人類原始生殖細(xì)胞發(fā)育過程中基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的表觀遺傳學(xué)調(diào)控
生殖細(xì)胞（精子和卵子）是人類維持生命延續(xù)、代代相傳的種子和紐帶。一個(gè)精子與一個(gè)卵子結(jié)合，發(fā)育為新的個(gè)體。那么，這個(gè)新生命是如何為他的下一代進(jìn)行準(zhǔn)備呢？其實(shí)早在母體里，胎兒除了要完成自身的體格發(fā)育，已經(jīng)開始為他自己的后代做好計(jì)劃，形成原始生殖細(xì)胞（PGC）并進(jìn)行性腺發(fā)育。這類特殊的細(xì)胞與其他細(xì)胞有何不同？經(jīng)歷哪些重要的事件？除了遺傳序列本身外，祖父輩及父母還把哪些表觀遺傳記憶留在了PGC細(xì)胞中？人類對(duì)上述問題還缺乏深刻認(rèn)識(shí)。
北京大學(xué)喬杰與湯富酬兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，克服重重技術(shù)難關(guān)，揭開了人類PGC神秘面紗的一角。該研究顯示，處于發(fā)育早期的人類PGC表達(dá)眾多的多能性相關(guān)的基因，同時(shí)表達(dá)生殖細(xì)胞發(fā)育特異的基因，并且新報(bào)告一個(gè)人類特異的基因SOX15。他們還發(fā)現(xiàn)人類PGC在發(fā)育過程中會(huì)經(jīng)歷大規(guī)模的表觀遺傳記憶擦除，最低時(shí)僅有7%左右保留，但一些特殊的重復(fù)序列元件上仍然殘留大量甲基化，這為人類隔代遺傳現(xiàn)象的表觀遺傳學(xué)分析提供了重要線索。
研究成果引起國內(nèi)外專家極大關(guān)注，并撰文發(fā)表述評(píng)，認(rèn)為該項(xiàng)研究有助于加深對(duì)人類胚胎發(fā)育過程表觀遺傳學(xué)調(diào)控的認(rèn)識(shí)，對(duì)研究胚胎發(fā)育基因重編程、疾病的遺傳或隔代遺傳等具有重要意義。
發(fā)現(xiàn)宇宙早期發(fā)光最亮、中心黑洞質(zhì)量最大的天體
利用中國科學(xué)院云南天文臺(tái)麗江2.4米望遠(yuǎn)鏡首先觀測(cè)和國外4臺(tái)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行后續(xù)觀測(cè)，北京大學(xué)吳學(xué)兵領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)距離地球128億光年、發(fā)光強(qiáng)度是太陽的430萬億倍、中心黑洞質(zhì)量為120億倍太陽質(zhì)量的超亮天體，它是宇宙早期目前已知的發(fā)光最亮、中心黑洞質(zhì)量最大的天體。研究論文作為4篇封面推薦論文之一，發(fā)表在2015年2月26日的國際科學(xué)期刊《自然》上。該雜志特為此作了題為“井噴式快速成長的年輕黑洞”的新聞發(fā)布，并邀請(qǐng)德國學(xué)者在同期的新聞與述評(píng)欄目撰寫專文《年輕宇宙里的巨獸》介紹了這一發(fā)現(xiàn)。國內(nèi)外數(shù)百家新聞媒體，包括美國有線電視新聞網(wǎng)、時(shí)代周刊、華盛頓郵報(bào)、洛杉磯時(shí)報(bào)，英國路透社、衛(wèi)報(bào)，德國明鏡周刊，中國中央電視臺(tái)、新華社、人民日?qǐng)?bào)、光明日?qǐng)?bào)等，都對(duì)此發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了報(bào)道。
近年來，吳學(xué)兵團(tuán)隊(duì)發(fā)展了基于光學(xué)與紅外波段天文測(cè)光數(shù)據(jù)的有效選源方法，利用光譜觀測(cè)發(fā)現(xiàn)了許多宇宙早期的極亮天體，包括這一個(gè)發(fā)光最亮、中心黑洞質(zhì)量最大的天體。它就像遙遠(yuǎn)夜空中最明亮的燈塔，為研究宇宙早期結(jié)構(gòu)提供了難得的機(jī)遇。其中心高達(dá)120億倍太陽質(zhì)量黑洞的存在，對(duì)現(xiàn)有的宇宙早期黑洞形成與增長及星系演化理論提出了挑戰(zhàn)，引起了國際上廣泛關(guān)注。
空間基地生物再生生命保障系統(tǒng)地基綜合實(shí)驗(yàn)裝置——月宮一號(hào)
生物再生生命保障系統(tǒng)是載人深空探測(cè)的十大關(guān)鍵技術(shù)之一。北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授劉紅，帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過10年努力，突破了系統(tǒng)核心單元技術(shù)、系統(tǒng)構(gòu)建、啟動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)控等系列關(guān)鍵技術(shù)，從無到有建立了我國空間生物再生生命保障技術(shù)體系，自主研制出我國第一個(gè)、世界第三個(gè)空間基地生物再生生命保障系統(tǒng)地基綜合實(shí)驗(yàn)裝置“月宮一號(hào)”。為空間生命保障及其相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)研究建立了獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。成功完成了我國首次長期多人高閉合度密閉實(shí)驗(yàn)，在“月宮一號(hào)”的人工閉合生態(tài)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了105天循環(huán)再生100%氧氣和水、55%食物，總閉合度達(dá)到了97%。標(biāo)志著我國成為繼俄、美之后，第三個(gè)掌握該項(xiàng)技術(shù)的國家。
劉紅團(tuán)隊(duì)提出了一系列原創(chuàng)性的新思路、方法和新技術(shù)，并將其集成于“月宮一號(hào)”系統(tǒng)中，與俄、美的同類系統(tǒng)相比，“月宮一號(hào)”生物構(gòu)成更復(fù)雜，系統(tǒng)的閉合度更高。該成果技術(shù)復(fù)雜、難度大，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，技術(shù)先進(jìn)，創(chuàng)新性顯著，在空間生物再生生命保障系統(tǒng)領(lǐng)域綜合技術(shù)水平進(jìn)入世界領(lǐng)先行列。成果將為今后空間站作業(yè)、載人月球和火星探測(cè)等深空探測(cè)所需的生命保障提供理論和基礎(chǔ)技術(shù)。
炎癥消退和免疫穩(wěn)態(tài)調(diào)控的新機(jī)制研究
機(jī)體免疫系統(tǒng)能夠通過“發(fā)炎”的方式抗御感染，但有時(shí)“發(fā)炎”過度會(huì)損傷自身機(jī)體而導(dǎo)致諸多炎癥性疾病。如何及時(shí)終止炎癥免疫反應(yīng)，是免疫學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注的重要科學(xué)問題。北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院曹雪濤院士課題組發(fā)現(xiàn)，在炎癥免疫活化的晚期，即炎癥消退期，表觀遺傳酶Tet2能反饋性抑制炎癥因子的分泌。他們?cè)诩毙詢?nèi)毒素休克與結(jié)腸炎模型中證實(shí)，Tet2可結(jié)合表觀抑制性調(diào)控分子HDAC2，選擇性地直接結(jié)合炎癥因子的基因啟動(dòng)子從而阻止其表達(dá)。該研究揭示了表觀修飾介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是炎癥消退期炎性細(xì)胞因子表達(dá)關(guān)閉的一個(gè)決定性因素，從而修正了以往廣泛認(rèn)為的炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)負(fù)調(diào)控分子起決定性作用的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，為炎癥消退、抑制炎癥持續(xù)反應(yīng)、阻止自身免疫病等提出了新機(jī)制，為免疫學(xué)與表觀遺傳學(xué)交叉研究提出了新方向。此外，該課題組還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)E3泛素連接酶Nrdp1能夠通過抑制T細(xì)胞過度和持續(xù)活化而及時(shí)阻滯炎癥相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。
以上研究結(jié)果分別發(fā)表在《Nature》和《Nature Immunology》上。課題組成員多次應(yīng)邀在國際學(xué)術(shù)會(huì)議上作相關(guān)工作的大會(huì)報(bào)告，得到了國際免疫學(xué)界的高度評(píng)價(jià)。
1.1類原創(chuàng)新藥——口服重組幽門螺桿菌疫苗
幽門螺桿菌（Hp）是慢性胃炎、胃及十二指腸潰瘍的主要致病菌，世界衛(wèi)生組織將其確定為胃癌的1級(jí)危險(xiǎn)因子，我國胃病患者超過1億，每年因胃癌死亡者達(dá)20萬人，因此，Hp危害十分嚴(yán)重。Hp疫苗是控制其感染傳播、預(yù)防相關(guān)胃腸疾病發(fā)生的有效手段，但國外迄今未能成功研制。
第三軍醫(yī)大學(xué)鄒全明教授團(tuán)隊(duì)歷時(shí)15年，完成了Hp疫苗5000余人參加的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗(yàn)，結(jié)果表明：安全、有效，保護(hù)率達(dá)71.8%；成功研發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界首個(gè)Hp疫苗，獲國家1.1類新藥證書。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)明了“Hp分子內(nèi)佐劑黏膜疫苗”設(shè)計(jì)原理和安全高效的首個(gè)人用分子內(nèi)黏膜免疫佐劑；設(shè)計(jì)與制造出全新的Hp疫苗組份；創(chuàng)立了黏膜疫苗制備及效力評(píng)價(jià)系列技術(shù)；研究出國際上首個(gè)Hp疫苗生產(chǎn)與檢定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
該研究結(jié)果于2015年發(fā)表在國際頂級(jí)醫(yī)學(xué)期刊《The Lancet》上，并獲得同期專題正面評(píng)述，引起國際同行廣泛關(guān)注和高度評(píng)價(jià)。中央電視臺(tái)、《科技日?qǐng)?bào)》等國內(nèi)主流媒體和網(wǎng)站相繼進(jìn)行了重點(diǎn)報(bào)道。該疫苗獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和重慶市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，擁有4項(xiàng)國際發(fā)明專利和12項(xiàng)國家發(fā)明專利授權(quán)，已成功轉(zhuǎn)讓企業(yè)，獲成果轉(zhuǎn)讓費(fèi)2.25億元。企業(yè)已完成Hp疫苗產(chǎn)業(yè)化設(shè)施建設(shè)和試生產(chǎn)，正在報(bào)批生產(chǎn)批件，即將上市造福人類健康。
“神光III”激光裝置中的靶場(chǎng)光電及控制系統(tǒng)
太陽的巨大能量來源于“聚變反應(yīng)”，而聚變能源則被譽(yù)為“人造太陽”，一旦實(shí)現(xiàn)將從根本上解決人類能源問題。上世紀(jì)90年代開始啟動(dòng)的“神光Ⅲ”大型激光裝置研究，是我國聚變能源領(lǐng)域宏偉的大科學(xué)工程，是我國綜合國力不斷上升的體現(xiàn)，對(duì)相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展具有極強(qiáng)的帶動(dòng)作用。該裝置目前已建成并投入運(yùn)行，可輸出48束激光，總輸出能量為18萬焦耳，峰值功率高達(dá)60萬億瓦。其總體規(guī)模與性能位列亞洲第一、世界第二，達(dá)到國際先進(jìn)水平。作為我國自主研發(fā)、全球第二臺(tái)已用于實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的新一代高功率激光驅(qū)動(dòng)器，它將“種子”光源能量盡可能放大，使得高功率激光瞬間聚集，最后穿過以微米計(jì)算的注入孔射向靶球中心的物質(zhì)。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)梁迎春、趙航、劉國棟教授率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在中國工程物理研究院牽引下，對(duì)“神光Ⅲ”大型激光裝置靶場(chǎng)光電及控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)潛心研究10余年，攻克了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝與集成調(diào)試等階段的若干重要難題，實(shí)現(xiàn)了打靶精度要求優(yōu)于30微米、準(zhǔn)備時(shí)間少于30分鐘的設(shè)計(jì)要求，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)多靶型、智能化、甚多束激光高精度控制與瞄準(zhǔn)定位。其打靶精度要求之高，如同將高爾夫球從北京天安門打到石家莊市中心的球洞里，且“一桿進(jìn)洞”。該研究成果為下一步我國超多光束激光裝置的研制奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
農(nóng)業(yè)革新促使史前人類永久定居青藏高原
青藏高原是世界上海拔最高、面積最大的高原，其高寒缺氧的嚴(yán)酷環(huán)境對(duì)人類生存構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)，但藏族人主要生活在青藏高原高海拔地區(qū)。在沒有文字記錄的史前時(shí)代，人類什么時(shí)間、通過什么方式常年居住在青藏高原高海拔地區(qū)，是學(xué)術(shù)界和公眾關(guān)注的重大科學(xué)問題，對(duì)認(rèn)識(shí)人類適應(yīng)高寒缺氧環(huán)境的機(jī)理和藏族起源問題具有非常重要的意義。
蘭州大學(xué)陳發(fā)虎教授領(lǐng)導(dǎo)的中外研究團(tuán)隊(duì)，過去10年對(duì)青藏高原和周邊地區(qū)的史前遺址開展了系統(tǒng)調(diào)查和研究。首次提出史前人類向青藏高原擴(kuò)散的三步走模式，指出人類2萬年前開始到青藏高原季節(jié)性游獵，5200年前由我國黃土高原大規(guī)模擴(kuò)散并定居到青藏高原東北的河谷地帶，3600年前在氣候冷干背景下進(jìn)一步永久定居至高海拔地區(qū)。揭示史前歐亞大陸農(nóng)業(yè)發(fā)展與傳播是促使人類向青藏高原高海拔地區(qū)擴(kuò)張和定居的最主要因素。
該項(xiàng)研究為認(rèn)識(shí)史前人類向青藏高原擴(kuò)散和定居的過程與機(jī)制提供了全新觀點(diǎn)，為闡明藏族人起源于中國黃河流域提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。研究成果發(fā)表在2015年1月的Science雜志上，引起廣泛關(guān)注，被紐約時(shí)報(bào)、人民日?qǐng)?bào)等數(shù)十家國內(nèi)外著名媒體報(bào)道。Science雜志隨后以封面文章形式發(fā)表了題為《誰是藏族人?》的深度報(bào)道，認(rèn)為該研究支持藏族人群源于中國北方的理論。
酵母剪接體高分辨率三維結(jié)構(gòu)及其工作機(jī)理研究
“中心法則”是分子生物學(xué)中的關(guān)鍵定理，描述了細(xì)胞最核心的生命活動(dòng)——遺傳信息的流動(dòng)。在真核細(xì)胞中，蘊(yùn)藏在基因組DNA序列中的遺傳信息轉(zhuǎn)錄給前體信使RNA，在其剪接成熟之后再翻譯為蛋白質(zhì)，最終執(zhí)行生物學(xué)功能。上述環(huán)節(jié)分別由RNA聚合酶、剪接體和核糖體執(zhí)行。其中，RNA聚合酶和核糖體的結(jié)構(gòu)解析曾分別獲得2006年和2009年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。剪接體是一個(gè)巨大而又復(fù)雜的動(dòng)態(tài)分子機(jī)器，其結(jié)構(gòu)的解析具有重大科學(xué)意義，是國際結(jié)構(gòu)生物學(xué)界公認(rèn)的難題之一。
施一公研究組選擇極具挑戰(zhàn)性的剪接體作為研究目標(biāo)，創(chuàng)新性地利用酵母細(xì)胞內(nèi)源性蛋白提取獲得了性質(zhì)良好的樣品，并利用前沿的單顆粒冷凍電子顯微鏡技術(shù)，首次解析了酵母剪接體近原子水平的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了詳細(xì)分析，闡述了剪接體對(duì)前體信使RNA執(zhí)行剪接的工作機(jī)理。
這一標(biāo)志性成果被著名的《科學(xué)》雜志收錄，2015年9月11日以兩篇“背靠背”形式的長文正式發(fā)表，題目分別為《3.6埃的酵母剪接體結(jié)構(gòu)》和《前體信使RNA剪接的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》。該項(xiàng)目的完成，首次在近原子分辨率上看到了剪接體的細(xì)節(jié)，揭示了其工作基礎(chǔ)，完善了分子生物學(xué)的中心法則，推動(dòng)了中國生命科學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展。
納米尺度量子精密測(cè)量
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，將量子技術(shù)與精密測(cè)量科學(xué)相結(jié)合，在納米尺度量子精密測(cè)量領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，率先實(shí)現(xiàn)了具備納米分辨率和單分子靈敏度的磁共振探測(cè)技術(shù)，研究成果分別發(fā)表在2015年3月6日《科學(xué)》和3月23日《自然·通訊》雜志。
磁共振技術(shù)能夠準(zhǔn)確、快速和無破壞地獲取物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)信息，被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和醫(yī)學(xué)等各大領(lǐng)域。然而當(dāng)前通用的磁共振譜儀受制于探測(cè)方式，其研究對(duì)象通常為數(shù)十億個(gè)分子，成像分辨率僅為毫米量級(jí)，無法觀測(cè)到單個(gè)分子的獨(dú)特信息。中國科大研究團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)現(xiàn)代科學(xué)在單分子層面上對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行探索的迫切需求，通過系列創(chuàng)新解決了通往單分子磁共振的若干關(guān)鍵問題。他們利用鉆石中的一類點(diǎn)缺陷作為量子探針，采用新穎的自旋量子干涉儀探測(cè)原理，結(jié)合自主發(fā)展的量子操控技術(shù)和實(shí)驗(yàn)裝置，成功將磁共振技術(shù)的分辨率從毫米推進(jìn)到了納米、靈敏度從數(shù)十億分子推進(jìn)到單個(gè)分子，并用其完成了國際上首次獲取單個(gè)蛋白質(zhì)分子的順磁共振譜及其動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、微觀尺度上微波磁場(chǎng)矢量的重構(gòu)等多項(xiàng)重要研究成果。
這標(biāo)志著在納米尺度上進(jìn)行磁共振探測(cè)、無損地獲取單個(gè)分子的空間定位、結(jié)構(gòu)和構(gòu)象變化信息成為現(xiàn)實(shí)，將在物理、化學(xué)及生命科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。
鎳、鉬、鎢資源高效利用
鎳、鉬、鎢等都是重要的稀有金屬資源，是我國重大戰(zhàn)略工程、國民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域的關(guān)鍵原料。近幾年，我國鎳進(jìn)口均超過50%。我國新型礦種黑色巖系鎳鉬礦資源量大，僅湖南西部鎳、鉬資源量就分別達(dá)到300萬噸和200萬噸，但極難處理，被認(rèn)為“不可選”。我國儲(chǔ)量豐富的鎢礦，資源優(yōu)勢(shì)也在逐步失去，而且，采用傳統(tǒng)的粗精礦加溫浮選工藝，其綜合利用率低、成本高，造成礦山環(huán)境污染。
該項(xiàng)成果提出了通過強(qiáng)靜電、氫鍵或化學(xué)鍵作用于礦物表面不同位點(diǎn)的浮選劑分子組裝設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)開發(fā)了對(duì)不同礦物有選擇性作用的雙極性基高效浮選劑和組合物捕收劑。提出了浮選劑與礦物表面作用最佳溶液化學(xué)條件調(diào)控的方法。提出了強(qiáng)化微細(xì)顆粒與氣泡碰撞效率及礦化作用的方法。
該項(xiàng)成果開發(fā)出鎢礦常溫浮選新工藝，柿竹園礦提高了鎢和螢石回收率約10%。而且，既可以徹底取代已使用近百年的“彼得羅夫法”白鎢加溫精選工藝，又可在原工藝基礎(chǔ)上，在精礦加溫量減少80%的情況下，獲得高品質(zhì)鎢精礦，新技術(shù)還有利于廢水回用。開發(fā)出了黑色巖系鎳鉬礦浮選新技術(shù)，建立了該礦種發(fā)現(xiàn)近60年來，世界上第一個(gè)鎳鉬礦浮選廠，為經(jīng)濟(jì)利用黑色巖系鎳鉬礦資源提供了技術(shù)支撐。
該項(xiàng)成果對(duì)其他復(fù)雜有色金屬礦的高效清潔利用具有重要示范作用。
