重要突破

生命起源与热水有关吗?地震预报中同位素技术会有新招?江西温泉有什么特点?南昌市酸雨有何规律?这些涉及人类起源和江西发展前沿的科学问题，东华理工大学孙占学教授课题组给出了答案。因取得重要突破和应用创新，该校"同位素技术在资源与环境研究中的应用"研究成果，荣获"江西省自然科学二等奖"(排名第一)，受到2009年江西省科技奖励大会的表彰和国内外专家的高度评价。 　　探索生命起源与自然之谜 　　所谓同位素，是指质子数相同而中子数不同，在元素周期表中占有同一位置的各核素称为该元素的同位素。同位素技术在地球与环境科学研究领域中广泛应用，是探索生命起源与自然之谜的重要手段。 　　"我们研究发现，寒武纪生命大爆发的起因与大气氧浓度增高及海平面上升有关，并证实生命起源和演化与热水作用密切相关。"孙占学教授说："该成果对研究生物的起源与演化，具有重要的理论意义。" 　　通过对江西省及其邻区地热系统的稀有气体研究，课题组不仅发表了该省第一批9个稀有气体同位素数据，填补了该区研究的空白，而且得到了稀有气体同位素可作为构造(地震)活动的指示剂的新认识。孙占学教授解释："地震爆发前，一般岩层会变形、产生裂缝，断裂构造会趋于活跃，这有利于地球深部气体的逸出，通过同位素示踪技术，我们可以查明气体组份的起源，并有望为预测地震提供辅助判据。" 　　发现江西地热和酸雨的奥秘 　　通过同位素技术，课题组对古环境与古气候、现代生态环境、矿床成因、资源勘查与地热等五个方面开展的深入研究，取得了系列创新性成果。 　　以江西地热资源为例，课题组对江西赣北庐山温泉、赣中马鞍坪温泉、赣南横迳温泉等温泉的起源进行了研究，发表了江西省首批45个天然水的H、O同位素基础数据。他们还发现江西地下热水属大气降水深循环补给，年龄为数十至数百年，深部温度为70-120℃的中低温热水资源，具有良好的医疗价值，适合作为医疗保健、疗养、休闲、娱乐等方面的开发利用。 　　此外，南昌市为我国重要的酸雨地区之一，硫是酸雨形成主要因素。经过对南昌地区大气降水的硫同位素研究，课题组发现，大气降水中硫同位素的季节变化规律：南昌地区酸雨中硫既有人为成因硫(主要是燃煤产生)，又有生物成因硫。在夏秋季节以生物成因硫为主，而冬春季节以人为成因硫为主。该研究为南昌的大气治理提供又一重要的科学依据。 　　研究成果受国内外广泛关注 　　创建于1956年的东华理工大学具有鲜明的核特色和地学优势，现设有"核资源与环境"教育部重点实验室、国际原子能机构铀矿地质和同位素水文学高级培训中心。2001年，该校孙占学、潘家永、杨亚新、王光辉等10多位教授组成的课题组，依托教育部重点实验室先进的同位素质谱仪等设备，在"江西省碳酸温泉气体的演化及其水文地质意义"等4项国家自然科学基金项目资助下，在同位素研究领域进行了长达八年的系统研究和协同攻关。 　　近年来，孙占学教授课题组共发表论文110篇，其中SCI、EI、ISTP论文57篇，这些论文中有66篇次被国内外重要SCI刊物上的论文所引用，并有3篇论文被刊登在国际最著名的刊物《Nature》上的论文应用，160多篇次被国内刊物上的有关论文所引用。 　　中科院院士汪集旸研究员、中国工程院院士钱七虎教授等对此高度评价："孙占学教授课题组进行同位素技术应用的开拓研究，取得重要突破，在许多方面的研究填补了国内空白。"

科学是一个移动的标靶。在这个岁末，除了回顾这一年的成就，美国《科学》杂志的编辑们还“冒险”赌了一把在未来几个月可能会成为新闻的科学进展。北极海冰随着全球变暖，研究北极海冰萎缩对全球气候带来的深远影响变得越来越重要。由于辽阔的海洋能够从太阳那里吸收更多的热量，海冰的减少已知能够扩大该地区的受热面积。但是北极变暖对于低纬度地区的气候将造成什么样的影响——及其是否对过去10年中的一些极端气候现象（从亚洲的季风到欧洲的寒冬）负有责任—— 一直是人们热议的一个话题。确定大气环流复杂动力学中的长距离关联绝对不是一件轻松的任务。2014年，科学家提出了几个观测模式，包括大型的罗斯贝波和极地急流。2015年，科学家希望能够努力确定北极变暖如何对几千公里以南地区的天气产生影响。太阳系中的相遇2014年是一个彗星年。但2015年则很有可能是一个矮行星年。明年3月，美国宇航局（NASA）的“黎明”号探测器将飞抵谷神星，后者是小行星带中最大的天体，同时蕴藏着惊人数量的冰。而在4个月后，NASA的“新视野”号探测器将于7月快速掠过冥王星，两者将进行一次短暂而意义非凡的相遇。这两颗冰冻的天体是同一类行星的“双胞胎”。在2006年，国际天文联合会将谷神星从一颗小行星升级为一颗矮行星；而把冥王星从一颗行星降级为一颗矮行星。一些科学家之前曾提出，这两颗天体都是在冰冷的彗星物质于太阳系外围空间碰撞集结的过程中形成的，并且随后被安置在不同的地方，这或许是由于木星的引力“恶作剧”牵引所致。而NASA的这两项空间任务对于梳理此类天体的起源将大有帮助。LHC重启明年春季，位于瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理学实验室中的欧洲核子研究委员会（CERN）的大型强子对撞机（LHC）将在为期两年的整修后重新启动。2012年7月，LHC迸发出希格斯玻色子，后者是物理学家关于已知粒子标准模型的最后一块拼图。但是一些研究人员认为，如果基于加速器的粒子物理学是有希望的，则巨大的机器将能够发现一些超越可靠的标准模型的东西。如今，LHC将进行另一项尝试，即把运行能量调整到首次运行的两倍。接下来，人们将看到LHC最终能否达到其设计运行能量，同时在未来的几年中，这台加速器能否发现新的未知粒子。联合免疫疗法随着临床研究人员积累的证据越来越多，作为《科学》杂志评出的2013年重要突破之一，癌症免疫疗法正在表现出对抗肿瘤的巨大潜力。目前的一个最大焦点便是将多种疗法混合搭配：例如，整合两种新的免疫疗法，或是将一种免疫疗法与一种靶向药物、放射疗法或化学疗法相结合。几十种临床试验正在进行当中——从最近批准的免疫疗法药物依普利姆玛与另一种减缓血管生长的疗法相结合治疗黑色素瘤的一期研究，到测试依普利姆玛与化学疗法相结合是否优于单独依靠化学疗法治疗肺癌的三期临床试验。这些研究结果将使肿瘤学家更容易找到与癌症病人相匹配的治疗方法。但新疗法的潜在毒性依然是一个值得关注的问题。hz-2913R EIF5 真核翻译起始因子5抗体hz-3839R 4EBP2 eIF4E结合蛋白2抗体hz-1440R Cytokeratin 5/CK5 细胞角蛋白5抗体hz-1126R 5-HT 5-羟色胺抗体hz-1597R HRPT2/CDC73/Parafibromin 甲状旁腺功能亢进蛋白2抗体（细胞分裂周期73）hz-1124R 5-HTR1A 5-羟色胺受体1A抗体hz-1663R THOC2 转录因子THOC2抗体hz-1665R VEGF 血管内皮生长因子抗体hz-1677R DNA Ligase IV/LIG4 DNA连接酶4抗体hz-1125R 5-HTR1B 5-羟色胺受体1B抗体hz-1892R 5-HTR2B 5-羟色胺受体2B抗体hz-1056R 5-HTR2A 5-羟色胺受体2A抗体hz-1893R 5-HTT 5-羟色胺转运蛋白抗体hz-2126R 5-HTR3 5-羟色胺受体3抗体hz-2127R 5-HTR4 5-羟色胺受体4抗体hz-0526R 5 lipoxygenase/ALOX5 5-脂氧合酶抗体hz-3251R Phospho-5-Lipoxygenase(Ser271) 磷酸化5-脂氧合酶抗体hz-3252R Phospho-5-Lipoxygenase(Ser663) 磷酸化5-脂氧合酶抗体hz-3874R ALOX12/12 Lipoxygenase 12脂氧合酶抗体hz-2036R Penicillin G 青霉素G抗体hz-1278R 8-OHdG 8-羟基脱氧鸟苷抗体hz-2053R RYBP/APAP1/CD337 凋亡相关蛋白1抗体hz-2054R Nkx2.5/Cardiac-specific homeobox 1 心脏特异性同源盒转录因子NKX2.5抗体hz-4235R ADORA1 腺苷A1A受体抗体hz-2077R AMP deaminase 1 腺苷单磷酸脱氨酶1抗体hz-1456R A2AR/Adenosine A2a receptor 腺苷A2A受体抗体hz-0094R AACT-Alpha1/A1ACT α-1抗胰糜蛋白酶抗体hz-1507R AAK1 AP2关联激酶1抗体hz-2123R Cyp2-j3 细胞色素P450Ⅱj3抗体hz-2128R OST-beta 有机溶质转运蛋白OSTβ抗体hz-3914R AANAT 芳香胺N-乙酰化转移酶抗体hz-2133R AT2R2 血管紧张素Ⅱ受体2抗体hz-2137R Influenza A virus (Duck) 鸭流感病毒抗体hz-2150R TNF-alpha 肿瘤坏死因子-α抗体hz-1603R AARS2 丙氨酰tRNA合成酶2抗体hz-2185R TDRD9/HIG1 缺氧诱导蛋白HIG1抗体hz-2257R SIRT1/sirtuin 1 沉默调节蛋白1抗体hz-2321R Spindly/CCDC99 亚砷盐相关蛋白抗体hz-2354R TBX-5 转录因子Tbx5抗体hz-0096R AAT/Tryptase α-1抗胰蛋白酶抗体hz-1510R AATK AATK细胞凋亡关联酪氨酸激酶抗体hz-2451R NMP-22 核基质蛋白22hz-1229R AATF 拮抗凋亡转录因子抗体hz-1627R ABCA1/ABC1 腺苷三磷酸结合盒转运体A1抗体hz-1761R ABCD1/CCL22 嗜酸粒细胞趋化蛋白22抗体

p 　　北京大学生物动态光学成像中心/北京未来基因诊断高精尖创新中心/生命科学联合中心/工学院黄岩谊教授课题组日前在DNA测序方法的研究上取得重要突破。该团队在此前谢晓亮教授首创的荧光发生测序技术基础上发展了一种全新概念的测序方法——纠错编码(简称ECC)测序法。ECC测序法采取一种独特的边合成边测序(SBS)策略，利用多轮测序过程中产生的简并序列间的信息冗余，大幅度增加了测序精度。该进展于2017年11月6日以“Highly accurate fluorogenic DNA sequencing with information theory-based error correction”为题在线发表于《自然 生物技术》(Nature Biotechnology)期刊上。 /p p 　　ECC测序法的化学反应采用了荧光发生测序技术，该技术由谢晓亮课题组于2011年首次报道(Nature Methods (2011) 8, 575.)，原理巧妙之处在于在DNA互补链合成时可以释放同所延伸核苷酸数目相等的荧光分子，利用这一反应可以实现低错误率的SBS。黄岩谊课题组在此基础上，过去几年对该方法进行了拓展(ChemBioChem (2015) 16, 1153.)，为本次技术突破奠定了基础。该团队首先从化学原理上对荧光发生测序技术中的荧光标记分子进行了结构优化，设计合成了具有不同波长、更优性能的测序底物分子，并对聚合酶参与的各阶段反应动力学进行了细致的测量和建模 在深入理解荧光发生测序化学反应速度、完成度、副反应等关键技术细节的基础上，完善了ECC测序原理样机的搭建，不断迭代优化测序反应条件和信号采集流程 从数据入手，构建了精确的测序信号失相模型并提出了次级延伸理论，并据此开发出算法软件对测序反应失相过程做出了合理简化使其具备了实用性。 /p p 　　在ECC测序法中，序列信息的冗余来自黄岩谊课题组新发展的“对偶碱基荧光发生”SBS测序流程，该流程通过对测序试剂按对偶碱基分为两两匹配的三组，并对待测DNA序列进行三轮独立测序，继而产生三条互相正交的简并序列编码。这三条编码可互为校验，后续不但能够通过解码推导出真实碱基序列信息，而且具备对单轮测序错误位点的校正能力。ECC编码和解码策略已被广泛应用在信息通讯和存储等其它领域中，并被证实可以有效检测和纠正数据传输或存储时发生的错误。此次黄岩谊团队在测序技术中首次引入冗余编码概念，通过和低错误率的荧光发生测序技术巧妙结合，在实验室搭建的原理样机上获得了单端测序超过200碱基读长无错误的实验结果。 /p p 　　该论文作者包括北京大学博士后陈子天，博士研究生周文雄、乔朔、康力，段海峰副研究员，谢晓亮教授和黄岩谊教授 黄岩谊是这篇文章的通讯作者。该工作先后得到了北京市科委、国家科技部863计划、国家自然科学基金、北大-清华生命科学联合中心以及北京未来基因诊断高精尖创新中心的资助。 /p