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生物学科技信息|中国物种清单·RNA农药·AI热成像·“冷门”密码子·第八个长寿基因·德国蟑螂·全球寿命·阿尔茨海默病论文造假

花匠小妙招
2024-09-28 23:38

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2024年中国生物物种清单来了

摘自5月23日《中国科学报》报道，5月22日，在国际生物多样性日到来之际，中国科学院生物多样性委员会与合作者在中国生物物种编目研讨会上发布了《中国生物物种名录2024版》（以下简称2024版名录）。2024版名录共收录物种及种下单元155364个，其中物种141484个、种下单元13880个，较2023版新增6423个物种和267个种下单元。

红袖蜡蝉。

张润志/摄

白枕鹤。

宋会强/摄

白黄鹅膏。

王科/摄

吉氏白点兰。

林秦文/摄

“2008年，我们第一次发布中国生物物种名录时，总的物种数是45000多个，今年已经增加到原来的3倍多。”中国科学院生物多样性委员会副主任兼秘书长马克平说，该名录从全国层面回答了“生物多样性有什么”的基础问题。值得注意的是，马克平表示，从首次名录发布至今，经过17年的迭代更新，最初领跑名录的植物物种，已经被动物物种取代。2024版名录中，动物部分共收录73862个物种及种下单元。其中，昆虫及无脊椎动物数量在动物部分占比最大，达60769种。动物部分新增4045个物种和159个种下单元，是2024版名录中新收录物种数量最多的类群，尤其是昆虫纲鞘翅目，新增3275个物种，有效填补了中国生物物种名录的空缺。此外，植物部分共收录47474个物种及种下单元，真菌部分共收录27807个物种及种下单元。此外，名录还包括原生动物界2503个物种及63个种下单元、色素界1968个物种及413个种下单元、细菌界463个物种及6个种下单元、病毒655个物种及150个种下单元。

此次研讨会上还公布了2023年中国科学家新发表的重要生物物种类群的情况。其中包括新增脊椎动物93种，昆虫新分类单元989个，植物新属14个、新种235个。2023年，中国科学院动物研究所研究员李枢强命名了171个新分类单元，继续蝉联“世界上发现蜘蛛新种最多的人”。2016年至2023年，他命名了1349个新分类单元，占同期发表世界蜘蛛新分类单元总数的19%。李枢强介绍，2023年全世界344位学者发表蜘蛛1个新科70个新属1240个新种，其中94位中国学者发表33个新属507个新种，为全球之首。在全球2023年命名的蜘蛛新种最多的前30位学者中，有13位中国学者。引人注目的是，中国学者发表的这些蜘蛛新种，除了来自中国，还来自越南、缅甸等11个国家，显示出在蛛形纲研究领域中国学者正在走向国际。

研究揭示RNA生物农药

防控马铃薯害虫机遇与挑战

摘自科学网5月27日报道，近日，中国农业科学院植物保护研究所经济作物虫害监测与防控创新团队联合国内外相关单位，系统阐述了全球首款喷洒式RNA生物农药商业化用于马铃薯害虫防控面临的机遇与挑战。相关成果发表在Science China Life Sciences上。

RNA干扰技术在害虫防控中的应用。

受访者供图

害虫对农作物的危害严重威胁全球粮食安全，为满足日益增长的全球粮食需求，迫切需要安全有效的害虫绿色防控技术。2023年12月22 日，世界上首款RNA生物农药正式批准商业化，用于防控抗药性日益严重、国际公认的马铃薯重要毁灭性检疫害虫——马铃薯甲虫。这是世界上首款被允许在农作物上商业使用的可喷洒RNA生物农药，对马铃薯害虫的绿色防控具有划时代的里程碑意义。为充分发挥RNA生物农药在害虫防治方面的潜力和可持续利用，该研究针对首款商业化的RNA生物农药，提出了要尽早全面实施害虫综合治理和害虫抗性治理的双治理策略。在双治理策略中，需明确马铃薯甲虫对RNA生物农药抗性的遗传基础和抗性基因频率，积极开展田间抗性动态监测，设计合理的害虫抗性治理策略，并将RNA生物农药与其他害虫防控技术一并纳入害虫综合治理体系。

研究还指出，RNA生物农药作为害虫防控的新技术，需要投入更多的研究来深入了解其局限性，进而提高其对鳞翅目和半翅目等大多数农业害虫的防控效果，从而拓宽RNA生物农药用于害虫防控的广谱性。

相关论文信息：

https://link.springer.com/article/10.1007/s11427-024-2612-1

面部热成像+AI

精准预测冠状动脉疾病

摘自6月7日《科技日报》报道，包括来自中国医学科学院阜外医院、清华大学的研究人员发表在BMJHealth & Care Informatics期刊上的一项研究发现，面部热成像和人工智能（AI）相结合可以准确预测冠状动脉疾病的存在。

面部热成像和人工智能（AI）相结合可以准确预测冠状动脉疾病的存在。

图片来源：www.artificialintelligence-news.com

研究发现，这种非侵入性的实时预测方法比传统方法更有效，可以用于临床实践，以提高诊断准确性。目前诊断冠心病的方法依赖于对风险因素的概率评估，但其并不总是非常准确或可以广泛适用。这些评估也可以与心电读数、血管造影术和血液测试等其他检测方法结合，但这些方法通常很耗时，而且可能是侵入式的。

研究人员在460名疑似心脏病患者中使用热成像和AI来预测冠状动脉疾病。这些患者平均年龄为58岁，其中126人是女性。总共有322名参与者被确认患有冠状动脉疾病。研究人员捕捉了他们的面部热成像，以开发和验证用于检测冠状动脉疾病的AI辅助成像模型。结果，在预测冠状动脉疾病方面，非侵入式的“热成像+AI”方法比传统评估方法准确率高出约13%。在三个最显著的预测温度指标中，影响最大的是面部的整体温差，其次是最高面部温度和平均面部温度。具体来说，左下颌区域的平均温度是最强的预测特征，其次是右眼区域的温度范围和左太阳穴区域的左右温差。

该方法还有效地识别了冠状动脉疾病的传统风险因素：高胆固醇、男性、吸烟、超重、空腹血糖以及炎症指标。

相关论文信息：

https://informatics.bmj.com/content/31/1/e100942

“冷门”密码子编码

为非天然蛋白质制造提供新平台

摘自6月7日《中国科学报》报道，仅仅用20种氨基酸“积木”就排列组合出千千万万种蛋白质，从而演绎出丰富多彩的生命图景，这正是大自然的“造化”。日前，浙江大学生命科学研究院研究员林世贤团队发明了“稀有密码子重编码技术”，尝试让细胞调用20种以外的非天然氨基酸来制造蛋白质。研究论文发表于Science杂志。这项突破引起了学术界的广泛关注。“这一技术为人们更加自由、更高效地设计蛋白质药物奠定了基础；同时，也为研究非天然氨基酸的生命机制提供了平台与工具。”论文通讯作者林世贤认为。

“稀有密码子重编码技术”（RCR）与“基因密码子拓展技术”（GCE）的原理差异。

浙大供图

细胞中组装蛋白质的“工厂”在核糖体，其中的生产过程被称为“蛋白质翻译”。它有点类似于人类的语言系统：携带遗传信息的mRNA（信使RNA）上排列的碱基像一个个“字母”，每3个碱基形成一个密码子“单词”，它们由tRNA（转运RNA）和合成酶“翻译”成氨基酸“单词”，一个个氨基酸连接起来就形成了蛋白质“句子”。经过数十亿年的演化，地球上的几乎所有生物都“参照”同一张密码子表。从细菌到大象，从爬虫到人类，表上的氨基酸“单词”就这固定的20种。“我们在想，能否在蛋白质翻译过程中就‘收编’非天然氨基酸，做仅靠20种天然氨基酸做不了的事。”林世贤说，“在翻译阶段增加一点点化学复杂度，可能会产生海量的生物学可能性，带来新的性状和功能，我们可以据此创造新的功能型蛋白质……甚至生命形式。”

怎么把“编外”氨基酸放到蛋白质主链上去呢？当林世贤像黑客一样打量这张密码子表时，他有了不一样的想法：“找一处新的漏洞‘黑’进去。” 在林世贤的眼中，稀有密码子TCG可以作为“黑”入蛋白质翻译系统的 “软肋”。他的设想是：“让‘闲置’的密码子发挥点其他作用，在严密的‘工厂’内干点‘私活’。” 林世贤称这一方案为“稀有密码子重编码技术”。“黑客”系统的布设情况是，首先通过遗传手段，让细胞内源性产生重编码tRNA和与之协同的合成酶，它们的任务是结合并催化转化外源非天然氨基酸；然后，在细胞的外部环境中加入“待入编”的非天然氨基酸。林世贤说，核糖体是一个开放的系统，成千上万的氨基酸在等待被tRNA和合成酶识别后编码，这时要确保当核糖体遇到TCG这一密码子时，非天然氨基酸的竞争力要超过丝氨酸,“在质量和数量上都要占优势。”为此，研究人员通过大数据模型预测和系统工程改造，得到了高质量的重编码tRNA和合成酶；而数量的优势则通过大量添加外源的非天然氨基酸达成。

在这项研究中，曾经的“冷门”密码子表现出令人惊叹的效率，对于大多数测试的模型和功能蛋白质，其编码非天然氨基酸的效率达到80-90%，接近于天然氨基酸。此外，这一技术还强调了过程的“正交性”，也就是说，“这种操作绕过了翻译系统自带的纠错机制，以一种悄无声息的方式进入，并不会引起整个翻译系统的混乱。”林世贤说。

相关论文信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm8143

“捕获”第八个长寿基因

摘自科学网6月13日报道，线粒体与衰老息息相关。近年来，通过优化线粒体功能“延年益寿”的研究十分热门。浙江大学与中国科学院分子植物科学卓越创新中心的科研团队另辟蹊径，在昆虫核基因组中发现了与线粒体协同演化的基因，其中一个基因不仅会影响线粒体形态，还能显著延长昆虫和线虫的寿命。相关成果近日发表于Nature Aging。

敲降CG11837基因后，黑腹果蝇脂肪体中线粒体的形态变得异常。

课题组供图

“通过全球寿命基因数据库比对，我们发现该长寿基因是国际上第八个广泛延长动物寿命的新基因。”论文通讯作者、浙江大学农业与生物技术学院研究员沈星星说。线粒体主要负责细胞的能量供应，其功能往往随年龄增长逐渐衰退。鉴于线粒体与衰老、神经退行性疾病、代谢性疾病、心血管疾病以及肿瘤等的发生紧密相关，保持线粒体功能稳态至关重要。论文第一作者、浙江大学博士生陶妹说，“线粒体内部至今仍保留了属于自己的DNA，但同时受到细胞核内DNA的调控。线粒体与细胞核建立的相互交流和协作的稳定关系，就叫协同演化。”“我们可以把这种协同演化模式理解为，两辆汽车以相同的速度并行在道路上，彼此间的变化紧密同步，一辆车加速或减速会立即反映在另一辆车上。”沈星星解释，“以往科学家的目光大多集中在线粒体上，我们则转换视角，将关注点放在与线粒体协同演化的细胞核上。”

于是，研究团队综合演化生物学、计算生物学、功能基因组学等多个交叉学科，系统性地挖掘“远程”操控线粒体进化的核基因。结果发现，有75个核基因与线粒体基因展现出显著的协同演化模式。它们表现出各种不同的功能，包括端粒维持、核糖体生物发生、线粒体功能和DNA修复，而这些功能都与生命衰老和疾病显著相关。研究团队挑选了其中4个核基因——CG13220、CG11837、 Nop60B和CG11788，在果蝇体内进行了基因活性降低实验。结果显示，与对照组相比，这4个基因的活性降低均造成了线粒体形态异常。让研究团队惊喜的是，他们在4个核基因中发现了一个特别的存在——CG11837，不仅能够影响线粒体形态，其活力还与动物的寿命长短存在显著正相关。为了寻找可靠证据，研究人员首先在6种不同的动物中进行了CG11837基因敲降实验，包括褐飞虱、果蝇、斯氏按蚊和秀丽隐杆线虫等。结果显示，降低CG11837基因活力会显著缩短所有这些动物的寿命，幅度在25%至59%之间。敲降基因会缩短寿命，反之，激活基因是否可以延长寿命？为此，研究人员在果蝇和线虫中进行了该基因的过表达实验。结果显示，这两种动物的寿命均显著延长，幅度达到12%至35%。这一发现促使研究人员思考，该基因能否延长人类寿命。他们对人类离体细胞进行实验后发现，激活CG11837基因，抗衰老能力能够提升30%。“这一系列研究证实，CG11837基因在动物中具有广泛的长寿效应。”沈星星表示。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s43587-024-00641-z

人类帮助德国蟑螂征服了世界

摘自5月21日《中国科学报》报道，德国蟑螂，没有人想要，但几乎每个人都有。作为世界上数量最多的蟑螂，它们只生活在人类中间，而人类可能还要为它的传播负责。发表于PNAS上的一项基因研究发现，中世纪的战争和殖民贸易帮助蟑螂几乎遍布全球各个角落。

德国蟑螂并非来自欧洲。

图片来源：SMUAY/GETTY IMAGES

1776年，著名博物学家Carl Linnaeus根据在德国采集的标本首次正式描述了德国蟑螂。但博物学家很快意识到，它很可能不是起源于欧洲，因为当时欧洲没有类似的蟑螂。此后，这种昆虫在除南极洲以外的所有大陆都很常见，人类经常将其视为主要害虫。“德国蟑螂很常见，但人们对它的了解却很少。”美国哈佛大学罗兰研究所的生物学家钱唐（音）说。因此，他和同事试图利用DNA来寻找答案。10年前，钱唐图通过分析被称为微卫星的DNA片段来揭开蟑螂的历史。然而，这些微小的遗传物质并不足以解释不同种群的德国蟑螂是如何相互关联的。现在，既然对整个基因组进行测序很容易，钱唐决定重新审视他的原始标本。

通过比较线粒体基因，研究人员发现，德国蟑螂与亚洲蟑螂小蠊的亲缘关系最为密切。小蠊最初在日本被描述，后来传播到了美国。为了追踪德国蟑螂离开亚洲的路径，科学家绘制了来自每个人类居住大陆的17个国家的281个样本的基因组相似性图。这种关联模式表明，蟑螂在两次迁移浪潮中占据了世界主导地位，这两次浪潮都可能是在人类的帮助下实现的。钱唐说，大约2100年前，可能是在印度或缅甸，德国蟑螂通过适应吃人类食物而从阿萨希纳氏小蠊中分化出来，之后扩张就开始了。大约1200年前，它向西迁移到中东，这与两个伊斯兰哈里发国——倭马亚和阿拔斯的贸易和战争扩张相吻合。研究人员认为，这些昆虫是通过面包篮搭便车穿越沙漠的。大约390年前，该物种继续向东扩展到东南亚，恰逢荷兰和英国东印度公司建立殖民贸易。在大约一个世纪内，贸易船只将它们带到了欧洲。钱唐说，蒸汽船和改进住房的供暖及管道系统，创造了蟑螂喜欢的温暖潮湿的条件，使这种流动的昆虫能够在全球传播。

相关论文信息：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2401185121

2050年全球预期寿命增加近5岁

摘自科学网5月21日发表于The Lancet的最新全球疾病负担研究（GBD）预测，2022年至2050年间，全球男性预期寿命将增加4.9岁、女性预期寿命将增加4.2岁。在那些预期寿命较短的国家，预期寿命的增长幅度最大，这将有助于不同地区预期寿命趋于一致。这一趋势在很大程度上受到公共卫生措施的推动，这些措施有效预防了心血管疾病、一系列传染病、孕产妇疾病、新生儿疾病、营养性疾病（CMNN），从而提高了生存率。

这项研究表明，疾病负担正在向非传染性疾病（NCD）持续转变，如心血管疾病、癌症、慢性阻塞性肺病和糖尿病。此外，暴露于与NCD相关的风险因素，如肥胖、高血压、非最佳饮食和吸烟，对下一代的疾病负担产生的影响最大。随着疾病负担从CMNN转移到NCD、从寿命损失年数（YLL）转移到健康寿命损失年数（YLD），预计将有更多的人活得更长，但健康状况不佳的年数也会更多。

研究显示，全球预期寿命将从2022年的73.6岁增加到2050年的78.1岁（增加4.5年）。而全球健康预期寿命（HALE）—— 一个人预期健康生活的平均年数，将从2022年的64.8岁增加到2050年的67.4岁（增加2.6年）。该研究预测了特定病因的死亡率、YLL、YLD、伤残调整寿命年（DALY）、预期寿命以及2022年至2050年204个国家和地区的HALE。

“除了总体预期寿命增加外，我们还发现，不同地区的预期寿命的差距将缩小。”美国华盛顿大学健康计量科学主席、健康计量与评估研究所（IHME）所长Chris Murray说，“这表明虽然最高收入和最低收入地区之间的健康不平等现象仍将存在，但差距会缩小。”Murray补充说，加速减轻全球疾病负担的最大机会，在于通过旨在预防和减轻行为与代谢风险因素的政策进行干预。

相关论文信息：

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/08912963.2024.2320190

阿尔茨海默病奠基性论文造假掀巨澜

摘自6月12日《科技日报》报道，多年来，科学界对阿尔茨海默病的研究几乎都建立在一个名为“β淀粉样蛋白沉积”的假说上。在长达18年的时间里，基于这一假说的论文被视为该领域的奠基性研究。这一假说也以其深远影响力指导着该领域的研究方向和新药开发。但如果这篇有里程碑意义的论文涉及学术造假呢？

6月5日，知名学术期刊Science宣布，这篇阿尔茨海默病发病机制领域的基础研究涉嫌对图像进行处理，论文通讯作者承认论文包含篡改的图像，同意撤稿。这一结论，经历了两年的争辩才算出炉。但这篇研究论文已发布18年，其在领域内巨大的影响力已经产生。18年来有大量研究在此基础上展开，这些研究会不会已被误导？多家顶尖药企的相关项目是否还能继续？研究团队的心血会不会付之东流？

“β淀粉样蛋白沉积”假说，描述的是人脑部β淀粉样蛋白异常沉积，会引发蛋白过度磷酸化、神经递质紊乱以及氧化应激等系列反应，出现神经元受损，继而引发痴呆。这被认为是阿尔茨海默病的主要核心理论。而对这篇描述发病机制论文的质疑始于2022年。2022年7月，Science发表了一篇深度调查报告，指控2006年刊登在Nature杂志上该论文存在学术造假问题。调查报告称，该论文中的实验图像可能经过篡改，部分数据可能被捏造，从而对研究结果的真实性提出了严重质疑。这一消息迅速在生物医药领域内引发了广泛讨论和震动，因为如果指控属实，意味着过去十几年基于该论文成果的众多研究方向和巨额研发投资，可能都是建立在错误的基础上。

值得注意的是，多年来大多数针对β淀粉样蛋白的临床试验，并没有达到预期的主要临床终点，尤其是在减缓或逆转阿尔茨海默病患者认知衰退方面。阿尔茨海默病的新药研发也艰难异常，美国制药行业协会统计其20年研发成功率仅2.7%。十多年来试验一次次失败，用于治疗该病症的开支却在翻倍增长。据2018年一项不完全统计，全球用在阿尔茨海默病上的医疗花费当年就高达1万亿美元。这一切，是否意味着β淀粉样蛋白并非“罪魁”？其中一部分失败，是否和奠基性论文的误导相关？Science报告认为，造假已是板上钉钉的事实。一些声音认为，既然有学术造假，相关结论就该推倒重来；但另一些声音则表示，即使这篇论文存在重大问题，但淀粉样蛋白作为病因的结论依然可信。这篇论文的通讯作者、明尼苏达大学神经科学家凯伦·艾什这样说：“图片操纵并没有改变实验的结论。”

在学术影响上，据不同的统计来源，这篇文章被引用至少2300—2500次，其撤稿后预计会成为有史以来被引用次数最多的“撤稿论文”。在资金投入上，据Science报告指出，美国国立卫生研究院对涉及淀粉样蛋白的项目投入约16亿美元（约108亿元人民币），约占所有阿尔茨海默病项目投资总额的一半。更严重的是，这场风波不仅动摇了阿尔茨海默病研究的某些基础理论，特别是关于β淀粉样蛋白沉积作为主要致病因素的主流理论，还可能迫使大量相关研究团队，重新评估他们的研究路径；多家药企的研发项目都可能因此面临挑战，对新药研发进程造成重大影响。尽管此事件引起了巨大反响，许多相关研究也一直未能展示显著的临床效益，但科学界目前还没有完全放弃β淀粉样蛋白假说。也有其他报道指出，一些与阿尔茨海默病新药相关的其他方向研究仍有希望。这或表明，由该风波造成的直接影响范围尚待明确。

编辑 | 石玉帛

审核|李增娇

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