《Science》在不久前公布了2021年度十大科学突破评选结果，让我们一起来看看去年科学界都有哪些重大成果。
1. AI预测蛋白质结构
人体内有成千上万种不同的蛋白质，每种蛋白质包括数十上百个氨基酸，这些氨基酸的顺序决定着蛋白质的形状和功能。过去半个多世纪，人类蛋白质组里约17%的氨基酸已有结构信息，而人工智能（AI）程序让这一数据翻番。
7月，世界知名AI团队“深度思维”称，其利用AI程序AlphaFold预测了人类表达的几乎所有蛋白质结构。同时，它公开AlphaFold2的源代码，并在《自然》上发表论文，阐述AlphaFold2的技术细节。
8月，中国研究人员使用AlphaFold2，绘制了近200种与DNA结合的蛋白质结构图。11月，德美研究人员利用AlphaFold2和冷冻电镜，绘制出核孔复合物的结构图。
2.解锁古老泥土DNA宝库
最近，科学家们从洞穴地面的土壤中解锁了一个更大的古代DNA宝库。研究人员使用这种“泥土DNA”来重建世界各地穴居人的身份。
在西班牙的Estatuas洞穴，核DNA揭示了8万至11.3万年前生活在那里的人类的遗传特征和性别，并表明尼安德特人的一个谱系在10万年前结束的冰川期之后取代了其他几个谱系。
在美国佐治亚州Satsurblia洞穴2.5万年历史的土壤中，科学家们发现了来自以前未知的尼安德特人系的女性人类基因组，以及野牛和现已灭绝的狼的遗传痕迹。
3.实现历史性核聚变突破
8月，美国国家点火装置 (NIF) 产生了一种聚变反应，这种反应产生的能量比点燃它所需的激光能量更多。NIF使用来自世界上最高能量激光的脉冲来压缩胡椒粒大小的氢同位素氘和氚胶囊。这种方法每次发射产生170千焦的聚变能量——远低于1.9兆焦的激光输入。
但在8月8日记录显示，该能量飙升至1.35兆焦耳。这意味着聚变反应产生了足够的热量，可以像火焰一样通过压缩燃料传播。
4.抗新冠强效药出现
数据显示，美国默克公司的抗病毒药物莫奈拉韦可将未接种疫苗的高危人群的住院或死亡风险降低30%；而辉瑞公司的抗病毒药物PF-07321332，如果在出现症状的3天内开始服用，则可使住院率降低89%。
5.MDMA可治疗创伤后应激障碍
一项多中心、随机、对照试验发现，3,4-亚甲基二氧基甲基苯丙胺(MDMA) ，显著减轻了创伤后应激障碍(PTSD)患者的症状。
76名受试者，部分接受了3次MDMA治疗，部分接受了安慰剂指导治疗课程。2个月后，67%的接受MDMA治疗的患者不再有PTSD症状，而安慰剂组则仅有32%。
6.单克隆性抗体质量传染性疾病
今年单克隆抗体 (mAb)开始在对抗新冠病毒和其他威胁生命的病原体，包括呼吸道合胞病毒 (RSV)、HIV 和疟疾寄生虫等方面显现出效果。
到今年年底，已有3种用于治疗新冠病毒的单克隆抗体获得FDA紧急使用授权。科学家还正在开发针对流感、寨卡病毒和巨细胞病毒的单克隆抗体，单克隆抗体或将成为传染病武器库中的“标配”。
7.“洞察”号揭示火星内部结构
自“扎根”火星以来，NASA的“洞察”号火星探测器在其着陆点测量了大约733次地震。科学家基于其中35次地震的数据，揭示了火星的内部结构，估计了火星地核的大小、地幔的结构和地壳的厚度。这也是科学家第一次使用地震数据来探测地球以外行星的内部，这是了解火星形成和热演化的重要一步。
8.粒子物理学模型出现“裂缝”
4月7日，美国费米国家加速器实验室进行的缪子反常磁矩实验显示，缪子的行为与标准模型理论预测不相符。研究报告称，巨大的、不稳定的类电子粒子——缪子，比最初预测的更具磁性。
此外，费米实验室里的质子加速器也可以大量制造缪子。研究人员现在正在仔细检查今年的计算结果，如果成立，并且理论和实验结果之间的差异持续存在，可能将标志着有50年历史的粒子物理标准模型的预言失败，或打开物理学变革之门。
9.CRISPR基因编辑疗法疗效
今年，科学家们直接在人体内部署CRISPR-Cas9。在小型研究中，该策略减少了一种有毒的肝脏蛋白质，并适度改善了遗传性失明患者的视力。
6月26日，美国Intellia医药公司和再生元公司科学家在6名患有一种名为转甲状腺素淀粉样变性病的罕见疾病的患者身上测试了他们的治疗方法。结果显示，所有参与者的畸形蛋白质水平均下降，其中两名接受高剂量注射的人的蛋白质水平平均下降了87%。
10.体外胚胎培养为早期发育研究
通常，老鼠胚胎在母鼠体外生长的时间为3到4天。但在3月，一个团队报告了一个将这一期限延长到11天的方案。该研究进展有望为子宫外孕育人类铺平道路。5月，国际干细胞学会宣布放宽人类胚胎培养“14天规则”，进一步提升了该领域的研究。
写在最后
2021年对于整个科学界来说，是收获颇丰的一年，尤其是在生物医学方面。面对各种病症上的难题，人类在生物技术上均有所突破。
实验室揭露新冠病毒真面目，研发出有效的疫苗、全新的治疗药物，再到全球首款疟疾疫苗、早衰症药物上市，这些都是我们人类的进步，而每一点进步，都意味着希望。
面对新冠疫情的再次爆发，我们人类迎难而上，攻克时艰。而关于新冠疫情，人们最多的讨论一定是新冠疫苗，而疫苗的设计原理以及研究进展对许多同学是比较陌生的，因此新冠疫苗的课题研究对学生来说还是很有益的，对此感兴趣的同学一定不能错过这个课题哦~
课题介绍
课题名称: 新冠疫苗
相关学科：生物医学工程
课题介绍：新冠病毒的出现彻底改变了人们的生活方式并将长期与人们共存。新冠疫苗的研发成为了人民重返正常生活的希望。本项目将从新冠病毒的蛋白结构，感染传播机制出发，阐明新冠疫苗的设计原理和研究进展，让学生对新冠病毒以及疫苗有一个更加科学，全面的认知和理解。
导师介绍
加州大学圣迭戈分校无机化学博士后，弗吉尼亚理工大学无机化学专业硕士、博士，本科毕业于中山大学
研究方向：能源化学，生物化学，生物医学工程
累计发表论文20余篇，以第一作者在J.Am.Chem.Soc，J.Mater.Chem.A等顶尖期刊发表近10篇，受邀参加多个顶会演讲
