七天科技博览(2020年1月12日)

    【本期导读】

  1. 专家称武汉不明原因的病毒性肺炎可防可控

      2. 人类胚胎早期发育的黑匣子正在缓缓打开?

      3. 德研究揭示疟原虫对青蒿素的耐药性机理

     4. “四大空天工程”圆满收官

      5. 欧洲大型强子对撞机拟于2021年重启

      6. 美能源部计划新建一台粒子对撞机

 

 

专家称武汉不明原因的病毒性肺炎可防可控

2020年1月10日晚,针对武汉不明原因的病毒性肺炎,记者专访了国家医疗专家组专家、北京大学第一医院呼吸和危重症医学科主任医师、教授王广发。

王广发说,目前病人的病情和整体疫情处于可控状态,大部分患者病情属于轻到中度。确诊的病例中,重症所占比与普通肺炎重症所占比差别不大,目前也没有出现参与救治的医护人员感染情况。经治疗,有部分患者已经治愈出院,其他患者还在积极治疗过程中。

王广发说,确定病原对于疾病防治来说是个里程碑式的进展,初步认定了病原体,不仅可以用于临床甄别,设计PCR检测试剂盒,而且对后续的治疗方案和疫情防控都很重要。和一般性的细菌性肺炎相比,目前该病患者除了发烧、咳嗽之外,痰不多、白细胞不太多,有些病人出现淋巴细胞减少情况,胸部影像中双肺呈现散在的毛玻璃斑片状阴影,具有一定的特征。

王广发说,目前对于治疗方面,还是采取临床上常规治疗手段,进行对症治疗。通过积极治疗并发症,防止器官功能障碍;同时加强支持治疗,提升肌体免疫力。今后能否摸索出针对性的治疗方法和有效药物,还有待进一步科学研究。一般来说,一种疾病的溯源可能需要较长时间的科学研究,公众应秉承科学的态度,对此有一个合理的期待。

“任何疾病重在预防。”他提醒说,现在各地进入春运时间, 又是流感多发季节,老百姓一定要注意个人卫生,去人多的地方必要时可戴上口罩,加强锻炼,增强免疫力,这些都是最基本的卫生常识。(新华网)

 

人类胚胎早期发育的黑匣子正在缓缓打开?

人的生命起源于早期胚胎,但人类胚胎着床后发育是怎样进行的?胎儿形成即原肠前人胚胎和多能干细胞的发育过程有没有图迹可循?科学家们一直在为这些生命难题找寻答案。

国际顶级期刊《自然》日前以长文形式在线发表了昆明理工大学灵长类转化医学研究院的李天晴教授和季维智院士等与云南省第一人民医院合作完成的一项研究成果,他们首次建立人胚胎三维培养系统,首次系统揭示了原肠前人胚胎和多能干细胞的发育过程。他们所绘制的分子和形态发育全景图,填补了相关领域的空白,为研究胚胎着床后早期发育建立了重要的研究基础。

从受精卵着床到第14天原肠胚形成前 人类胚胎发育仍是神秘“黑匣子”

人类受精卵的发育,始于一系列卵裂和形态发生重排,形成囊胚。晚期囊胚包含三个不同的细胞谱系,即上胚层细胞及内胚层细胞和滋养外胚层两个胚外组织。在进入子宫后,上胚层细胞产生三胚层细胞以及整个胎儿,而后两者分别产生卵黄囊和胎盘。对囊胚前胚胎的发育,科学家们已经开展广泛的研究,取得了一定进展。

然而,在发育的第7天,人胚胎需植入母亲的子宫中才能继续存活和发育。这个阶段胚胎在宫体发育时三维时空上受到复杂而精细的调控,受限于伦理和研究技术的限制,研究材料无法获得,同时又缺乏相应的体外研究体系,从受精卵着床到第14天的原肠胚形成前,胚胎的发育长期以来是一个神秘的“黑匣子”。

“原肠开始形成以后,神经系统开始形成,逐渐形成胎儿,就不是胚胎了。早期胚胎在子宫内究竟发生了什么样的变化?什么样的分子机制可以调控和维持它的正常发育?哪些因素又可以影响它的正常发育?这些都是需要解决的问题。”李天晴告诉科技日报记者,其实人怀孕的前2至3周,是保证胎儿发育的核心关键期。

其中囊胚的产生,约在第5至6天时间内,形成了生命的第一次谱系分化;第二个阶段实际上就是开始着床的阶段,这是决定胚胎能不能往下发育的核心关键过程,如果着床后胚胎发育营养跟上、发育正常,就可以顺利长成一个胎儿;第三个阶段就是原肠的形成,如果三胚层出现问题了,那么胎儿发育肯定会出现先天性发育缺陷,很多情况下会形成神经管发育不全、脑瘫、脊柱发育不全等疾病。第一个阶段当前研究比较多,对第三个阶段,由于存在较大的伦理问题,目前还无法开展相关研究。

因此,原肠前着床阶段的研究,对人胚胎发育关键事件的理解,以及对人类干细胞、组织器官再生研究和应用,同时对不孕症、早期发育疾病的预防与治疗极为关键。

绘制分子和形态发育全景图 对早期胚胎发育的认知有望突破

“实际上,我们的研究,就是把人原肠前胚胎关键发育的分子机制,以及它的形态学发育过程画出一个完整的图,反映这个过程产生了什么样的变化。也就是说,我们的研究有望打开人类胚胎最初阶段的‘黑匣子’,有望对生命的认知获得突破。”李天晴说。

研究组首次将人囊胚在三维(3D)条件下培养到第14天的原条阶段,但未出现早期神经系统的发育,符合胚胎研究的国际伦理准则。研究取得的突破,主要是揭示了上胚层细胞、下胚层细胞和滋养层细胞谱系分化和发育的动态及分子调控网络;其次,研究发现羊膜上皮细胞是上胚层细胞分离出来的第一类细胞系,不同于啮齿类动物,人羊膜上皮细胞发生于原条形成之前,但其特性和分子机制还不清楚。研究组发现,与上胚层细胞相比,羊膜上皮细胞显著地下调多能性基因,其形成与基底膜的缺失显著相关,并有独特的分子表达谱。他们还首次阐明细胞滋养层、绒毛外细胞滋养层和合胞体滋养细胞在胚胎着床后的分化以及引起分化的信号和转录因子,揭示了绒毛外细胞滋养层在早期胚胎中不同于中、后期胎盘的功能。

此外,他们还揭示了上胚层细胞即多能干细胞着床后,就很快从“原始态”向“始发态”的转变。其多能干细胞表达谱的变化,主要发生在内细胞团到着床前上胚层细胞以及原条产生的两个阶段。多能干细胞在着床到第14天期间,保持相对稳定状态,其发育和转化是由不同的多能因子协调作用所决定的。通过人和猴子胚胎的转录组分析,研究组发现猴子和人上胚层细胞在代谢上具有明显差异,而在维持干细胞多能性以及发育的关键分子和信号通路上具有保守性。

李天晴表示,通过此项研究,我们对人生命的认识也更加深刻。未来,人们可以由此提高试管婴儿的成功率,解决人类生殖发育的一系列问题;其次,可能找到一些早期的标志物,比如如何筛选优质的胚胎实现优生优育;再次,这一研究还初步搞清了干细胞发育这一再生医学领域一个非常重要的难题。

三维人囊胚培养体系 为破解生命发育相关谜题提供全新平台

正如前文所述,此前学界无法获得自然受孕后早期着床后阶段的人类胚胎,因此多用啮齿类胚胎或非人灵长类胚胎等模式生物替代研究,但这样就无法准确反映人类分子调控等规律的真实情况。同时,新近人类妊娠前胚胎发育的成果,包括《科学》杂志不久前发表的论文,仍然受到二维技术平台的限制,无法模拟体内条件。

李天晴介绍说,在获得严格的伦理允许和病人知情同意的条件下,研究组利用临床捐献的胚胎,首先通过改善培养基和培养方法,开发了一个三维(3D)人囊胚培养体系,克服二维(2D)无法模拟胚胎发育的缺陷,首次将人囊胚在3D条件下培养到第14天的原条阶段,以更接近体内的真实条件。

“建立3D胚胎的核心,在于细胞的生长需要有最接近人体生理环境的培养体系,这个体系可理解为供给细胞和胚胎的食物与胚胎生长的空间环境。此前,国内外在培养体系的研究还有诸多缺陷,导致所培育的胚胎细胞无法保持空间的立体结构,如一滩水一样,表面塌陷,因此细胞只能和培养皿进行表面接触,成为2D环境,这样细胞之间也只能一对一或仅发生少量的连接,这对进一步研究细胞之间的相互作用具有重大缺陷。”李天晴表示,实际上,细胞与细胞之间的接触,原本是三维的环境,如同我们把一颗水珠悬起来,不让它塌下去。由于2D条件缺乏空间支撑的结构,胚胎到了一定时间就无法进一步发育,因此通常2D胚胎只能到第12天左右。

目前,他们自主研发的培养体系可实现3D胚胎的培育,并能高度地模拟体内胚胎的环境,胚胎经历不同形态的发育并自发组装成2D条件下无法产生的3D结构,包括胚胎双层杯盘、羊膜、基底膜、初级和灵长类独特的次级卵黄囊、前后轴和原条。李天晴深信,他们自主研发的培养体系,将给学界提供一个新平台,用以研究生命前沿的相关课题。(科技日报)

 

德研究揭示疟原虫对青蒿素的耐药性机理

青蒿素是现今治疗疟疾的重要药物,但有些疟原虫逐渐对它产生了耐药性。德国研究人员近日表示,他们找到了恶性疟原虫对青蒿素产生耐药性的机理,这一发现有助于未来改善针对疟疾的药物。

德国伯恩哈德·诺希特热带医学研究所等机构的研究人员在新一期美国《科学》杂志上发表论文说,恶性疟原虫体内有一种名为Kelch13的蛋白质,这种蛋白质如果变异,就会使疟原虫对青蒿素产生耐药性。

据介绍,疟原虫在血液红细胞中发育和繁殖,在这个过程中以血红蛋白为食物,它们在吸收和消化血红蛋白后会产生分解物。如果环境中有青蒿素,那么青蒿素会被这些分解物激活,从而杀死疟原虫。

但是如果疟原虫体内的Kelch13蛋白质出现变异,它就会减少吸收血红蛋白,产生的分解物也相应减少,导致青蒿素无法被充分激活并杀死疟原虫。

这项研究的负责人托比亚斯·施皮尔曼说,疟原虫以这种方式对青蒿素产生耐药性,实际上是进入了一种微妙的平衡状态,因为它既要获取足够的食物维持生命,又要保证摄入食物的数量不太多,以免产生足以激活青蒿素的分解物。

研究人员表示,未来有可能针对这种微妙的平衡而改善药物,以应对青蒿素面临的耐药性问题。(新华网)

 

“四大空天工程”圆满收官

大块头儿有大智慧,大身板儿有大担当。中国科技工作者志存高远,怀揣推进科技创新、发展高技术产业、造福民众的梦想,致力于建造中国人自己的“大块头儿”和“大身板儿”。由大火箭、大客机、大运输机、大水陆两栖飞机等组成的“四大空天工程”无疑是其中最“硬核”的代表。几代中国科技工作者矢志不渝、努力奋斗,攻克一个又一个难关,将这些大梦想化为现实,书写了中华民族创新的豪迈史诗。

大火箭:玉汝于成终梦圆

2019年12月27日晚,全世界的目光聚焦南海之滨的中国航天城海南省文昌市,巨型火箭长征五号高高矗立在发射塔架上。这是中国最大推力的新型运载火箭长征五号在第二次发射时失利后进行的首次飞行,其表现不仅直接决定搭载的实践二十号卫星的命运,而且检测该型火箭技术的稳定性和成熟度,关系到中国空间站计划、嫦娥工程和火星探测计划的实施节奏。20时45分,激动人心的一刻终于到了,随着发射倒计时读秒结束,点火口令下达,长征五号庞大的身躯在喷射推力的驱动下,雷霆万钧、直上九天。飞天2000多秒后,实践二十号卫星即被精准送入了预定轨道,发射飞行试验取得圆满成功。

长征五号是名副其实的大块头儿,采用全新5米芯级直径箭体结构,捆绑4个3.35米直径助推器,总长57米,起飞重量约870吨,近地轨道运载能力25吨级,地球同步转移轨道14吨级,地月转移轨道运载能力8吨级,整体性能和总体技术达到国际先进水平。作为中国首型大推力无毒无污染液体火箭,创新难点多、技术跨度大、复杂程度高,凝聚了数代航天科技人员的心血和智慧。

对于中国航天来说,大火箭之梦从上世纪80年代中期就开始了。1986年,“大型运载火箭和天地往返运输系统”被列为国家高技术研究发展计划(即“863计划”)的主题之一,1988年开始大型运载火箭的论证工作。进入上世纪90年代,随着长征三号乙等火箭研制成功,运载火箭体系进一步完备,但仍难以满足中国航天未来发展的需要,研制大火箭势在必行。

2006年,中国大火箭项目即后来被命名的长征五号项目终于正式启动,研制工作全面展开。3年后,长征五号进入初样研制阶段,并在中国首次实现了火箭全型号数字工程化应用。

2013年,长征五号进入试样研制阶段,完成了全箭模态试验、各动力系统试车,整流罩分离试验等大型地面试验,并开展火箭的生产、总装和测试。

2016年11月3日,长征五号在文昌航天发射场首飞成功,然而,在2017年7月2日实施的第二次任务中,长征五号飞行出现异常,发射任务失利。此后,经历了两年多的沉寂,终于确定并排除了故障,涅槃重生。至此,中国大火箭终于梦圆。

大客机:打造现代制造强国

2020年1月2日,山东东营胜利机场,中国C919大型客机102架机在这里圆满完成了试飞科目。在此之前数天,106架机在上海浦东机场顺利完成其首次飞行任务。目前,C919大型客机6架试飞飞机在4地密集展开各项飞行试验,向最终的商业化运行目标推进。对于C919试飞进展,英国路透社给予高度评价,其近日发表的评论称,测试完成是中国大型客机的一个里程碑,让其距离与空客、波音“三足鼎立”的局面又近了一步。

今天,对于很多中国民众来说,C919腾空而起,试飞成功早已不再是什么大新闻,但是,人们不会忘记2017年5月5日,C919首架机首飞时激动人心的一幕和那一幕带来的兴奋与欣喜之情,那是亿万国人大飞机一朝梦圆的激情时刻,而为了那一刻的到来,中国人奋斗了47载。

1970年8月,中国首架大型民用飞机项目启动,这就是“运十”。虽然经过10年努力,1980年9月,首架大型喷气式客机运十首飞成功,实现了中国民航工业发展的奇迹,但是由于种种原因,“运十”项目被搁置,中国大飞机之梦也被迫“搁浅”,但是这个梦想始终在生长。2007年,中国在总结ARJ21新支线客机研制和投运经验基础上,重新启动大型客机研制项目,这就是C919工程,中国大飞机之梦再度起航。

2009年9月8日,C919外形样机在亚洲国际航空展上正式亮相。这是国产C919客机首次在世人面前亮相,3个月之后,C919工程样机正式下线。研制中的C919赢得海内外客户的青睐,2012年11月的珠海航展上,预订达到100架。2014年9月19日9时19分,C919迎来历史性时刻,第一架机在中国商飞上海浦东总装基地正式开始结构总装工作。2015年11月2日,首架机正式下线,随后转入地面试验阶段。2017年5月5日,首架机在上海浦东机场圆满首飞,中国航空工业创造了新的历史。

大运输机:支撑战略空军建设

作为幅员辽阔的大国,中国很早就致力于研制大型运输机。早在1993年,有关方面就开展了大型运输机的前期论证工作。2004年全国两会期间,中国工程院院士、著名航空动力专家、现任中国航空工业第一集团公司科技委副主任刘大响提交了《关于尽快开展大型飞机研制的建议》的提案,大飞机随即成为广泛关注的社会话题。2006年初,“发展大飞机”作为国家决策被写进《国家中长期科技发展规划纲要》和《十一五规划发展纲要》。2007年6月,大型运输机项目即“运-20”正式立项,代号072工程。

2008年“5·12”汶川大地震造成了重大生命财产损失,在地震救援中再次暴露了空中运输能力不足的短板,痛定思痛之后,“运-20”大型运输机研制进程被加快。此后,关于“运-20”研制进展的消息并不多,只隐约散见于中国航空工业集团对外发布的新闻中。

2013年1月26日,一家网络媒体于当日中午突然转入“运-20”首飞文字直播报道。“13时38分,‘运-20’的发动机已经启动。13时50分,一架战斗机起飞,‘运-20’开始滑向跑道。14时整,‘运-20’在阎良基地首次升空。‘运-20’是中国研发的第一款大型军用运输机,最大起飞重量估计为220吨,载重量约为60吨。15时整, ‘运-20’成功降落,首飞圆满成功!现场在放鞭炮!”这一消息被很快证实,“运-20”成功首飞圆了中国人的大型运输机之梦。

然而,成功首飞只是一个新起点,“运-20”此后要经受大量严苛的试飞和性能验证的考验。2016年7月6日,“运-20”开始正式列装空军航空兵部队,标志着中国大飞机设计制造能力取得突破性进展,对推进中国经济和国防现代化建设,应对抢险救灾、人道主义救援等紧急情况,提高空军战略投送能力和中国军队履行使命任务能力,具有重要意义。

2017年7月30日,在朱日和举行的庆祝中国人民解放军建军90周年的沙场阅兵中,“运-20”首次飞越亮相。2019年10月1日,举行的庆祝新中国成立70周年阅兵中,3架“运-20”飞越天安门广场上空,气势如虹。

大水陆两栖飞机:应急救援大国重器

“一架会飞的巨型船、一架能游泳的飞机。”人们用这个形象的说法来描述中国近年来的另一项科技创新成果,这就是国产大型灭火、水上救援水陆两栖飞机“AG600”。

“AG600”在一定意义上被认为是中国上世纪70年代水上反潜轰炸机水轰-5的继承者,是在水轰-5的基础上研制并改进的综合救援飞机,既可以快速高效地扑灭森林火灾,也能及时有效地进行海难救护。此外,该型飞机还可根据用户的需要加装必要的设备和设施,满足海洋环境监测、资源探测、客货运输等多种类型任务的需要。其最大起飞重量可达53.5吨,最大航程4500公里。它是世界上最大的一款水陆两用飞机,可以在陆地和水面上起降。

2009年6月,大型水陆两栖飞机“AG600”的研制立项获得批复,研制工作随即全面展开。2012年10月,中国几大航空制造企业就“AG600”的研制,在合作方式、研制经费、研制进度等方面达成共识,签署了中机身、中央翼、外翼部件段研制框架协议。2016年7月,“AG600”总装下线。2017年12月,“AG600”在珠海亮相首飞。2018年10月20日,国产大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600在湖北荆门漳河机场成功实现水上首飞起降。

“AG600”是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备,对提升国产民机产品供给能力和水平,有效促进中国应急救援航空装备体系建设的跨越式发展,对建设“一带一路”、建设创新型国家和促进经济发展与转型升级,具有重大意义。(人民日报海外版)

 

欧洲大型强子对撞机拟于2021年重启

欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)目前处于长期停机状态,正在进行大规模升级,无数科学家迫切期待“王者”早日归来。据CERN官网近日报道,该机构管理层12日向理事会提交的新日程表显示,LHC将于2021年5月重启,并一直运行到2024年底。2025年将再开启新一轮升级,直到“高亮度LHC”于2027年“闪亮登场”。

LHC是迄今为止人类建造的最大的粒子对撞机,2012年发现了被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子,举世轰动。随后几年里,LHC不断推动粒子物理向前发展:超环面仪器实验(ATLAS)和紧凑缪子线圈实验(CMS)让科学家更深刻理解希格斯玻色子的性质;大型强子对撞机底夸克实验(LHCb)首次观测到五夸克态、双粲重子及粲夸克中的电荷宇称破坏现象;大型离子对撞机实验(ALICE)在核物质中揭示了以前从未观测到的现象。

但LHC的能量和雄心不止于此,为最大程度发挥其运行潜能,CERN决定对其进行升级。当地时间2018年12月3日,LHC二期运行结束,进入第二次长停机阶段,开启升级计划的安装调试。过去一年来,科学家与工程师紧锣密鼓地实施加速器综合设施和各大实验的升级,以迎接LHC三期运行,并为继任者“高亮度LHC”的到来做准备。所有机器和基础设施都将得到升级:整个粒子加速器链全面翻新;大量新设备正在安装;ALICE、ATLAS、CMS和LHCb四大实验的很多实验组件也将被替换。

据悉,此次升级后,LHC将“焕然一新”,质子束团对撞能量将从13TeV(太电子伏特)跃升至14TeV,对撞能力也将有所提升。

三期运行结束后,LHC将从2025年进入第三次长停机阶段。届时工程师将安装“高亮度LHC”所需设备,为其2027年年底的闪亮登场做准备。

继任者“高亮度LHC”将比LHC产生更多碰撞,预计在整个运行期间积累的数据量将超过LHC的10倍。因此,这一史无前例的大装置有望观测到极端稀有的物理现象并极大提高测量精度。为充分利用“高亮度LHC”提供的海量数据,LHC四大实验也都开展了雄心勃勃的探测器升级计划。(科技日报)

 

美能源部计划新建一台粒子对撞机

美国能源部9日宣布,选择在其下属的布鲁克黑文国家实验室建造一台“电子离子对撞机”(EIC),以深入研究使夸克结合在一起的强相互作用力。美能源部当天发布声明说,这台对撞机有望在未来十年建成,预计成本为16亿到26亿美元,资金将来自美国国会年度财政拨款。

位于纽约的布鲁克黑文国家实验室目前拥有一台“相对论重离子对撞机”(RHIC),这是周长3.8千米的环形设施,金和铜等原子核在其中对撞,产生超热等离子体以模拟宇宙大爆炸之后瞬间的状态。研究人员计划利用这台对撞机的部分设备,并添加一个电子加速器,组成新的“电子离子对撞机”。

美国能源部部长丹·布鲁耶特在声明中说,“电子离子对撞机”将让美国在核物理研究和粒子加速器技术领域保持领先,这些是美国在科学上整体领先地位的关键组成部分。

美能源部负责科学事务的副部长保罗·达巴说,为“电子离子对撞机”开发的技术还有助于在人类健康、国家竞争力和国家安全领域取得突破。

目前理论认为,原子核中的质子和中子由夸克组成,使夸克结合在一起的是强相互作用力。但科学界对这种基本作用力还缺乏了解,因此希望通过建造新对撞机来加强探索。

据介绍,确定建造地点不等于对撞机开建,该项目还需进行更详细的设计审批、成本预估和建造进度规划等工作。(新华网)

 

(选编:洪田)

 

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