《科學家》雜志評選出2018年7大科學進步

　　科學家》雜志評選出2018年最令人印象深刻的成就，包括利用無人機進行生態學研究、雙父親小鼠以及利用人工智能識別和監測癌細胞。

　　1.培育出雙父親小鼠和雙母親小鼠

一只健康的成年雙母親小鼠產生它自己的后代，圖片來自Leyun Wang。

　　雙母本繁殖（bimaternal reproduction, 也稱雙母親繁殖，孤雌繁殖），在自然界的脊椎動物中是很常見的，比如兩棲動物，爬行動物和魚類。然而，由兩只雄性動物成功地進行繁殖，即 雙父本繁殖（bipaternal reproduction, 也稱雙父親繁殖，孤雄繁殖），是非常罕見的。在過去十年左右的時間里，科學家們已通過操縱印記基因組區域---在那里，DNA的表觀遺傳修飾將某些基因的表達限制在一個親本的拷貝中---培育出由兩只雌鼠作出遺傳貢獻的小鼠幼仔。如今，在一項新的研究中，來自中國科學院動物研究所、中國科學院干細胞與再生醫學創新研究院、中國科學院大學和東北農業大學的研究人員對之前通過利用兩只雌鼠培育出看似能夠正常生長的小鼠（所產生的這些小鼠能夠活到有它們自己的幼仔）的研究進行改進。他們采用一種類似的策略構建出由兩只雄鼠產生的胚胎，不過它們的后代在出生后不能夠存活很長時間。相關研究結果于2018年10月11日在線發表在Cell Stem Cell期刊上。

　　Zhi-Kun Li, Le-Yun Wang, Li-Bin Wang et al. Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions. Cell Stem Cell, Published Online: 11 October 2018, doi:10.1016/j.stem.2018.09.004.

　　2.開發出破壞腫瘤的納米機器人

　　在一項新的研究中，來自中國科學院國家納米科學中心的研究人員發現他們開發出的DNA納米機器人能夠在血液中運行，發現腫瘤，并且遞送一種導致血液凝結的蛋白，從而導致小鼠中的癌細胞死亡。相關研究結果于2018年2月12日在線發表在Nature Biotechnology期刊上。

圖片來自Baoquan Ding and Hao Yan。

　　這些作者首次構建出一種自組裝的長方形DNA折紙片（DNA-origami sheet），并將導致血液凝固的凝血酶連接到這種DNA折紙片上。隨后，他們將DNA緊固件（DNA fastener）連接到這種長方形DNA折紙片的長邊上，從而形成一種內表面上攜帶著凝血酶的管狀納米機器人。當這些作者們設計的DNA緊固件結合到核仁蛋白（腫瘤血管細胞表面上存在的一種特異性的蛋白）上時，它們就會脫落下來。這就使得這種管狀納米機器人打開，從而暴露它攜帶的貨物。

　　這些作者接下來將這些納米機器人靜脈注射到攜帶著人類乳腺癌腫瘤的裸鼠體內。這些納米機器人抓住腫瘤部位上的血管細胞，并在48小時內導致大量的血凝塊產生，但不會導致這些小鼠的其他部位發生血液凝結。與對照小鼠相比，這些血凝塊導致腫瘤細胞壞死，并且導致更小的腫瘤和更好的存活機會。他們還發現在黑色素瘤小鼠模型和人卵巢癌細胞異種移植的小鼠中，這種納米機器人治療會提高存活率，并導致更小的腫瘤。

　　Suping Li, Qiao Jiang, Shaoli Liu et al. A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo. Nature Biotechnology, Published online: 12 February 2018, doi:10.1038/nbt.4071。

　　3.利用人工智能進行液體活檢

圖片來自ISTOCK, VITANOVSKI。

　　人工神經網絡能夠處理大量數據并識別出可能讓人類醫生無法識別的模式，從而使得這些模式有潛力用來通過篩選血液樣本獲得癌癥存在的跡象。多個實驗室如今正在尋求人工智能來協助早期發現癌癥和識別單個癌癥患者的特征以便表明特定治療的適用性。

　　4.虛擬實驗動物

圖片來自ISTOCK, NIDERLANDER。

　　計算能力是今年另一項方法創新的核心，可用于預測動物毒理學篩查的結果。由美國約翰霍普金斯大學的Thomas Hartung領導的研究人員利用數千種毒理學測試的數據開發出一種工具，并發現它能夠在87％的時間里準確地預測這類篩查的結果。相比之下，重復測試本身僅在81％的時間內再現了原始結果。這些研究人員希望這種工具（實質上是一款軟件）可以減少實驗動物的使用。Hartung告訴《科學家》雜志，“這不會結束全部動物測試。但是，這是一個重要的一步，可減少實驗動物的使用。”

　　5.利用無人機進行生態學研究

圖片來自ROHAN CLARKE。

　　正如一些研究人員希望盡量減少實驗室動物的使用，其他的研究人員則希望最大限度地收集我們能夠收集的有關野外動物的信息。如果使用得當，無人機可能是這項工作的關鍵，而且研究人員正在將它們用于收集鯨魚鼻涕和檢測整個海龜種群的大小和狀況等各種工作。澳大利亞莫納什大學生態學家Rohan Clarke說：“在過去，人們甚至無法假裝以我們如今能夠獲得的準確度和精確度來收集數據。”

　　6.記錄小鼠眼睛視覺信號

圖片來自GEORGE RETSECK。

　　解開向大腦傳遞視覺信息的信號一直是一項挑戰，不過，2018年6月，發表在Science期刊上的一項技術開辟了一種記錄這些數據的新方法。由美國哈佛大學的Charles Lieber領導的研究人員開發出一種能夠注入到活的小鼠睛角的薄型網格。在那里，這種薄型網格展開并通過微細線傳遞電信號。值得注意的是，這種薄型網格對小鼠的視力幾乎沒有影響，并且這些小鼠能夠在不同實驗之間正常移動。

　　7.揭示基因表達的位置

圖片來自GEORGE RETSECK。

　　由于某些基因被激活的程度不同，不同位置的屬于相同類型的神經元亞型可能發揮著非常不同的作用。為了更好地觀察組織切片中多個基因的表達位置，美國斯坦福大學的莊小威及其同事們開發出STARmap，它涉及將組織樣本轉化為水凝膠以便更好地檢測揭示靶RNA所在位置的條形碼。瑞典卡羅林斯卡研究所分子系統生物學家Sten Linnarsson（未參與這項研究）說，“他們展示的[圖片]質量是非常令人印象深刻的。”