次报道了火山作用主导的超酸性火山-热液系统的氢气浓度可达到毫摩尔级，并为其孕育的化能生态系统提供了重要物质来源。以往富氢气流体主要是由超基性岩和基性岩发生蛇纹石化反应形成，大西洋“Lost City”碱性热液系统由于蛇纹石化反应产生大量氢气，为早期生命提供了重要场所。但是全球碱性热液系统目前只有“Lost City”一处，不具普适性，而地球早期海底火山作用频繁，孕育了广泛分布的酸性火山-热液系统，上述研究对探索生命起源具有重要的启示意义。

原子周围产生的磁场被认为是磁力的起源，透射电镜的分辨率现在虽然可到原子级，但样品往往放在强磁场中，因此原子周围的磁场无法被观测。由日本东京大学和日本电子会社（JEOL）联合开发的原子级分辨率无磁场透射电镜（MARS）使这种观测成为可能。最新研究结果今年2月10日在Nature上发表(https://www.nature.com/articles/s41586-021-04254-z)。 MARS外观图(上图）a) 原子构造模型，箭头为磁矩方向b) 113K下原子分辨率的STEM图像c) 113K下获得的DPC像处理后的磁场像d) 根据原子构造模型模拟的磁场结果 详情咨询日本电子株式会社在中国的子公司捷欧路（北京）科贸有限公司及其分支机构。 捷欧路（北京）科贸有限公司 袁建忠提供

4月8日，国际学术期刊Circulation Research(《循环研究》)在线发表了中国科学院上海生命科学研究院营养科学研究所周斌研究组的最新研究成果“Endocardium minimally contributes to coronary endothelium in the embryonic ventricular free walls”。该研究利用遗传谱系示踪技术发现胚胎期心脏壁上的冠状血管起源于静脉窦而非心室心内膜，从而揭示了心血管研究领域内长期存在的争论性问题，为研究冠状血管的发生发育与再生治疗提供了理论基础。　　心血管领域关于胚胎期冠状血管的起源一直存在争论，静脉窦和心室心内膜是最主要也是最具争议的两个起源。周斌组通过利用传统的心内膜标记基因Nfatc1构建了Nfatc1-Cre等工具小鼠，并对心室心内膜进行了谱系示踪实验。研究发现，虽然Nfatc1-Cre可以标记上大量冠状血管，但Nfatc1基因并不仅仅表达在心室心内膜，还表达在胚胎早期的静脉窦内皮细胞中。由此，研究人员对冠状血管的心室心内膜起源提出了质疑。　　为了对心室心内膜实现特异性标记，周斌组等研究人员利用单细胞实时定量PCR、原位杂交实验等技术，发现并鉴定了特异性表达在心室心内膜的基因Npr3。通过构建Npr3-CreER等工具小鼠，对心室心内膜开展谱系示踪实验发现，心室心内膜很少贡献到胚胎期冠状血管。通过多种工具小鼠实验，进一步证实静脉窦内皮细胞很可能是胚胎期冠状血管的主要来源。　　心内膜细胞和冠状血管内皮细胞虽都是内皮细胞，但两者的基因表达存在很大差异。在该课题中，研究人员还利用多种工具小鼠，分离出了胚胎期心内膜细胞和冠状血管内皮细胞，通过RNA-sequencing实验发现并鉴定出了一系列特异性表达在心内膜细胞或冠状血管内皮细胞上的基因，这对心血管领域内的后续研究具有重要意义。　　该课题由张辉在研究员周斌的指导下完成，并得到了合作者斯坦福大学教授Sean M. Wu和南加州大学教授Henry M. Sucov的帮助。该工作得到了中科院、国家科技部、基金委、中组部、上海市科委等经费支持。 文章链接心内膜来源的细胞（红色）很少形成胚胎期心脏壁的冠状血管（绿色）。蓝色为细胞核。

清华大学天文系教授蔡峥课题组通过观测发现，大质量星体的反馈作用对于早期宇宙重元素起源的影响力，比之前普遍认知的大得多。相关研究9月27日发表于《自然—天文学》。　　蔡峥告诉《中国科学报》，宇宙中，绝大部分物质不在星系里，而在星系间。这部分弥散在星系之间广袤空间里的物质被称为星系际介质。　　天文学家从距离大爆炸仅10亿年的宇宙中确认了星系际介质中已存在较重的元素。　　这些早期宇宙中的重元素究竟从何而来？目前科学界比较公认的理论认为小质量星系的活动似乎是星际介质重元素起源的原因。但小质量星系本身亮度低，且可能被尘埃所遮蔽，传统光学观测不能有效支持上述理论。　　蔡峥课题组将观测手段转向了射电观测。他们利用国际上最大的射电望远镜——ALMA阵列，观测到宇宙早期某颗类星体所发射的光束，在途经距离地球125亿光年外的宇宙某区域时，出现了比较明显的氧吸收现象，导致课题组观测到的宇宙早期中性氧吸收线出现明显折叠。“这说明该片区域存在一个较强的氧元素吸收体，而该吸收体中存在的氧元素，便是周围星系通过自身的反馈作用‘抛’入宇宙中，进而富集于此的。”蔡峥说。　　在进行数据分析和处理后，团队发现一个位于这些宇宙早期星际介质中氧元素附近的候选星系，该星系与氧吸收体的距离约6万光年。这一发现表明，大质量星系的反馈作用可能比之前认为的重要。　　在进一步的观测中，课题组将该星系与理论上的数值模拟进行对比，并发现该候选星系的质量比通过现有理论预言的质量重1~2个数量级，且该星系与其吸收体的距离也超出理论预测1个量级。　　“这清晰地表明，宇宙早期星际介质中的重元素，也许并不全部起源于小质量星系的活动，大质量星系的贡献很可能比先前科学界所认为的重要得多。”蔡峥说，该研究对于目前科学界通行的星系反馈和大质量星系形成的理论构成了一定的挑战，对于理解大质量星系的形成与演化有关键意义。　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-021-01471-4

开学啦，开学啦，心心念念的新学期马上就要开始啦！经过了一个冬天的蛰伏，您是不是已经迫不及待回到实验室了？快来看安捷伦为您准备了哪些新春促销，助您开启美好新学期，牛年牛运从头开始！新春开学季促销第一弹消耗品限时 65 折特惠！自 2021 年 3 月 1 日起至 2021 年 4 月 30 日止，凡高校客户购买以下消耗品，均可享受 65 折特惠。- 气相色谱柱- 液相色谱柱- 样品前处理耗材- 仪器配件及实验室备件已有安捷伦网上商城账户？使用促销代码 1867，立即享受 65 折特惠。新春开学季促销第二弹预防性维护 6 折特惠！长期不开机后仪器会出现多种状况，如何让仪器尽快恢复最佳状态？预防性维护绝对是明智之选。选用预防性维护，即可显著缩短停机时间，降低约 1/3 的意外维修，节省 41% 的维修成本。自 2021 年 3 月 1 日起至 2021 年 4 月 30 日止，高校客户现在选购，即可享受 6 折特惠，还不快来试试！新春开学季促销第三弹网上商城精美下单礼！网上商城下单即有机会获得精美小礼品 — 印有 Agilent 字母的马克笔一份，限量 500 份，先到先得。- 仅限收货地址为高校- 同一地址重复下单仅获取一份礼物- 下单时间限 2021 年 3 月 1 日至 2021 年 4 月 30 日，礼物将于 5 月初统一寄送新春开学季促销第四弹“春”之计划贴心礼！安捷伦面对在校师生推出“春”之计划，助力科研教育、大学师生项目及个人发展，共同打造高效智能、规划完善、操作实用、全方位的课程。“春”之计划三类内容：- “春华”计划，为学校教研老师提供成套定制化教学方案，教学服务与指导，助力高校教学。- “春晖”计划，为在校学生提供行业技术的针对性培训，提升学生行业技能，助力学生就业。- “春享“计划，提供共享实验室服务，为科研分析提供课题及科研方案优化，科研样品测试。2021 年 4 月 30 日前，详询内容即可获得“春”之计划开学季专属折扣，成功预定还可额外获得罗技蓝牙键盘一个。详询促销关注安捷伦微信公众号，获取更多市场资讯

一组国际科学家使用美国国家航空航天局的詹姆斯韦布空间望远镜，首次在太空中探测到重要的碳化合物（CH_3^+），该分子也被称为“甲基阳离子”，其有助形成更复杂的碳基分子。碳化合物构成了所有已知生命的基础，因此，最新研究对于科学家进一步了解生命在地球上如何繁衍生息至关重要，也有望为系外生命搜索提供线索。相关研究刊发于26日出版的《自然》杂志。研究团队在一个年轻的恒星系统d203-506内的一个原行星盘中，探测到了该甲基阳离子，d203-506位于距离地球约1350光年的猎户座星云中。研究团队成员、法国巴黎萨克雷大学的马丁杜拉梅尔表示，探测到这种碳化合物不仅验证了韦布令人难以置信的灵敏度，还证实了CH_3^+在星际化学中的重要性。虽然d203-506中的恒星是一颗小红矮星，但该系统受到附近年轻大质量恒星发出的强紫外线的轰击。科学家们认为，大多数原行星盘都会经历一段如此强烈的紫外线辐射期，因为恒星往往会成群结队形成，其中通常包括产生紫外线的大质量恒星。杜拉梅尔解释称，通常紫外线辐射会破坏复杂的有机分子，鉴于此，CH_3^+的发现令人惊讶。他们估计，紫外线辐射实际上可能为CH_3^+的形成提供了必要的能量来源。一旦CH_3^+形成，它就会促进额外的化学反应，形成更复杂的碳分子。此外，他们在d203-506中看到的分子与来自典型的原行星盘的分子截然不同，尤其是他们没有发现任何水的迹象。该研究主要作者、法国国家科学研究中心奥利弗伯尔尼指出，最新研究清楚地表明，紫外线辐射可完全改变原行星盘的化学性质，它可能在生命起源的早期化学阶段发挥了关键作用。

2008年10月18-19日在京成功召开了中国化学会&ldquo 2008年分子手性起源与识别学术研讨会&rdquo ，与会专家学者一致认为国内手性研究必须得到应有的重视，为加快手性研究在中国的发展并由此提升手性研究的水平，经申请与讨论程序，大家同意&ldquo 第二届分子手性学术研讨会&rdquo 由华南师范大学具体承办。经过申请, 中国化学会已批复同意委托华南师范大学化学与环境学院和中国化学会有机分析专业委员会于2009年月11月14-15日在广州大学城承办&ldquo 中国化学会第二届分子手性学术研讨会&rdquo 我公司将设立标准展位，届时欢迎光临指导！

5月30日，理邦仪器(300206)全新一代湿式血气新品i500全自动血气电解质分析仪在深圳理邦科技园全球首发，实现干式+湿式的高性能全系列血气产品矩阵布局。全线自主研发、自主可控，加速血气分析领域国产化进程。据了解，临床上，特别是面临急诊急救和重症监护的场景，患者血液资源有限或难以找到血管，在保证检测参数全面性和精确性的前提下，血气分析用血量少的需求与医疗效率提升、医疗资源优化、患者体验改善密切相关。i500注重患者体验的舒适度，减少患者身体负担，仅需63μL的微量用血，为临床提供了更人性化和更高价值的血气分析创新方案，并针对40多种干扰物质进行性能验证，结合对危急值、极限样本和科研样本等检测时的性能保障，确保样本结果的准确性和可靠性。另外，i500从关机状态启动5分钟即可开始检测，无需长时间预热或校准；从吸样到出结果仅需45秒，能够迅速响应紧急情况，指导临床干预；1小时能完成31个标本的检测，减少了患者等待诊断和治疗的时间，改善就医体验。i500延续了理邦血气分析仪内部无液路的设计，免维护免清洗。所有液路位于集成化试剂包中，液路故障可通过更换耗材快速解决，耗材芯片自动识别，无需扫码或人工录入信息，更换耗材最快只需13分钟，简化操作流程的同时减少设备停机时间。耗材支持常温运输及储存，常温储存期限可达6个月，极大地降低了运输和存储成本，助力医疗机构提质控费增效。近期，国家密集出台了多项政策指导各地加强医疗卫生体系建设。4月1日发布的《关于加强重症医学医疗服务能力建设的意见》，明确各医疗机构配备满足综合重症救治需要的监护与治疗设备，重症医学市场集体扩容将带来血气分析市场新增量。4月19日发布的《手术室医学装备配置标准》，要求三级医院手术室必须标配血气分析仪，释放血气分析仪需求利好信号。中研普华产业研究院报告数据显示，目前国内血气分析市场80%左右的市场份额仍被进口品牌占据，i500的上市有利于提升国产设备的市场竞争力。十年来，理邦血气分析仪累计出货22000多台，持续服务超过140个国家和地区的医院，为我国各级医疗卫生机构累计诊疗服务达4.25亿次。理邦全面的血气产品布局能覆盖从小标本量到大标本量医院的全方位需求，确保每一种适用场景、每一个适用科室，都能找到最适合的解决方案，从而进一步加速血气分析国产化和市场占有率增长。

2012和2013年，由北京大学多个研究团队合作完成的世界首个高精度人类男性和女性个人遗传图谱相关论文相继发表于《科学》和《细胞》杂志。这一工作采用的单细胞DNA扩增技术MALBAC，与以前的技术相比,该技术将单细胞全基因组测序的精确度大幅度提高，以至于能够发现个别细胞之间的遗传差异。　　MALBAC技术是由北京大学生物动态光学成像中心(BIOPIC)主任、哈佛大学终身教授、美国科学院院士谢晓亮领导的团队发明。他们的工作不仅大大拓展了单细胞基因组学研究技术，而且给现代医学带来了革命性的突破，是“精准医学”的一个最佳范例 。　　通过与BIOPIC的汤富酬教授团队、北京大学第三医院院长乔杰团队的合作，2014年下半年，两对携带遗传疾病致病基因的夫妇在MALBAC技术的帮助下成功生下了健康的婴儿。此外，MALBAC技术还正在用于探索针对肿瘤患者的个体化诊断和治疗方案。　　2015年7月18日，谢晓亮应邀在“未来论坛”上发表题为“单分子水平上的生命——通往精准医学之路”的演讲，回顾并展望了他在单分子基因组学上的基础研究和生物医学应用的探索之路。　　北京大学生命科学院饶毅教授在现场介绍他时说：“谢晓亮的第一个基础研究工作是1998年开展的单分子酶学，他开创了在单分子层面对生命过程的研究。近年他又开始探索在医学上的应用。中国引进现代医学后，在现代药学方面只有少数几个药物作用领域的发现，在现代医学技术上唯一的发明和应用就是谢晓亮和汤富酬、乔杰三个团队合作诞生的‘MALBAC婴儿’。”　　中国医学科学院院长曹雪涛认为，谢晓亮的MALBAC技术能够改变整个生物医学，其对未来精准医学的发展和应用的贡献是不可限量的。　　“获得终身教授的人很多，但真正能够在人类历史上，特别是科技史上留下印记的科学家非常少见，而谢晓亮将理论和技术结合，用技术解决科学问题，是引领整个科学界发展的真正的一流科学家。”曹雪涛评价说：“他是一个让你无法预知将来还会做出什么创造性工作的科学家。这是一个科学家具有潜在创造力、影响力、引领力的标志。”　　以下是根据现场录音和演讲PPT整理的演讲全文，全文已由谢晓亮教授审阅。　　女士们、先生们：　　我今天的讲座内容跨度会比较大，从物理学到化学、到生物、到医学。　　著名的物理学家理查德?费曼(Richard Feynman)曾经说过：“如果要用一句话来描述我们拥有的最重要的科学知识，这句话应该是：所有物质都是原子组成。”原子在宇宙中比比皆是，但是如果只有独立的原子，我们的世界会变得非常无趣，没有生命、没有爱。原子间的相互作用导致分子的产生，分子们进行化学反应，产生新的分子，这才有了生命。　　那么如果要用一句话来形容过去半个多世纪生命科学的主要进展，这句话应该是什么?我想应该是：生命过程可以在分子水平上得到解释。　　单分子成像技术开启研究生涯　　我在北大读本科时学的是化学，生物是到美国才学的。我1985年离开北大，来到美国加州大学圣地亚哥分校，攻读物理化学博士学位。我因从小就喜欢动手，在美国学的是用超快激光来研究化学反应动力学。　　在化学和生物化学的教科书里，分子相互作用和化学反应总是在单分子的水平上描述的，可是迄今为止，我们的化学知识几乎都是从含有大量分子的实验中得到的，量大到摩尔(mole)的数量级。1摩尔是2克氢分子的分子数目，被称作“阿伏伽德罗常数”。阿伏伽德罗是意大利的化学家、物理学家，虽然他定义了阿伏伽德罗常数，但他只知道这是一个非常大的数，直到死也不知道到底是多大。现在我们知道，阿伏伽德罗常数是6.023x1023，这是个天文数字，我估算了一下，1摩尔1立方毫米的沙子，如果平铺在中国大地上，可以形成一个60米深的沙漠。　　90年代初，我在美国太平洋西北国家实验室开始了我的独立研究生涯，带领一个团队研究在常温下用荧光来检测单个分子(见上图)。当时的研究非常令人兴奋，有几个小组在竞争，去年因为超分辨率荧光显微技术获得诺贝尔化学奖的两位科学家Eric Betzig和W.E. Moerner那时也在做同样的事。1994年7月，我第一次在《科学》杂志上发表了文章，研究单分子的动态过程。在此前的研究生和博士后阶段，我还没在《科学》或《自然》杂志上发表过文章。　　这篇文章是和我的第一个博士后Bob Dunn合作的。当我们把这些技术发展起来以后，我有了一个预感，单分子技术在生物化学和分子生物学上将有重要的应用。所以我们就开始研究酶。　　酶是生物过程的催化剂，加速生物化学的反应。我们把带有荧光的胆固醇氧化酶分子固定在99%的琼胶中，让它们不能游动，以便我们长时间地观察胆固醇酶催化的胆固醇氧化反应。　　这个酶有两个态，在氧化态下，它有天然的荧光，在还原态下，它不会发光。酶作为生物催化剂，它在这两个态之间循环，自己最后是没有变化的。所以当我们观测单个酶分子的荧光时，每一次荧光的“亮/灭”就对应着一个酶分子催化状态的循环。这使我们第一次实时观测到了单个酶分子的化学反应。在单分子层面上，化学反应是随机发生的，即化学反应发生所需的等待时间是随机分布的，而不像在拥有大量分子系统中的反应里，有可被推测的结果。因此单个酶分子的荧光强度随时间变化的曲线是不会在下一个实验中重复出现的，尽管这个曲线的统计结果是可以重复的。　　因为这个工作，哈佛大学给了我一个资深教授的职位。这个工作之所以重要，是因为很多生物大分子，比如DNA是以单分子或者少量几个分子的形式存在于细胞之中的，这个工作让人们能对单分子的生物化学反应进行实时观察。　　大家知道，20世纪最重要的生物学发现是沃森(Watson)和克里克(Crick)解出遗传分子DNA的双螺旋结构。DNA是由四种碱基(A、T和C、G)配对构成的。遗传信息储存在碱基的序列里。　　单分子酶学也具有实际应用意义。比如有人做了与我们类似的实验，造出了两个单分子DNA测序仪，其中一个美国加州的公司做的Pacbio测序仪,通过监测单个合成DNA的酶分子，将有荧光标记的四个碱基逐个加入到DNA模版上，以直接读取DNA分子的序列。这个技术的特点是它能够测很长的DNA序列。　　在基础研究领域，单分子生物学增进了我们对许多生物大分子工作机理的深入了解，让我们在活细胞里直接观测蛋白质分子的逐个产生。分子生物学的中心法则告诉我们，在DNA上的遗传基因会转录成mRNA，在翻译过程中mRNA导致蛋白质的合成。　　由于一个基因在单个活细胞里只有1到2个拷贝，基因表达过程就跟单个酶分子反应一样，也是随机发生的，所以单分子生物学与单细胞生物学是密切相关的。我们对单个活细胞的基因表达进行了非常详细的研究，从而使得分子生物学的中心法则得到了定量的描述。　　上图右边的机体细胞有同样的基因和基因组，我们说它有同样的基因型，但它们有不同的表型，一个有荧光，一个没有荧光。这个细胞从一个表型变到另外一个表型，从没有荧光的状态变到有荧光的状态，可以证明这个过程完全是由于单个蛋白质分子从DNA的单链上随机脱落下来造成的。我觉得这是一个非常普遍的现象，单分子的小概率事件可以导致非常重要的生物学结果。　　基因突变也是这样。这个基因型和表型的关系跟我生活中最大的奥秘是相连的，我的两个女儿是同卵双胞胎。同卵双胞胎被普遍认为有相同的基因组，我的双胞胎女儿确实非常相似，但她们有各自的特点，也许这跟基因表达的随机性是相关的。最近有研究表明，同卵双胞胎的基因组实际上是不一样的，因为我们的基因都是随时间变化的。不管怎么说，基因型和表型的关联是生物学中非常重要的一个问题。　　破解基因组的奥秘　　生物遗传学起源于孟德尔的遗传法则。孟德尔是一位牧师，他的伟大是去世之后才被人们认可的。几个月前，我应邀在捷克斯洛伐克给了一个“孟德尔讲座”，有幸在他曾经工作过的修道院(见下图)做了报告。(右图是孟德尔种植豌豆的田地，其上是他的雕像)　　孟德尔的实验(见上图左图)是把绿色的豌豆和黄色的豌豆杂交，开始是用纯种豌豆杂交，杂交的结果还是绿色的，后来他把两个杂交出的绿豌豆再次杂交，就发现有1/4的几率可以得到黄色的豌豆。通过这个实验，他推断每个豌豆有2个等位基因，分别来源于上一代，一个是显性基因(绿色)，一个是隐性基因(黄色)。　　后来人们发现，人类也遵循类似的遗传法则。人的体细胞与豌豆一样，正常情况下都是双倍体，有46条染色体，其中23条来自父亲，23条来自母亲。染色体存在于细胞核内，是46条不同的DNA分子。它们有60亿对碱基，携带2万个基因。(编者注：人类基因组由30亿对碱基构成，分布于23条独立的染色体中。人类的体细胞是双倍体含有46条染色体，生殖细胞是单倍体，含有23条染色体。体细胞中的两套染色体分别源于父亲和母亲，它们所包含的碱基有微小的差异，因此人的全基因组包括约60亿对碱基)。　　基因组的主要变化是点突变(SNV)和基因拷贝数的变化( CNV)。我们每个人之间的不同就是由于点突变，也就是单碱基发生了变化。60亿对碱基中大约只有千分之一的碱基在人与人之间是不同的。另外一个基因组产生变化的是基因拷贝数的变化(CNV)。一般来讲，基因拷贝数应该是2，一个来自于父亲，一个来自于母亲，形成两个等位基因。但有的时候，特别是发生癌症的时候，拷贝数可以变成1，3或者4，这叫染色体不正常。　　2001年人类基因组计划完成，也就是这30亿对碱基的顺序被测定了，这是人类历史上的一个里程碑，意义重大。当时美国的一个私人公司(领导人是Craig Venter)和美国组织的国际团队(领导人是现任美国国家卫生局主任Francis Colon)展开了激烈的竞争，他们分别在《科学》杂志和《自然》杂志上发表文章。这项工作花了30多亿美金，用的方法是第一代电泳技术。这是1980年获得诺贝尔奖的技术，是由Fred Sanger(1918-2013)做出的。这是一个传统的办法，通过测DNA的长短来测序。　　以这个技术为基础研发的第一代测序仪由美国公司ABI生产，该产品是产学研结合的范例。加州理工学院的教授Leroy Hood和他的研究生Mike Hunkapiller先在他们的实验室里改造了传统的 DNA测序方法，把电泳的方法用到毛细管里，用激光来代替放射性DNA监测仪，然后成立了ABI公司。这是一家车库公司，但后来这家公司很快垄断了世界测序仪市场。刚才说的参与人类基因组计划测序竞争的私人公司领导人Craig Venter就是买了250台这种仪器来完成的人类基因组的测序。　　Craig Venter的一大科学贡献是把人类的基因库组装起来，他发明的方法是很有意思的“鸟枪法”。比如说我要知道《三国演义》这本书里文字的序列，但是我能得到的只是打碎的一行一行的片段。Venter的方法是找很多本《三国演义》，然后打碎成一行一行的，由于是随机的，所以每行的断裂都不一样，然后把得到的千千万万碎片上下重叠起来，就可以得到《三国演义》中原始的文字序列(见下图)。当时没有人觉得这个方法可行，而Venter坚信可以由此得到百分之八、九十的人类基因序列，虽然不是100%，但已经很了不起了。　　如今十几年过去了，测序仪技术有了突飞猛进的发展。2007年以来，新一代的DNA测序仪层出不穷，主要是因为CCD(电荷耦合元件)的应用，使得大家可以在很多不同的位置上观测大量的序列，提高测序通量，这样一来，测序价格的衰减比指数衰减还快。现在如果你想测你的基因组，一天之内就可以完成，价格大概1000美金。其中Illumina公司的仪器占据了90%的市场。第三代测序仪是单分子测序仪，但它现在在成本、准确性和通量方面还不能与基于大量分子的DNA测序仪相竞争。　　我的哈佛实验室也做过一个测序仪，但是我们起步比较晚，这是因为到哈佛以后要学怎么做教授，怎么教书，怎样申请基金。 我们只发表了一篇文章，没形成产品。中国目前还没有自己的测序仪，但就像中国需要自己的飞机一样，中国也需要自己的测序仪。这几年我和北大的黄岩谊教授一直在合作做这个工作。　　哈佛实验室的新发明　　新一代测序仪对医学的贡献是革命性的，它使个体化医疗成为可能。什么是个体化医疗?就是通过个人的基因组测序，为预防、检测和治疗疾病提供个体化的解决方案，所以基因测序成为了个体化医疗的基础。　　一个著名的例子是，美国好莱坞影星安吉丽娜?茱莉公开宣布她切除了乳房，因为她知道自己携带一个有缺陷的基因BRAC1，她的医生估算过，她有87%的几率患乳腺癌，50%的几率患卵巢癌。她宣布切除乳房的这一天，是2013年5月13日，当时我正好在美国卫生局进行一个申请项目的答辩。我的实验室有一种技术，可以让父母避免把严重的遗传病遗传给胎儿。评审委员会听到朱莉的新闻后就问我，如果把我的技术用来避免把有缺陷的基因遗传给下一代，伦理上行不行?我当时还没想好，结果这个项目没有在美国启动。关于伦理问题，我到今天也没有一个好的答案。但我今天想告诉大家，我们这两年在北京大学的一个工作，是伦理上可以接受的。　　这个新技术对我来讲是一个新的单分子实验。如果给我一个人的体细胞，我能告诉你这个人的基因组，就是46条染色体的序列是什么样的。　　我们以前是测多细胞的，抽10毫升血来测。那么我们为什么要测单细胞的基因组?因为由于种种原因，基因组对每个细胞来讲都不相同。比如说人类生殖细胞(精子、卵子)在分裂时发生随机重组，使得每个生殖细胞都不相同。另外癌细胞中剧烈的基因组变化，也使得原发肿瘤中的细胞之间存在高度不同。　　刚才说到在一个细胞中最常见的基因组改变包括点突变和基因拷贝数变化。这种变化是单分子的变化，所以是随机的，不同细胞是不同步的，不知道它什么时候发生，也不知道它在哪发生，因此每个细胞都拥有不同的基因组，这使得单细胞测序成为必须。只不过以前技术上不可行。到目前为止，还没有一台单分子测序仪可以把46条染色体从头测到尾进行测序，我们必须借助于单细胞基因组的扩增，就是把46条染色体放大，然后进行高通量的测序。　　第一种方法是PCR(聚合酶链式反应)技术，这是一个在1985年获得诺贝尔奖的技术，有单拷贝的高灵敏度。在犯罪现场，只要拿到一个DNA分子，我们就可以把信号放大到被检测的点。但是如果用它来覆盖全基因组，指数放大覆盖率只有6%。因为PCR技术是指数放大，让一个DNA变成两个，两个变成四个。这种指数放大过程不够精确，因为它是对拷贝进行拷贝，一旦拷贝件出错，错误就会被传下去，结果就不准了。　　2012年，我在哈佛的实验室发明了新的单细胞扩增方法——“多重退火环状循环扩增法”(MALBAC)。它的最大优势是线性扩增，而不是指数扩增，不针对DNA拷贝再做拷贝，我们只拷贝原始DNA。就像一台复印机把原始的一份文件复制成多份，如果一次复制出错的话，在扩增后的产物里是微不足道的。哪怕单个细胞的30亿个碱基对里有一个碱基错了，我们都能看出来，而且没有假阳性。这种方法比此前广泛应用的MDA(多重置换扩增)方法能更准确地检测SNV(点突变)和CNV(拷贝数变异)，将覆盖率大大提高到了93%。　　做出这个工作的是我哈佛实验室的博士后宗诚航和我当时的博士研究生陆思嘉。目前，宗诚航正在 Baylor College of Medicine 做助理教授。陆思嘉在哈佛的博士论文就是关于MALBAC技术。他想看到他毕业论文的社会效应，所以两年前回国跟我创立了做单细胞测序的公司——亿康基因。他目前担任亿康基因的CTO。　　我们当时做的第一个实验就是测单个精子的序列。精子作为生殖细胞，是单倍体，有23条染色体，其中一半基因来自父亲，一半基因来自母亲。　　如图所示，绿的是父源DNA，红的是母源DNA，每条染色体都是父源和母源基因的组合。由于基因组合交结的地方不一样，所以每个精子的序列都是不一样的。这就是为什么兄弟姐妹都不一样。　　这项工作是与我以前BIOPIC的同事李瑞强教授合作的。精子来源于一位华人教授，我们检测了他的99个精子，发现了几个染色体不正常的精子细胞，其中一个缺第19号染色体，一个6号染色体出现了2个拷贝。好在这个人还算正常，因为任何一个正常的男子都会有～5%的精子出现拷贝数不正常的现象。这种不正常是由于细胞分裂时染色体没有正常分裂。这种染色体不正常的精子会导致生殖障碍、流产、胚胎停育或者唐氏综合症等遗传疾病，尽管父母看起来完全健康，但就是有5%的出错几率。对男子而言，这5%的几率是不随年龄变化而变化的。但对女士的卵子来讲，染色体不正常的几率在30岁之前是25%，此后很快随年龄的增长而上升，到40岁的时候是70%。这就导致发生生殖障碍的比率和流产的比率随年龄的增长而增加，生育成功率则随年龄的增长而递减。　　利用MALBAC技术，我们可以选择一个染色体正常的受精卵来提高生育成功率，特别是对高龄产妇。这是可能的，因为她们染色体不正常的几率并不是100%，即使在43岁以后，妇女仍然有正常的卵细胞，只不过几率小一些。即使是50多岁的妇女，只要有一个染色体正常的受精卵，不管是本人的还是别人捐献的，她怀孕的成功率就和年轻妇女一样。也就是说有一个好的卵子是正常生育的前提条件。　　中国是一个人口大国，出生缺陷率高，遗传疾病患者多，大概有1%。不孕不育的夫妇也越来越多,高达育龄夫妇的10%，全国大约有一千万对育龄夫妇存在不孕不育问题，渐渐成为一个严重的社会问题，此外，随着现代化进程的推进，头胎生育年龄逐渐增加，这个问题也会日益严重。不孕不育和遗传疾病不仅为患者个人带来了巨大的痛苦，也大大增加了家庭、社会与政府的负担。　　MALBAC宝宝的诞生　　世界上第一个试管婴儿诞生于1978年，迄今已有超过600万个孩子是通过试管婴儿技术出生的。Robert Edwards是试管婴儿的创始人，他于2013年去世了。然而直到他去世前两年，也就是2010年才荣获诺贝尔奖，并获得爵士封号。可以想象他当年的研究工作困难有多大，绝不仅仅是技术上的困难。　　中国第一个试管婴儿于1988年在北医三院诞生，由张丽珠教授完成，她是现在北医三院院长、著名妇产科医生乔杰教授的导师。当时张教授比Edwards晚了10年，而这次乔杰院长走在了世界的前列。为了将单细胞基因组学在生殖医学中进行应用，我和乔杰院长、汤富酬教授，还有亿康基因公司展开合作。汤富酬是北京大学“生物动态光学成像中心”(BIOPIC)的一位年轻有为的科学家，BIOPIC成立于2010 年，致力于技术推动生物医学的研究。作为BIOPIC的主任，在过去的几年里，我不断往返于北大和哈佛之间。我们的合作是怎么开始的呢?我当时需要一份精子活力的报告，找到乔院长帮忙，乔院长了解我们的技术以后，就说你可别光研究精子，一定要研究卵子，因为研究女人要比研究男人有意思得多。2010年，我们的“北京大学生物动态光学成像中心”(BIOPIC)成立了，立志于用技术推动生物医学的研究。　　我们要做的实验是对单个人卵细胞进行高精度的全基因组测序分析。下图是一个卵母细胞，里面有两根DNA是从父亲来的，两根DNA是从母亲来的。刚才讲过，基因在重组时的交结点不一样，使得每个卵子和精子都不同。卵母细胞成熟过程中，会在旁边产生一个第一极体和第二极体作为卵细胞减数分裂的产物，它们分别是双倍体和单倍体，这两个极体细胞是没有用的，会在生殖细胞发育过程中被降解。我们为了不影响受精卵正常发育，所以选择分析两个极体细胞的全基因组来推断这个受精卵的全基因组是否正常。　　不正常的第一种情况是染色体拷贝数不正常。 原因是细胞分裂时染色体分裂异常，即使父母完全健康。这种染色体不正常会导致生殖障碍或者唐氏综合症等遗传疾病。　　还有一种情况，如果父亲或母亲的基因有点突变，导致严重的遗传疾病，它们也会传给下一代。如果发生突变的基因只在极体内，受精卵没有点突变，那就没事 如果传到了受精卵里，就会让下一代患上遗传疾病。　　用MALBAC技术来进行单细胞基因组扩增，我们可以同时检测并避免上述两种情况，来提高生殖细胞健康发育的成功率，避免遗传疾病发生。具体做法就是用激光打一个小洞，把毛细血管插进去，吸出两个极体细胞来测序。如果疾病遗传自母亲， 我们用这个办法。如果疾病遗传自父亲，我们则在受精第5天时取1—3个囊胚细胞来测序。　　2013年，乔院长在北医三院开始了临床实验，利用MALBAC技术进行胚胎遗传诊断。我们第一个病例，是一位患有遗传性多发性软骨瘤(HME)的男性患者，他从10岁开始，几乎每过两三年就长一个瘤子，所以他的身上充满了金属。这种病是由于名为EXT2的基因发生单碱基杂合缺失，造成移码突变。与孟德尔推测豌豆遗传类似，他和正常女性生育的后代会有50%的概率患病。与豌豆实验不同的是，这是人命关天的事，不能出任何差错，所以我们特别需要MALBAC技术的精确性。　　通过体外受精技术，共得到这对夫妇的18个胚胎，经过致病突变位点检测和染色体筛查，发现共有7个胚胎是既没有点突变，也没有染色体异常的，乔院长从中选了第4号胚胎进行移植。　　2014年9月19日，世界首例MALBAC婴儿诞生了，我们去看这个孩子的时候，她真是完美，她一声都没哭，一直冲我笑。　　第二个病例是一位携带少汗型外胚层发育不良致病突变基因的女性，她和丈夫已经有了一个遗传了这种疾病的儿子，没头发、没汗腺、没牙齿，他们想要二胎生一个正常的孩子。此病的发病率是十万分之一，美国电影演员迈克尔?贝瑞曼(Michael Berryman)也患有这种病，他没有毛发、汗腺和指甲，一直在呼吁医学界对他这种遗传病进行研究。这个致病基因EDA1是在X染色体上，如果生男孩，患病的概率是1/2，如果生女孩不会发病，因为女孩有两个X染色体，而致病基因EDA1是个隐性基因，但该女孩有1/2的概率携带这种致病基因。　　通过试管婴儿技术，共得到这对夫妇的5个胚胎，其中2个胚胎既不携带致病基因，也没有染色体异常，乔院长选了一个看上去最健康的移植。这个孩子于2014年11月30日出生，不但正常而且肯定不再会把该疾病传给后代。　　总结一下，MALBAC技术可以同时避免染色体不正常和非常严重的基因点突变导致的遗传疾病，使得我们可以提高生殖的成功率，得到健康的后代。　　想要孩子的朋友可能会想，我们能不能用这种技术来选择一个胚胎，让孩子拥有更漂亮更聪明的基因?首先，基因组学还没有发展到这种程度，能够让我们非常了解哪个基因是控制长相的，哪个基因是控制聪明程度的。那不是单基因的问题，而是多基因的事情。我们现在做的，就是避免非常严重的遗传疾病。目前世界上大概有7000多种单基因遗传疾病，常见的有400多种。避免这类遗传疾病在伦理上是可以接受的。　　能否在更广泛的情况下使用这类技术?比如是否应该筛选掉得癌几率高的BRAC1 基因，它导致癌症的几率是70%， 而不是100%， 我们能不能让父母决定婴儿以后的命运?我认为这不是我们科学家或者医生能解决的问题，整个社会应该进行伦理上的研究和讨论。　　MALBAC的第二个应用是癌症。在中国，癌症的发病率、死亡率逐年上升。根据2012年的统计数据，中国每年新发癌症病例约为312万例，中国人一生患癌概率高达22%，死于癌症的概率为13%。　　癌症是由于基因组改变所引起的疾病，针对癌症的很多重大课题都需要单细胞基因组学。首先是个体化治疗，即靶向治疗，就是要对症下药，通过测序找到基因组哪里出现了改变，现在很多新药都是靶向治疗。　　癌症难以治愈和高死亡率的罪魁祸首是肿瘤的转移。其机理是癌症先出现在原发灶，然后通过血液循环扩散到身体的其他器官。然而，癌症病人血液中肿瘤细胞数量很少，一般只有几个，传统的研究手段往往基于大量细胞才能进行分析。因此我们的单细胞测序技术就可以用到循环肿瘤细胞的研究上。对病人来说，还有个好处就是抽血分析的检查是无创的，不用做活检。北大肿瘤医院的王洁教授、BIOPIC的白凡教授，以及天津医科大学的张宁等教授和我的实验室一起参与了这项工作。　　我们在一个肺癌病人的几毫升血液样本中共找了8个循环肿瘤细胞，对它们进行基因测序，看到基因组不同位置点突变，这突变信息为个性化治疗提供了重要依据。但是，这8个循环肿瘤细胞的单碱基突变存在异质性——也就是说每个细胞都不一样，这样对癌症检测意义

Gasdermin蛋白是人类细胞中在细胞膜上打孔，释放免疫因子并诱导细胞死亡的关键因子。Gasdermin打孔的机制是由caspase介导的，在炎性小体信号传导过程中触发，对防御病原体和癌症至关重要【1】。人类中Gasdermins家族由六个成员组成，GSDMA–GSDME以及pejvakin。但是各种各样的Gasdermin蛋白在进化上的起源以及生物学作用仍然不甚清楚。为此，美国哈佛大学医学院Philip J. Kranzusch研究组与以色列魏茨曼研究所Rotem Sorek研究组合作在Science发文题为Bacterial gasdermins reveal an ancient mechanism of cell death，揭开了细胞焦亡作为细菌以及动物中共有的一种古老的、调节细胞程序性死亡的方式。通过序列分析，作者们发现与哺乳动物Gasdermin蛋白相似不同50个细菌来源的蛋白，其中作者们测定了来自慢生根瘤菌嗜热菌（Bradyrhizobium tropiciagri）和Vitiosangium sp的bGSDMs的晶体结构，结果显示bGSDMs的总体结构都是共享的，与哺乳动物Gasdermin N末端结构具有显著的同源性（图1）。晶体结构分析同时也显示在哺乳动物Gasdermin蛋白中C末端结构，会维持该蛋白处于一种自我抑制的状态；虽然bGSDMs中没有与哺乳动物中Gasdermin蛋白C末端结构相似结构，但是仍然具有自我抑制结构特征（图1）。图1 对细菌来源的Gasdermin蛋白进化保守型以及结构分析随后，作者们想知道bGSDMs在细菌系统中是否有抗噬菌体的功能，作者们发现bGSDMs对大肠杆菌噬菌体具有显著的抵抗性。因此，bGSDMs是细菌“防御工事”中的关键组分。另外，作者们发现bGSDM的激活会诱导细菌细胞膜的破坏，而且在其激活过程中需要蛋白酶的参与，因为引入蛋白酶靶向位点的突变会废除bGSDM的细胞毒性（图2）。图2 蛋白酶参与bGSDM的激活进一步的，作者们对bGSDM的切割过程进行探究。作者们发现bGSDM的切割需要蛋白酶的催化，但是并不需要棕榈酰化修饰。另外，通过质谱分析作者们鉴定到了古字状菌属的Runella中bGSDM的具体切割位点以及处于自我抑制状态的结构生物学基础。通过构建绿色荧光蛋白的融合蛋白，作者们对bGSDM激活的动态过程进行的监测。作者们发现在激活过程中会由弥散分布的形式变成与膜结构存在联系的点状结构，通过透射电镜的检测可以观测到bGSDM切割后会导致细胞膜完整性的破坏，并导致细胞内容物的快速释放。图3 工作模型总的来说，该工作的建立了细菌与哺乳动物中Gasdermin蛋白打孔从而导致的细胞程序性死亡的具体模型（图3），证明了细菌中bGSDM系统可以发挥防御作用，并且该作用依赖于蛋白酶的参与，该工作将有助于深入了解细胞焦亡的具体作用机制以及在进化上的起源。原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj8432

追溯起源 从古至今举头咫尺疑天汉。星斗分明在身畔。天汉，古时指银河，也泛指浩瀚星空或宇宙。汉族的名称，就源于对此的崇拜和敬畏，“汉”这个字，是我们神圣的文化图腾，以至于后来的汉族、汉字、汉语、汉文化都与其有着紧密的历史渊源！天汉，也是西汉第七位皇帝汉武帝刘彻的第八个年号，刘彻，中国伟大的政治家、战略家、诗人EX1800之所以选择使用“天汉”两字作为系列名称，正是基于我们对“天汉“的深刻理解与感受，更是源于对中国悠久文化精神与底蕴的自信，并借此寓意本系列的产品博大精深，更进一步期待国产液相能够开创出自己的盛世，我们深信，一定会，从未妥协，砥砺前行。SKYHAN，作为此系列的英文名称，HAN为汉，预示国产仪器，终将不再是进口产品的备选项，而是代表着高品质、高维度的一种标准。对此，我们饱含热情与信心。

随着上周珀金埃尔默宣布收购核酸分离技术公司Chemagen，珀金埃尔默向其分子诊断产品线建设又迈出了一步。 　　这家总部位于美国麻省Waltham市的公司是一家以健康和生命科学为主营业务的公司，而非分子诊断公司，但在过去的一年，它已采取措施来增加其在分子诊断市场的份额。珀金埃尔默不提供分子诊断平台或测试，也没有表示其有这样的打算。然而，从珀金埃尔默的战略来看，其一直在提供产品来支持分子诊断领域的研究。 珀金埃尔默新兴分子诊断部首席科学官兼总裁Daniel Marshak 　　据珀金埃尔默新兴分子诊断部首席科学官兼总裁Daniel Marshak介绍，公司已涉足分子诊断领域好几年，业务最早始于DNA研究人员使用的液体处理的业务。公司还将继续通过提供建立在阵列比较基因组学领域的染色体杂交增删分析产品来建立其在分子诊断市场的地位。 　　2010年4月，珀金埃尔默公司签署收购基因测试公司Signature Genomics。交易宣布时，珀金埃尔默表示，这笔交易将加强其现有的基因检测服务业务，“扩大其在早期疾病诊断市场，特别是分子诊断市场中的地位，并提供加强公司在癌症诊断方面的能力。” 　　几周前，珀金埃尔默通过引入下一代测序和分析服务进入下一代测序市场，其在一份声明中说，“该服务可以使研究人员能够更好地探索疾病的基因起源。” 　　珀金埃尔默在过去几年中推出的分子诊断应用产品包括：疾病检测产品及孕妇和新生儿健康检查产品。“因此，在过去几年里，珀金埃尔默有一个趋势或策略即提供更多的产品和服务支持分子诊断领域，”Marshak告诉记者，“这是我们的目标。” 　　虽然珀金埃尔默的分子诊断相关业务的收入并没有重大突破，但是诊断相关业务收入占到了公司全部收入的30%，而分子诊断产品是诊断业务的一部分。生命科学研究业务占到公司全部收入的20%。 据估计分子诊断市场容量在40亿到50亿美元，而年增长率在15%。珀金埃尔默将继续寻求向此领域大力进军。 　　Marshak说，“对Chemagen的收购使珀金埃尔默进入到DNA纯化市场。该技术可用于众多应用的前端，包括PCR和其它DNA扩增方法，以及阵列分析和DNA测序。 　　“珀金埃尔默收购Chemagen的重要原因之一，Chemagen的产品不只是一个核酸纯化的好方法，也是一个核酸制备自动化的重要途径，” Marshak说。 “我认为随着核酸使用得更加广泛，及使用的规模的加大，...Chemagen技术将被证明是非常、非常适合作为核酸制备自动化的方法，可以使用在任何分析方法的前端。” 　　展望未来，珀金埃尔默在分子诊断领域相关技术的兴趣将遵循研究人员的兴趣。作为公司的政策，Marshak说，“珀金埃尔默不讨论其长期的经营策略，拒绝详细说明公司的计划。”不过，公司官员们曾经表示，重点将是生命科学和诊断领域。 　　根据公司重点的确立，去年夏季珀金埃尔默宣布以5亿美元出售的照明和检测解决方案业务给私人股权投资基金公司Veritas Capital Fund III 。此出售的完成，使珀金埃尔默可以把重点放在高增长的人类健康和环境健康业务上。 　　在公司最近的第四季度收益电话会议上，董事长兼首席执行官Robert Friel谈到珀金埃尔默的战略时，称“公司有一个坚实的和扩大业务的潜在收购目标，我们正在积极地参与中。”Robert Friel特别指出，公司的“优先收购目标”是通过收购扩大产品、服务、试剂、消耗品及软件等市场。 　　上周，Marshak说，公司目前低债务，有能力“在这方面做更多。因此，这对我们来说有趣的时刻。”

科技部25日在京公布2015年度中国科学十大进展，实现单个蛋白质分子的磁共振探测、实现单光子多自由度量子隐形传态、探测到宇宙早期最亮中心黑洞质量最大的类星体和解析细胞炎性坏死的关键分子机制等研究入选。　　“2015年中国基础研究取得重大突破，杰出人才和重大成果不断涌现。”科技部基础研究管理中心副主任耿建东说。本次遴选被推荐的256项科学进展，均为2014年12月1日至2015年11月30日间正式发表的研究成果。　　按照得票排序，2015年度中国科学十大进展分别为：　　1、实现单光子多自由度量子隐形传态 　　2、理论预言并实验验证外尔半金属的存在 　　3、揭示埃博拉病毒演化及遗传多样性特征 　　4、实现对反物质间相互作用力的测量 　　5、探测到宇宙早期最亮中心黑洞质量最大的类星体 　　6、发现东亚最早的现代人化石 　　7、揭示人类原始生殖细胞基因表达与表观遗传调控特征 　　8、解析细胞炎性坏死的关键分子机制 　　9、研制出碳基高效光解水催化剂 　　10、实现对单个蛋白质分子的磁共振探测。　　详细解读如下：　　实现多自由度量子隐形传态　　量子隐形传态在概念上非常类似于科幻小说中的“星际旅行”，可以利用量子纠缠把量子态传输到遥远地点，而无需传输载体本身。中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究小组在国际上首次成功实现多自由度量子体系的隐形传态，成果以封面标题的形式发表于《自然》杂志。这是自1997年国际上首次实现单一自由度量子隐形传态以来，科学家们经过18年努力在量子信息实验研究领域取得的又一重大突破，为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了坚实的基础。该成果被英国物理学会评为“2015年度国际物理学十大突破之首”。　　量子信息技术以一种革命性的方式对信息进行编码、存储和传输，在信息安全和运算速度等方面突破经典信息技术的瓶颈。量子通信是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式，可以从根本上解决国防、金融、政务等领域的信息安全问题 量子计算具有超快的并行计算能力，有望为密码分析、大数据处理和药物设计等大规模计算难题提供解决方案。在量子通信和量子计算技术的基础上，可构架多节点多用户的广域量子网络平台。而实现以上所有这些技术的一个核心单元就是多自由度的量子隐形传态。　　中国科学家找到外尔费米子　　德国科学家外尔1929年指出，当质量为零时，狄拉克方程描述的是一对能量相同但具有相反手性的新粒子，即外尔费米子。80多年过去了，人们一直未能观测到这种神奇的粒子。　　近年来，拓扑绝缘体尤其是拓扑半金属等领域研究的快速发展为寻找外尔费米子提供了新的思路，它们可以作为准粒子存在于外尔半金属材料中。寻找外尔半金属材料是一个非常具有挑战性的科学问题，也是该领域国际竞争的焦点之一。2015年，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)方忠研究组(翁红明等)通过理论计算预言，TaAs家族材料就是要寻找的外尔半金属体系 陈根富研究组合成出了该材料的晶体，并观察到理论预测到的因手征反常导致的负磁阻效应 丁洪研究组(丁洪和钱天等)与合作者用角分辨光电子能谱证实了理论预言的三维电子能谱和费米弧。　　中国科学家的一系列工作终于“找到”了外尔费米子这样一个隐身80多年的“幽灵”粒子。此外，美国普林斯顿大学的Z. Hasan研究组和清华大学的陈宇林研究组及合作者也得到类似的结果。外尔半金属的发现提出了很多新的科学问题，同时也为开发低能耗电子器件等变革性技术提供了新的思路。　　揭示埃博拉病毒演化及遗传多样性　　2014年初在西非暴发了埃博拉病毒病疫情，之前的研究显示，此次疫情病毒的变异速率比以往有成倍的提高，该结果引起了全球疫情防控机构的恐慌。人们担心病毒的高速变异可能导致更加烈性的病毒变异株产生，同时大量变异可能对基于PCR技术的病毒检测产生漏检。军事医学科学院微生物流行病研究所曹务春研究组与中国科学院微生物研究所高福研究组和军事医学科学院放射与辐射医学研究所贺福初等合作，对2014年9月至11月间的大量病例标本进行基因组测序，获得来自塞拉利昂的175株病毒的全长基因组数据，发现在此期间埃博拉病毒在系统发生上进一步分化，遗传多样性快速增加，出现了多个新的病毒流行分支。但此疫情中埃博拉病毒的变异速率，与先前暴发疫情中埃博拉病毒的变异速率接近。这些研究成果加深了对病毒进化特点以及传播动力学的理解，消除了国际社会对于埃博拉病毒快速变异的担忧，同时大量基因组序列的发表为现场病毒检测PCR引物设计提供了参考，并将有助于对埃博拉病毒疫苗和治疗方案的研发。相关研究论文发表在2015年8月6日《自然》上。　　首次测量到反物质间 相互作用力　　美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)的STAR实验将质心能量为200GeV的金离子相互碰撞，产生出大量的反质子，这为测量反质子-反质子间相互作用提供了机会。中国科学院上海应用物理研究所马余刚研究组与美国布鲁克海文国家实验室唐爱洪研究组等合作，利用STAR实验结果，通过对反质子-反质子之间动量关联函数的测量，首次提取了反质子-反质子相互作用的有效力程和散射长度。研究表明，反质子-反质子之间存在着强吸引力，可以克服反质子-反质子之间的由于同号(负电荷)所产生的库伦排斥力，结合成反物质原子核。而且他们测量得到的结果与质子-质子相互作用的对应值在误差范围内一致。他们的研究结果提供了两个反质子间相互作用的直接信息，给出了对量子场论和对称原理的一个直接验证，为进一步理解更复杂的反原子核及其属性奠定了基础。相关研究论文发表在2015年11月19日《自然》上。《自然》审稿人对该研究给予高度赞赏：“这是首例反质子-反质子作用的直接测量。　　人类原始生殖细胞 基因表达与表观遗传调控特征　　生殖细胞(精子和卵子)是人类维持生命延续、代代相传的种子和纽带。在妈妈的肚子里，胎儿除了要完成自身发育，还要为其后代做好准备，形成原始生殖细胞(PGC)并进行性腺发育,以保证性成熟后形成正常的精子和卵子。　　这类特殊的原始生殖细胞与其他细胞有何不同?基因表达调控的特征是什么?除了遗传序列本身，祖父辈及父母亲还把哪些表观遗传记忆留在了PGC细胞中?哪些表观遗传记忆信息必须需要清除?人类对其还缺乏深刻的认识。　　北京大学生物动态光学成像中心汤富酬研究组和北京大学第三医院乔杰研究组采用最新的单细胞转录组高通量测序等关键技术，深度解析了人类原始生殖细胞多个发育阶段的转录组和DNA甲基化组的动态变化，揭示了人类原始生殖细胞基因表达调控的一系列关键特征。　　该项研究显示，处于发育早期的人类原始生殖细胞协同表达一系列多能性基因以及生殖系特异基因。　　基因组DNA甲基化作为一种关键的表观遗传修饰方式，是调控细胞分化过程中基因表达的关键机制之一。　　他们的研究首次发现女性原始生殖细胞中X染色体重新激活明显早于小鼠，而且SOX15 仅特异性高表达于人类早期原始生殖细胞，推测其是调控原始生殖细胞发育与性别分化的重要基因。　　此外，该项研究发现人类原始生殖细胞在发育过程中会经历大规模的表观遗传记忆(DNA甲基化标记)的擦除，在胚胎第11周时原始生殖细胞中仅有6%—7%的DNA甲基化得以保留 但另外一方面，基因组中的一些特殊的重复序列元件上仍然残留大量甲基化，这为研究人类隔代遗传现象的表观遗传学基础提供了重要线索。相关研究论文发表在2015年6月4日《细胞》上。　　发现东亚最早的现代人化石　　作为人类起源与演化研究的重要组成部分，现代人起源一直是古人类学研究与争议的热点。目前，国际学术界的主流观点支持现代人起源于非洲，认为现代人19万年前起源于非洲，6万年前扩散到欧亚大陆，成为当地现代人的祖先。近10年来，中国学者在这个领域的研究取得一系列重要进展，确定早期现代人至少10万年前在华南地区已经出现。　　然而，学术界对于具有完全现代形态的人类在东亚地区出现时间尚不清楚。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所刘武和吴秀杰研究组与英国María Martinón-Torres合作等报告了对中国南部湖南省道县福岩洞的最新发掘资料。他们先后发现了47枚人类牙齿化石以及大量动物化石。　　研究显示，道县人类牙齿尺寸较小，明显小于欧洲、非洲和亚洲更新世中、晚期人类，位于现代人变异范围，牙齿齿冠和齿根呈现典型现代智人特征。这些形态和尺寸对比分析说明道县人类牙齿已经具有完全现代形态，可以明确归入现代智人。测年结果表明，这批人类化石的埋藏年代在 8—12万年前。动物群组成则指示出晚更新世早期的特点，进一步支持测年的结果。据此可以确定，具有完全现代形态的人类至少8万年前在华南局部地区已经出现。这项研究以可靠的地层年代数据和详实的化石形态特征提供了迄今最早的现代类型人类在华南地区出现的化石证据，填补了现代类型人类在东亚地区最早出现时间和地理分布的空白。这是继2010年广西智人洞下颌骨发现之后，中国学者在东亚现代人起源方面取得的又一项重大突破，对“中国没有早于6万年的现代人”这一国际主流观点提出了有力挑战。　　此外，与这群现代人同时代的北方地区，还生活着形态特征更原始的“土著居民”，道县的研究描绘了一幅中国南北地区不同人群共同存在的场景，进而提出现代人在中国扩散的可能路线为由南向北。这些发现对于探讨现代人在欧亚地区的出现和扩散具有非常重要的意义。相关研究论文发表在2015年10月29日《自然》上。　　发现宇宙早期最亮、中心黑洞质量最大天体　　发现遥远宇宙中的明亮天体对了解早期宇宙的结构极为重要，位于宇宙早期的高红移类星体是研究早期宇宙的重要探针。迄今为止，天文学家通过大型巡天已经发现了30多万个类星体，其中大约有40个类星体红移大于6(即距离超过127亿光年)。每个类星体中心都包含一个质量约为10亿个太阳质量的黑洞，它们正在猛烈地吞噬其周围的物质，并在黑洞附近释放出巨大的能量。　　北京大学物理学院吴学兵研究组与合作者基于自主发展的选取高红移类星体候选体的有效方法和判据，利用中国科学院云南天文台的2.4米光学望远镜首先观测和国外4台大型光学和红外地面望远镜后续观测，发现一个距离我们128亿光年(红移6.3)、发光强度是太阳的430万亿倍、中心黑洞质量约为120亿太阳质量的超亮类星体。　　这是目前发现的在宇宙早期最亮、中心黑洞质量最大的一个类星体，也是世界上第一个利用2米级光学望远镜发现的红移6以上的类星体。该发现证实在宇宙年龄只有9亿年时，就已经形成质量为120亿太阳质量的黑洞，这对目前的黑洞形成和增长理论以及黑洞和星系共同演化理论都提出了严重的挑战，并为未来研究早期宇宙中黑洞和星系的形成和演化提供了一个特别的实验室。相关研究论文作为封面推荐论文发表2015年2月26日《自然》上。　　解析细胞炎性坏死的关键分子机制　　细胞炎性坏死(细胞焦亡)是机体的重要免疫防御反应，在拮抗和清除病原感染和内源危险信号中都发挥重要作用。过度的细胞焦亡会诱发多种自身炎症/免疫性疾病，最新研究显示艾滋病的发生也和细胞焦亡有关。然而人们对细胞焦亡发生的机制完全不清楚。　　北京生命科学研究所邵峰研究组与合作者，利用最新的CRISPR/Cas9基因组编辑技术，针对caspase-1 和caspase-11介导的细胞焦亡通路进行了全基因组范围遗传筛选，鉴定出全新的GSDMD蛋白，并证明GSDMD是所有炎性caspase的共有底物，该蛋白的切割对于炎性caspase激活细胞焦亡既是必要的也是充分的。这是20年来首次揭示细胞焦亡的关键分子机制，为多种自身炎症性疾病和内毒素诱导的败血症提供了全新的药物靶点。该研究还首次发现gasdermin家族蛋白(包含GSDMD)都具有诱导细胞焦亡的功能，进而重新定义了细胞焦亡的概念，并开辟了细胞程序性坏死和天然免疫研究的新领域。相关研究论文发表在2015年10月29日《自然》上。　　碳基高效光解水催化剂　　利用太阳光直接催化分解水同时制取氢和氧是发展清洁、绿色可再生能源的理想策略之一。在过去40年，聚焦于一步、四电子过程来研究光催化分解水，已经开发出多种无机和有机材料体系的光解水催化剂。然而，大多数光催化剂量子效率较低、稳定性较差。苏州大学纳米科学技术学院康振辉、Yeshayahu Lifshitz和李述汤研究组设计构建出一种非金属碳纳米点-氮化碳纳米复合材料高效光解水催化剂，提出并示范了一种两步、两电子过程的高效完全光解水新机制，实现了可见光下高效的全分解水。该催化剂具有较好的稳定性(可见光催化活性200天保持不变)以及较高的太阳能到氢能的转换效率(波长420± 20 nm下量子效率为16%，太阳能到氢能的转换效率约为2%)。此外，该催化剂材料还具备廉价、资源丰富、环境友好等优点。相关研究论文发表在2015年2月27日《科学》上。还被《化学世界》、《国家科学评论》等多家科学媒体进行专题报道。伦敦大学玛丽女王学院Steve Dunn教授评价该研究为“是该领域的彻底变革”。该研究结果为深入理解和设计高效光催化剂提供了新的思路。　　实现对单个蛋白质分子的磁共振探测　　在纳米尺度上直接测量单个分子的组成、结构及动力学性质，是当今物质科学探索的发展趋势。自旋磁共振是重要的物质科学研究手段，在前沿科学和国民生产众多领域均有广泛的应用。然而基于磁电感应探测原理的传统磁共振技术，通常只能测量毫米尺度以上百亿个分子系综的统计平均性质，无法实现对单个分子的直接测量。　　中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)杜江峰领衔的研究团队使用最新的量子操控技术，基于钻石量子探针和新颖的自旋量子干涉仪探测原理，实现了单分子磁共振的突破。该团队于国际上首次获取了单个蛋白质分子(直径约5纳米)的顺磁共振谱，并解析出其动力学信息，成功将电子顺磁共振技术分辨率从毫米推进到纳米，灵敏度从上百亿个分子推进到单个分子。该新技术可用来在单分子层面认识物质科学和生命科学的机理，在物理、化学及生命科学等多个领域有广泛应用前景，特别是其室温大气的宽松实验条件为生命科学等领域的研究提供了尤为适宜的条件。相关研究论文发表在2015年3月6日《科学》上。这一成果在国际同领域引起了很大反响，得到美国化学会、德国马普所等广泛的新闻报道。《科学》杂志将该成果选为研究亮点并配发专文报道，称其“实现了一个崇高的目标”，“是通往活体细胞中单蛋白分子实时成像的重要里程碑”。

据《自然》杂志网站2月8日报道，在上周末于美国佛罗里达州马可岛召开的&ldquo 基因组生物学与技术进展大会&rdquo 上，来自加利福尼亚门洛帕克市的太平洋生物科技公司介绍了其研制的第三代基因组测序仪，该测序仪实现了一次标记一个分子式的单分子速读。 　　研究人员指出，第三代测序仪的关键优势是能够对单个DNA(脱氧核糖核酸)分子进行测序，而目前市场上的主流测序仪只能对分子群体进行平均测序。单分子测序能对DNA中罕见的序列变异进行分析，也不需要在测序之前对DNA样本进行放大，因为放大过程可能引发错误，导致对某个DNA序列检测失败。其工作原理是用一种聚合酶将DNA的复制限制在一个微小的间隙中，给各种碱基加上荧光示踪标记，当碱基合成DNA链时，这些荧光标记就会发出不同颜色的闪光，根据闪光颜色就可识别出不同的碱基。 　　用户使用报告表明，新仪器读出碱基对的平均长度是1500对，这是代表该领域目前技术发展水平的伊鲁米那公司(Illumina)所生产测序仪的10倍。阅读长度越长，将DNA序列片段拼接成完整基因组序列就越容易。去年12月，公司首席科学官埃里克· 斯凯德和研究小组用这些新仪器来追踪海地霍乱的起源。他们对5个S型霍乱菌种进行了基因组测序，不到一个小时就完成了全部测序任务，而用伊鲁米那的150碱基测序仪则需要一个星期。太平洋生物科技公司曾在2008年提出，到2013年将实现15分钟内完成对一个人的全基因组测序，而当时这项工作需要一个月。 　　得克萨斯州休斯顿贝勒医学院测序技术专家迈克尔· 麦茨科表示，单分子测序仪代表了DNA测序的未来，但目前这项技术的最大障碍是失误率高。现有其他测序仪准确率能达到99%以上，而根据使用报告，太平洋生物科技公司的仪器准确率约为85%。但斯凯德认为，这一缺点能通过重复测序来克服。 　　研究人员称，该仪器有望于今年第二季度进入市场，每台成本70万美元，将比伊鲁米那公司的最新测序仪低12.5万美元，虽然短期内不大可能会对市场造成冲击，但它能检测DNA的某些化学改变，因而在如表观遗传学等目前传统测序仪难起作用的领域将大显身手。

2011年10月25日，以“舒适、安全——汽车技术的焦点”为主题的2011汽车噪声振动和安全技术国际会议在重庆圆满落幕。为期三天的研讨会，吸引了全球各大车企、高校、研究院的专家学者来渝论道，研究探讨汽车噪声振动和安全技术发展趋势。这是继中汽院承办的“2010中国汽车安全技术国际研讨会”和“第22届国际交通医学会议”后，重庆市在汽车安全领域召开的又一次科技盛会，必将推动重庆乃至全国汽车行业与国际同行的技术交流和科技进步，出席大会的重庆市副市长童小平如是评价。 　　顶级专家聚渝“论道” 　　此次会议是“2011国际知名研发机构重庆行动”分项活动之一，会议由汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室承办，重庆市科委、中国汽车工程研究院股份有限公司、长安汽车股份有限公司联合协办。中国工程院院士、重庆市科委主任钟志华担当大会名誉主席，中国汽车工程研究院院长任晓常和长安汽车党委书记、副总裁朱华荣联合出任大会主席。 　　此次大会吸引到中国工程院院士郭孔辉、法国国家交通运输安全研究所Dominique Cesari教授、欧洲新车安全评价协会Michiel博士、美国ohio大学声与振动实验室主任Rajendra.Singh等共计八个国家的该领域全球顶级专家学者和研究机构出席了会议。 　　以“产学研”模式 打造一流实验室 　　据记者了解，该国家重点实验室是中汽院继与汽车企业、知名大学历经多年的“产学研”合作后，开展的又一次重要合作。早在2005年，中汽院和第三军医大学便建立了“重庆市车辆/生物碰撞安全重点实验室”，2006年，中汽院和长安、重庆大学又申请设立了重庆市NVH工程技术研究中心。在这些工作的基础上，2010年，中汽院和长安一起通过招标的形式，共同申请设立了“汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室”。用重庆市副市长童小平的话说，中汽院和长安汽车分别是重庆本土汽车行业最具实力的研究机构和企业，两家单位合作，将充分整合各自资源优势，为中国噪声振动和安全技术的科技进步做出突出贡献。 　　记者实地走访发现，发现重点实验室部分已经建设完成，中汽院除了已有的实验室外，正在重庆北部新区新建一个能够满足汽车全方位碰撞安全要求，包括各个角度的碰撞以及翻滚，满足从轿车到重型商用车的碰撞要求的碰撞实验室，另外中汽院正在建设噪声振动的实验室，该实验室相应的硬件和软件均从国外引进。这样一批设施和设备到位以后，将具备国内领先，国际一流的测试、评价、分析的实验室条件。 　　汇集顶尖人才，为高品质造车服务 　　据重点实验室主任邓兆祥透露，实验室的主要研究方向有五个，包括汽车NVH分析与评价、汽车NVH设计与控制、被动安全与损伤生物力学、汽车系统动力学与主动安全、汽车电器电子安全这五个方向。 　　目前实验室还汇集了专业顶尖技术人才，拥有固定研究人员85人，其中研究员级高工15人、博士18人、列入国家“千人计划”的引进专家2人、部省级以上的学术技术带头人4人，还有30余位访问学者参加实验室研究工作，为高品质造车提供了夯实的人才基础。目前，实验室承担了包括 “863”和“973”等在内的30余个国家项目，比如正在设计的汽车排气系统专家系统，系统中包含了消声器的设计知识，经验，这个系统具有快速建模，快速分析，快速设计等功能，可以使一般的工程技术人员能迅速完成消声器的开发设计。商用车安全法规的研究，以及交通事故深度调查以及事故的模式、以及商用车和其他车碰撞的相融性、商用车碰撞安全性实验评价技术。这些研究成果，必将推动汽车行业的进一步发展。

在一个砷化铟晶体上，12个带正电的铟原子环绕着一个酞菁染料分子，这就是科学家最新研制的分子大小的晶体管。按照摩尔定律的硬限制，这很可能是一个晶体管所能达到的最小尺寸。　　新型晶体管是由德国PDI固体电子学研究所、柏林自由大学、日本NTT基础研究实验室和美国海军研究实验室研究人员组成的国际团队开发的。这一发表在科学期刊《自然物理》上的最新成果朝着量子计算迈出一大步。　　构成晶体管的每个铟原子的直径是167皮米(0.167纳米)，比目前的最小电路——IBM公司刚刚推出的7纳米芯片(晶体管尺寸为7纳米)要小42倍。人类发丝厚度为10万纳米，大约是铟原子尺寸的60万倍 红血球直径6000纳米，是它的36000倍 甚至只有2.5纳米宽的DNA链，大小也达到了铟原子的15倍。　　在这样的原子尺度上，电子流通常很难得到可靠地控制，电子会跳到晶体管外，导致晶体管无效。英国《卫报》网站21日报道称，研究团队使用一个扫描隧道电子显微镜，将铟原子放置在精确位置上，并对通过栅极的电子流进行控制。他们意外发现，位于晶体管中心的酞菁染料分子的方向是由其电荷决定的，这意味着，与传统晶体管只有一种简单的类似开关的状态相比，新型晶体管可能并不只限于此。　　研究证明，通过精确控制原子来创建一个比现有任何其他量子系统都要小的晶体管是可能的，它也为进一步研究如何将这些微晶体管应用于处理能力超过目前水平几个数量级的计算机和系统打开了大门。　　摩尔定律说，集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18个月到24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。芯片上集成的晶体管越多，其功能越强大。目前最新款计算机芯片已经突破7纳米尺度，向更小型化发展越来越难。虽然单分子晶体管距离集成到芯片中还很遥远，但这项新研究仍将有助于下一代计算机——量子计算机的开发。

目前，与新冠病毒基因组序列最相似是从菊头蝠分离得到的RaTG13，其与新冠病毒的进化分歧大约发生在50年前。此后，直到疫情暴发前，新冠病毒已经积累了500多个突变。　　中国科学院遗传与发育生物学研究所钱文峰研究组提出一种新的溯源策略——通过鉴定新冠病毒这500多个突变的频谱特征推测新冠病毒的历史宿主。作者首先确认了这一策略运用所需要满足的三个前提假设：第一，细胞环境在不同宿主之间存在差异，会在其携带的病毒基因组上产生宿主特异性的突变；第二，病毒基因组的新生突变主要是由宿主细胞内环境造成的；第三，病毒在进化中积累的突变特征主要是由新生突变决定的。　　作者们在建立了该策略的理论基础后，构建了非典病毒、中东呼吸综合征病毒、新冠病毒以及与其相关的16种冠状病毒的进化树。这些病毒是前人从人、蝙蝠、骆驼、果子狸、穿山甲和刺猬等不同物种中分离得到并测序的。作者们鉴定了病毒进化历史上不同时期积累的突变，发现来源于不同宿主的病毒带有不同的突变特征。宿主物种的差异越小，病毒的突变特征越相似。这一结果进一步确认了根据突变特征推测历史宿主这一计算生物学策略的可行性。　　为了推测新冠病毒的进化历史，作者们对新冠病毒在这段时间产生的突变特征开展了主成分分析，发现新冠病毒在疫情暴发前积累的突变特征与野生蝙蝠（尤其是菊头蝠）细胞环境高度相符，这为新冠病毒的自然起源提供了公开透明和实证性的数据支持。　　上述研究结果于2021年8月30日在线发表于The Innovation杂志（DOI:10.1016/j.xinn.2021.100159）。博士研究生单科家与魏昌硕为该论文共同第一作者，郇庆副研究员与钱文峰研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委的资助。

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4月30日，国际著名科学期刊《自然-通讯》(Nature Communications)发布了一种新型的光微流激光酶联免疫吸附剂测定(Enzyme-linked immunosorbent assay，简称ELISA)技术。该技术由密歇根大学安娜堡分校生物医学工程系范旭东教授课题组与复旦大学信息学院光科学与工程系吴翔副教授共同开发。据悉，该项新技术将有望应用于重大疾病(如癌症、艾滋病等)的早期检测与诊断以及单个酶分子催化机制研究。 　　一般来讲，传统的ELISA技术利用被酶催化生成的荧光产物所发出的荧光强度作为探测信号，然而在实际检测过程中，生物分子的非特异性结合、材料自荧光以及激发光的泄漏等因素造成的强荧光背景会干扰目标分子荧光强度的探测，从而限制了ELISA的探测极限以及动态测量范围。 　　而吴翔及其合作者开发的新型光微流激光ELISA技术的创新之处在于，以荧光产物为激光增益介质，利用高品质因子的光学微腔产生激光输出 在固定的泵浦功率下，产生激光的阈值时间和被测目标分子的浓度呈反比，不同的浓度对应不同的阈值时间，由此，将阈值时间作为该技术中的探测信号。 　　实验表明，该项技术的探测极限可达1fg/ml(38aM)(1飞克每毫升)，动态测量范围为6个数量级。这种新型的光微流激光ELISA技术，通过对激光阈值时间的探测，可以从较强的荧光背景中精确地分辨低浓度的目标分子，从而实现超高灵敏度的生物分子探测。该技术的应用，将对重大疾病(癌症、艾滋病等)的早期检测与诊断技术带来重要提升，同时对单个酶分子催化机制研究领域产生积极影响。 　　目前，吴翔正从事有源和无源光学微腔生物传感器以及微腔光镊的研究，希望能结合光微流激光技术的优点，进一步拓展光学微腔技术在生物传感领域的应用，实现高灵敏度和高通量的集成光学生物传感芯片。

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近日，中科院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室于聪课题组系统考察了平面芳环有机小分子探针的荧光特性及其与生物大分子间的相互作用，并利用对探针自组装体的集聚-解集聚平衡的精细调控，发展了一种高选择性、灵敏、方便的蛋白质生物分析新方法。相关研究成果发表在国际著名化学期刊《德国应用化学》（王斌、于聪：Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1485–1488）上。 　　蛋白质的灵敏检测在基础研究、环境分析和医学诊断等领域起着重要的作用。利用抗原-抗体检测蛋白质具有很好的灵敏性和特异性，是应用最多的方法。核酸适配体是通过SELEX（指数富集的配体系统进化）过程进行体外筛选得到的寡核苷酸。与抗体类似，核酸适配体也可以与目标分子特异性地结合。利用适配体建立新的分析检测方法是近年来生物及化学领域的研究热点之一。其相对于抗原-抗体检测法有许多优势：核酸适配体可以通过化学方法体外合成，且费用低廉；可以识别更多的目标物；可以很容易地标记；具有较高的稳定性，适于长时间保存。 　　研究人员合成了具有独特的可p-p紧密堆积的荧光生色团的阳离子二萘嵌苯衍生物，并利用核酸适配体可以诱导探针分子集聚导致荧光猝灭的现象，及适配体与蛋白质间的特异性相互作用对探针自组装集聚的精细调控，构建了一种检测蛋白质的新方法。 　　长春应化所研究人员在小分子探针诱导自组装领域已取得系列研究成果，相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Chem. Commun., Organic Letters, Analyst等杂志上。 　　该工作得到了国家自然科学基金委、中科院长春应化所百人计划启动基金、长春应化所电分析化学国家重点实验室启动基金的支持。

p strong 仪器信息网讯 /strong 　第六届全国冷冻电子显微学与结构生物学专题研讨会在北京隆重召开，研讨会由中国生物物理学会冷冻电子显微学分会(以下简称：中国冷冻电镜分会)主办，北京大学承办，中国电子显微镜学会低温电镜专业委员会协办。18日下午和19日上午，生物大分子复合物的高分辨率动态结构专题报告会作为大会三大专题之一，在清华大学朱平、中科院生物物理所章新政研究员和湖南师范大学刘红荣教授联合主持下，顺利召开。会议围绕“蛋白质分子机器人、病毒”共安排了18个专题报告，吸引了来自海内外400多名代表与会。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/fc4338f0-f4f5-4c91-8c2f-2160ca857703.jpg" title=" 全景小.jpg" alt=" 全景小.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　研讨会现场 /p p 　　上海科技大学沈庆涛教授作《Structural mapping on nucleoproteins of non-segmented negative-sense RNA viruses》报告。沈庆涛使用冷冻电子显微镜，确定并分辨了NDV N形成4.8Å 分辨率的蛤形结构，其中两个单匝螺旋以背对背的方式包装，这在以前没有报道过。沈庆涛还发现，这种蛤形结构可以作为种子组装成双头长丝，里面有两个独立的RNA。通过环界面上的转换突变(残基114-120)破坏蛤形结构产生单头细丝并将RNA 5& #39 末端暴露于核酸酶，这导致在小基因组分析中废除病毒基因组复制。研究数据显示了一种自我涂层机制，通过该机制，蛤形结构形成保护NDV病毒基因组的双头细丝。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 283px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/a854569e-c1c5-4594-805b-c40da7c64e89.jpg" title=" 沈庆涛.jpg" alt=" 沈庆涛.jpg" width=" 450" vspace=" 0" height=" 283" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　沈庆涛作《Structural mapping on nucleoproteins of non-segmented negative-sense RNA viruses》报告 /p p 　　中国科学院生物物理研究所王祥喜研究员作《Mechanisms of Herpesvirus capsid assembly and maturation》报告。使用优化的重建策略，王祥喜获得了3.1Å 的HSV-2 B-衣壳和3.75Å 的C-衣壳的结构，其中包括不对称单元中的28,138个残基，属于4种衣壳蛋白的46种不同构象异构体(VP5，VP23，VP19C，VP26)组成4种类型的壳聚糖(C-Hex，E-Hex，P-Hex，Pen)和三链体。王祥喜还提出了C-衣壳蛋白(VP5，VP23，VP19C和VP26)和CVSC的多种构象异构体的原子模型。 通过HSV-2同源物的比较，获得了关于三种疱疹病毒亚家族之间的结构相似性和差异的信息，并且确定了α-疱疹病毒特异性结构特征。由UL17单体、UL25二聚体和UL36二聚体组成的杂五聚体CVSC与五螺旋束紧密结合，所述五螺旋束与周围衣壳蛋白形成广泛的亚基接触网络，这增强了衣壳稳定性。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 283px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/3ff235b0-5d4f-4ed2-bf95-9d715c9a8577.jpg" title=" 王祥喜.jpg" alt=" 王祥喜.jpg" width=" 450" vspace=" 0" height=" 283" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　王祥喜作《Mechanisms of Herpesvirus capsid assembly and maturation》报告 /p p 　　装有球差校正器的透射电镜在物理、材料科学等学科已经得到广泛的应用，成为 /p p 　　获得高分辨像不可或缺的重要技术方法。色差校正器也突破了技术瓶颈，稳定性得到显著改善并开始实际应用。冷冻透射电镜在使用校正器上，由于生物样品等原因，还没有得到广泛的应用。南方科技大学王培毅教授的《透镜校正器在冷冻透射电镜的应用》报告试图从生命科学的实际应用出发，讨论球差、色差校正器在冷冻透射电镜上应用前景和可能的发展。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 283px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/fd53b340-2b2c-4e73-9e09-d3fb48f173d3.jpg" title=" 王培毅.jpg" alt=" 王培毅.jpg" width=" 450" vspace=" 0" height=" 283" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　王培毅作《透镜校正器在冷冻透射电镜的应用》报告 /p p 　　在适应性免疫中，生物体产生中和抗体(nAbs)以消除入侵的病原体。厦门大学李少伟教授《Viral neutralization by antibody-imposed physical disruption》报告探讨了是否可以通过nAb结合时病毒的物理破坏来实现病毒中和。报告展现了nAb 8C11对抗戊型肝炎病毒(HEV)的中和机制，8C11结合侧翼HEV病毒样颗粒(VLP)的突出尖峰，并导致抗体和衣壳之间的巨大物理碰撞，在2小时内将VLP解离成同型二聚体。较早(15分钟)阶段的解离中间体的Cryo-EM重建揭示了涂抹的突起尖峰和二十面体对称性的丧失，衣壳核心保持不变。李少伟从概念上讲提出了一种策略，即在相邻空间无法容纳抗体的位置，针对在整个病原体的背景下具有特征的单个穗部分来提高碰撞诱导nAb。该基本原理可以促进独特的疫苗开发和抗微生物抗体设计。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 283px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/829f6e5a-25c0-44ff-b236-3c6a7fbb7ba6.jpg" title=" 李少伟.jpg" alt=" 李少伟.jpg" width=" 450" vspace=" 0" height=" 283" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　李少伟作《Viral neutralization by antibody-imposed physical disruption》报告 /p p 　　ORC与DNA结合标记了真核生物中复制起始的位点，尽管真核生物中蛋白质序列中ORC具有高度保守性，但其对复制子的选择性因物种而异。 人们对ORC在原点选择性上分歧的潜在分子机制仍然知之甚少。香港大学翟元梁助理教授《Cryo-EM structure of the origin recognition complex bound to the essential elements of ARS DNA》报告对这一问题开展研究。从报告中看，翟元梁获得了酿酒酵母ORC的一系列Cryo-EM结构，其与含有ARS共有序列(ACS)和B1元件的起源DNA序列结合。在结构中，ORC通过与磷酸骨架和碱基的广泛相互作用包围DNA。ACS中胸腺嘧啶残基的特异性识别是通过小沟中Orc1的保守碱性氨基酸基序和大沟中Orc4-HI基序进行的。有趣的是，Orc4-HI基序仅在酵母物种中保守，但在高等真核生物中完全不存在，表明了该基序在起源选择性中的独特作用。研究结果确定了ORC在调节DNA结构中的保守作用，以促进真核生物中的起源选择和解旋酶加载。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 283px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/87a3b3a4-5a9b-4dbd-8431-ba984ee25dc4.jpg" title=" 翟元梁.jpg" alt=" 翟元梁.jpg" width=" 450" vspace=" 0" height=" 283" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　翟元梁作《Cryo-EM structure of the origin recognition complex bound to the essential elements of ARS DNA》报告 /p p 　　中国科学院上海生化细胞所丛尧教授、中国科学院生物物理研究所周政研究员等其他10位专家带来更多精彩学术报告。日本电子Isamu Ishikawa、Dell何睿、上海知楚仪器有限公司等6家赞助企业也带来了《CFEG application in Cryo TEM》、《冷冻电镜配套IT 系统的介绍与探讨》、《不一样的中国制造》等精彩内容。 /p p br/ /p