《Science》公布2024年度十大科学突破 | Lenacapavir位列榜首，CAR-T疗法上榜

近期，《Science》公布了2024年度十大科学突破(Breakthrough)，包含长效注射型HIV预防药物、免疫细胞治疗自身免疫性疾病等，这是2024年最受瞩目的瞬间之一，接下来，小编带大家共同揭晓这份年度榜单。

图源：https://www.science.org

虽然在控制人类免疫缺陷病毒（HIV）感染方面已取得了显著进展，但是每年仍有100多万人感染。今年，一种具有创新机制的注射用HIV预防药物——来那卡帕韦（Lenacapavir）展现出显著的预防效果，每次注射可提供6个月有效保护。一项针对非洲少女和年轻女性的大型疗效试验报告称，Lenacapavir将HIV感染率降低到零——达到惊人的100%疗效，3个月后，当一项在四大洲进行的类似试验报告称，在性别多元化的男男性行为者中，有效性为99.9%。

《科学》认为，Lenacapavir的成功源于基础研究的重大突破，即对其所靶向的HIV衣壳蛋白的结构与功能有了全新的深入理解。鉴于许多其他病毒也拥有各自的衣壳蛋白，这些蛋白围绕着遗传物质形成保护层，因此Lenacapavir的成功应用意味着类似的衣壳抑制剂有望对抗其他病毒性疾病。

狼疮、硬皮病、多发性硬化症和其他自身免疫性疾病会导致免疫系统攻击一个人自身的健康组织，现有的治疗方法（如免疫抑制药物）不能完全阻止疾病进展，并且可能会产生副作用。今年，一种新方法，即嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法，在重症患者中产生了显著的疗效，开启了自身免疫性疾病治疗的新篇章。

CAR-T疗法在大约15年前首次作为血液肿瘤治疗方法出现，是一种完全不同的疾病治疗方法。医生从患者的白细胞中分离出免疫系统的“哨兵”——T细胞，对其进行基因改造，再将它们回输给患者，从而寻找并破坏B细胞。B细胞是某些白血病和淋巴瘤的根源。在自身免疫性疾病中，B细胞通过释放有毒的抗体攻击关节和内脏。

今年2月，德国研究人员报道了15名狼疮、硬皮病或损伤性肌炎患者的临床研究结果，这些患者在4~29个月之前接受了CAR-T治疗，其中8名狼疮患者均进入无药物缓解状态，其他患者仍有症状，但都不再需要使用免疫抑制剂。

图源：N.Burgess/Science

詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）是有史以来最大、最强大的太空望远镜，专为研究宇宙最初的几十亿年而设计。自2021年底发射升空后，JWST发现的宇宙最早期明亮星系比预期的多1000倍。根据这些星系不同寻常的亮度，研究人员估计其中一些是与银河系大小相仿的“庞然大物”，但在目前的星系演化理论下，无法解释为何它们能够如此迅速地生长。

研究人员将远古光波按照波长分类进行光谱分析，结果发现早期星系含有大量气体和尘埃，包括碳、氧等元素。这些元素只能在更早期的恒星内部形成，恒星死亡后以超新星的形式发生爆炸，广泛散播星际物质。这些发现表明，宇宙诞生之初的环境能够快速形成巨大的恒星。

现有杀虫剂可能在消灭害虫的同时对非目标生物造成伤害。今年，美国环境保护署（EPA）批准了可能的解决方案：一种基于RNA的杀虫剂喷雾剂，当害虫咀嚼RNA杀虫剂喷洒过的叶子时，其体内一种关键蛋白的表达被阻断，从而在几天内死亡，这种机制被称为RNA干扰（RNAi），是大多数细胞用来调节基因表达和保护自身免受病毒侵害的自然过程。这种方法比现有化学杀虫剂更安全、更有效。

此前，还没有已知的真核生物能够“固定”大气中的氮，并将其转化为氨。今年，美国科学家在海藻Braarudosphaera bigelowii中发现了一种新的细胞器，即氮成形体。DNA研究表明，这种新发现的细胞器大约在1亿年前由海藻和固氮蓝细菌之间的合作产生，藻类细胞吸收了这些细菌，使其最终失去了足够的基因和生化能力，以至于它们依赖藻类生存，现在按照藻类的时间表繁殖，成了为数不多的已知内共生细胞器之一。了解这种伙伴关系的运作方式可以为将硝基塑料用于农作物植物指明方向。

图源：Tyler Coale

98年来，物理学家知道两种类型的永磁材料。2019年，研究人员预测存在第三种磁性类型，即交变磁性，兼具铁磁性和反铁磁性两者的特性。今年，科学家通过测量费米面，在碲化锰和锑化铬等材料首次观测证实了交变磁性的存在。交变磁体既具有反铁磁体的稳定性和快速自旋翻转的速度，又可以像铁磁体一样轻易进入不同状态，通过在不同方向施加电流即可控制。研究人员表示，产生交变磁性的交变磁体可用于制造高容量快速存储设备或新型磁性计算机。

今年年初报道的来自中国的微观藻类化石以其更早的年龄让进化生物学家感到震惊，这些标本的年龄为16亿年，将多细胞真核生物出现的时间提前了7000万年。

板块构造对大陆的撕裂，缓慢但激烈。过去，研究人员认为这一过程具有高度局部性：沿裂谷带上涌的热地幔岩石产生岩浆，而远离裂谷带的大陆内部则保持寒冷且相对稳定。然而，今年发表的一项研究颠覆了这一传统观点，指出这种局部的剧烈活动实际上在地幔中引发了扩展的波动，进而影响整个大陆的地貌。在8月发表在《自然》杂志上的一篇论文中，研究人员表明，当裂谷发生时，上升流的地幔与覆盖在陆地板块上的寒冷摩擦，产生旋转的岩石对流，然后这些漩涡以蜗牛的速度沿着大陆的龙骨流动，就像船动的湍流一样，当它们翻滚时，它们会在远处造成各种破坏。因此大陆和地幔之间的相互作用比地球科学家想象的要动态得多。

今年，世界上最大、最强大的火箭——一根120米高的不锈钢棒——在33个发动机的火焰下呼啸着冲向太空。但最终成为集体记忆的Starship助推器级的着陆最终被烙印在集体记忆中。助推器以比音速更快的速度从天而降，重新燃起了一些引擎，将自身减速到几乎悬停，然后被它7分钟前发射的塔上的钳子从空中抓了起来。这一非凡的技术壮举预示着经济实惠的重型火箭的新时代即将到来，这可能会大幅降低在太空进行科学研究的成本。

从古代人类骨骼和牙齿中提取的DNA为了解远古的人口流动、传染病演变和史前饮食提供了见解。今年，大量研究为几千年前去世的人们重建家谱，反映了古DNA提取技术的进步和分析成本的下降。

过去，古DNA研究的对象为分散的个体。随着古代人类基因组数量呈指数级增长，研究人员已经能够通过研究不同人共有的遗传信息片段，推断两个人的亲缘关系。通过添加考古信息，例如骨骼年龄、墓地位置或埋在附近亲属的遗传关系，遗传学家和考古学家共同重建了八代家谱。

图源：Archaeological Sciences/Eötvös Loránd University Museum

参考来源：https://www.science.org/content/article/breakthrough-2024