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科技|2022年七大前沿科技：每一项都能改变世界

北京时间 2 月 23 日消息 ， 日前《自然》杂志最新列举 2022 年七项重要科学技术 ， 将对科学领域产生重大影响 ， 其中包括：
1、完整版基因组
2019 年 ， 美国加州圣克鲁兹分校基因组学研究员凯伦?米加（Karen Miga）和马里兰州贝塞斯达国家人类基因组研究所研究员亚当?菲利普（Adam Phillippy）启动了“端粒至端粒（T2T）”的联合研究项目 ， 当时大约全球十分之一的人类基因组仍未完成测序 ， 然而 ， 现在该数据已降至零 。2021 年 5 月 ， 该联合研究项目声称发现第一个端粒至端粒的人类基因组序列 ， 使用人类共识基因组序列图谱 GRCh38 增加了近 2 亿新碱基对 ， 并为人类基因组计划写上了最后一章 。
最早发布于 2013 年的 GRCh38 基因组序列图谱是一个具有价值的研究工具 ， 它是绘制基因序列读数的“脚手架” ， 但它也存在许多漏洞 ， 其主要问题在于基因序列读数虽然精确 ， 但过于简短 ， 无法明确绘制高度重复的基因组序列 ， 包括：覆盖染色体末端的端粒 ， 细胞分裂期间协调新复制 DNA 分裂的着丝粒（centromeres） 。

科技|2022年七大前沿科技：每一项都能改变世界
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长读测序技术被证明是改变游戏规则的技术 ， 该技术是美国太平洋生物科学公司和英国牛津纳米孔技术公司共同开发的 ， 它能在一次性基因序列读取中 ， 对数万至数十亿个碱基对进行排序 ， 但至少在测序初期 ， 并不是没有错误 。
时值 2020 年 ， T2T 项目研究人员重建了他们的第 2、3 条单独染色体 ——X 和 8 ， 然而 ， 太平洋生物科学公司的测序工作已取得重大进展 ， T2T 科学家能检测到长时间重复序列的微小变化 ， 这些微妙的“指纹”使长而重复的染色体片段变得更易处理 ， 基因组剩余部分则很快排列起来 ， 牛津纳米孔技术公司还捕获了许多调节基因表达的 DNA 修饰 ， 同时 ， T2T 基因测序能在基因组范围内绘制“表观遗传标记” 。
已测序的 T2T 基因组源自包含两组相同染色体的细胞株 ， 正常的二倍体人类基因组的每个染色体有两个版本 ， 目前研究人员正在研究“阶段策略” ， 能够自信地将每个序列分配给合适的染色体副本 。
T2T 项目首席研究员之一、纽约洛克菲勒大学遗传学家埃里希?贾维斯（Erich Jarvis）说：“我们的目标是掌握平均 97% 的人类等位基因多样性 ， 我认为未来 10 年之内 ， 我们能将端粒至端粒基因组测序作为常规操作 ， 同时 ， 我们希望利用完整的基因组装配能力提供地球每种脊椎动物的完整基因组序列 。”

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2、解析蛋白质结构
此前研究人员很难衡量蛋白质结构功能 ， 在过去两年时间里 ， 科学实验和计算领域取得的进步 ， 为研究人员以前所未有的速度和分辨率解析蛋白质结构 。由 DeepMind 子公司 Alphabet 开发的 AlphaFold2 结构预测算法基于“深度学习”策略 ， 能推算出氨基酸序列折叠蛋白质的结构 。该算法自 2021 年 7 月发布以来 ， 已被应用于蛋白质组学 ， 用于确定人类和 20 个模型生物中表达的所有蛋白质结构 ， 以及 Swiss-Prot 数据库中近 44 万个蛋白质结构 ， 大幅增加了高可信度建模数据的蛋白质数量 。
与此同时 ， 低温电子显微镜的技术改进使研究人员能以实验方法解决最具挑战性的蛋白质和复合物 ， 低温电子显微镜采用电子束扫描快速冻结的分子 ， 生成多个方向的蛋白质图像 ， 然后可以通过计算重新组装成一个蛋白质 3D 结构 。
2020 年 ， 低温电子显微镜硬件和软件的改进使研究团队能够生成分辨率小于 1.5 埃的水平解析蛋白质结构 ， 捕捉到单个原子的位置 。纽约结构生物学中心西蒙斯电子显微镜中心副主任布里奇特?卡拉格（Bridget Carragher）说：“此前我们曾深入讨论‘原子分辨率’这个术语 ， 但它仅是接近原子 ， 目前我们实验证实获得原子等级清晰度解析蛋白质结构是可行的 。”


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