北大3項成果入選2017中國科學十大進展

編者按：2018年2月27日，2017年中國科學十大進展遴選結果發布，北京大學共有3個項目入選，分別是：藥學院周德敏教授和張禮和院士研究組的「將病毒直接轉化為活疫苗及治療性藥物」，化學與分子工程學院馬丁研究員團隊與中科院山西煤化所和大連理工大學合作完成的「實現氫氣的低溫製備和存儲」，分子醫學研究所和信息科學技術學院等單位聯合組成的程和平院士研究組的「研製出可實現自由狀態腦成像的微型顯微成像系統」。另外，城市與環境學院周力平教授參與了「中國發現新型古人類化石」的研究工作。以上入選項目均出自北京大學國家或教育部重點研究基地。

入選「2017年中國科學十大進展」科學家合影（攝影：郭維） 

將病毒直接轉化為活疫苗及治療性藥物

流感、愛滋病和伊波拉出血熱等烈性傳染病時刻危害著人類的健康和社會穩定，其幕後「黑手」是結構和功能多樣且快速變異的病毒，而疫苗是預防病毒感染的有效手段。

北京大學藥學院周德敏研究團隊以流感病毒為模型，在保留病毒完整結構和感染力的情況下，僅突變病毒基因的一個三聯遺傳密碼為終止密碼，流感病毒就由致病性傳染源變為預防性疫苗；再突變多個三聯碼為終止密碼，使病毒變為治療性藥物。

此類疫苗的特點是保留了野生型病毒的全部抗原、感染活力和相同的感染途徑，可以誘發人體產生強而廣的體液免疫、鼻腔黏膜免疫以及T-細胞活化免疫應答，但感染人體後複製能力缺失。這種複製缺陷的活病毒疫苗在老鼠、雪貂和天竺鼠模型中得到驗證，達到廣譜、持久和高效的效果。

該方法顛覆了傳統滅活/減毒疫苗的理念：前者需改變病毒抗原結構去除其毒性，只能部分激發人體免疫力，所以需要多次接種；後者需要複雜的工藝處理方能保留病毒的完整結構，但仍具有弱的複製能力和潛在的致病性，安全隱患大。

該方法將是研發活病毒疫苗的一種通用方法，並可針對幾乎所有病毒。

該研究得到中國科技部、國家自然科學基金委、中國教育部及北京大學的長期支持，也是我國長期支持基礎研究並鼓勵基礎研究進行臨床轉化的典型範例。Science評述該進展為病毒疫苗領域的革命性突破，Nature稱其為「馴服病毒的新方法」。相關研究進展發表在2016年12月2日Science上。

項目主要完成人合影，上圖左起徐歡、司龍龍、周德敏、張禮和。司龍龍和徐歡是北大藥學院博士研究生，為論文共同第一作者。

實現氫氣的低溫製備和存儲

氫能被譽為下一代二次清潔能源，但氫氣的高效製備以及安全存儲和運輸一直以來是阻礙氫能源大規模應用的瓶頸。

由於甲醇可以安全運輸，將氫氣存儲於液體甲醇中，通過水和甲醇低溫液相重整反應原位產氫成為氫能利用的可行途徑。這種過程裝置簡單、耗能低、容易和車載或固定聚合物電解質膜燃料電池整合，而釋放佔重比達18.8％的氫氣。

北京大學化學與分子工程學院馬丁研究組與中國科學院山西煤化研究所溫曉東以及大連理工大學石川等合作研究表明，將鉑原子級分散在面心立方結構的碳化鉬（α-MoC）上製備的催化劑可用於甲醇的液相重整，在較低溫度下（150-190攝氏度）能夠表現出很高的產氫活性，可達每摩爾鉑每小時產氫18,046 摩爾，其關鍵在於α-MoC突出的解離水的能力以及鉑和α-MoC協同活化並重整甲醇的能力。

相關研究論文發表在2017年4月6日Science上。同時，該團隊在在水煤氣變換產氫過程（CO+H₂O=CO₂+H₂）中也突破了低溫條件下高反應轉化率與高反應速率不能兼得的難題，並於2017年6月在Nature發表。

馬丁研究組合影（右一為馬丁）

馬丁研究組集中圍繞能源相關的催化過程，研究工作針對我國社會能源和資源利用過程中的氫氣製備輸運，以及高值碳基化學品合成等，聚焦這些過程中的C-H鍵、O-H鍵、C-O鍵等化學鍵的活化和重組等具有挑戰性的科學前沿問題，通過對催化劑和催化反應過程的創新，結合原位表徵手段來解決能源轉化過程中的重要科學問題。

研製出可實現自由狀態腦成像的微型顯微成像系統

北京大學集合分子醫學研究所、信息科學技術學院等單位的多學科交叉研發團隊，在程和平院士的帶領下，在自然科學基金委國家重大科研儀器研製項目的支持下，運用微集成、微光學、超快光纖雷射和半導體光電學等技術，在高時空分辨在體成像系統研製方面取得突破性技術革新，成功研製出2.2克微型化佩戴式雙光子螢光顯微鏡，在國際上首次記錄懸尾、跳臺、社交等自然行為條件下，小鼠大腦神經元和神經突觸活動的高速高分辨圖像。

FIRM-TPM以及實驗動物的實物圖

此項突破性技術將開拓新的研究範式，在動物自然行為條件下，實現長時程觀察神經突觸、神經元、神經網絡、多腦區等多尺度、多層次動態信息處理，這樣，不僅可以「看得見」大腦學習、記憶、決策、思維的過程，還將為可視化研究自閉症、阿爾茨海默病、癲癇等腦疾病的神經機制發揮重要作用。

該研究成果於2017年7月發表於Nature Methods（IF 25.3），並申請了6項國家發明專利和1項國際專利。

三種模式在神經元樹突和樹突脊成像中的成像質量對比

冷泉港亞洲腦科學專題會議主席、美國著名神經科學家加州大學洛杉磯分校的Alcino J Silva教授在Light：Science&Application發文評述中寫道：「從任何一個標準來看，這款顯微鏡都代表了一項重大技術發明，必將改變我們在自由活動動物中觀察細胞和亞細胞結構的方式。它所開啟的大門甚至超越了神經元和樹突成像。系統神經生物學正在進入一個新的時代，即通過對細胞群體中可辨識的細胞和亞細胞結構的複雜生物學事件進行成像觀測，從而更加深刻地理解進化所造就的大腦環路實現複雜行為的核心工程學原理。毫無疑問，這項非凡的發明讓我們向著這一目標邁進了一步。」

2017年10月，2014年諾貝爾生物學或醫學獎獲得者Edvard.I. Moser博士專程訪問北大微型化雙光子顯微鏡跨學科聯合實驗室，他對微型化雙光子顯微鏡給予了很高讚譽，稱其將為神經科學研究，特別是他研究的大腦空間定位神經系統提供一個「革命性」的新工具。

2017年8月，國家自然科學基金委員會專門印發簡報分送中共中央辦公廳、國務院辦公廳、全國人大、全國政協辦公廳向國家領導匯報該項重大科研成果，稱該項目將為實現「分析腦、理解腦、模仿腦」的戰略目標發揮不可或缺的重要作用。

該項成果作為國家近年來重大儀器專項的產出代表成果之一，現已入選「2017年中國生命科學十大進展」和「2017年中國十大醫學科技新聞」。

2015年8月24日，團隊成員在微型雙光子顯微鏡第一次實驗成功時拍照留念。

超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統項目組成員來自分子醫學研究所、信息科學學院、工學院、生命科學學院以及中國人民解放軍軍事醫學科學院等單位。

在程和平院士把握總研發方向和整體方案的前提下，團隊中陳良怡教授聚焦於組織團隊學習國內外頂尖團隊，主導設計微型顯微鏡不同光學和機械設計方案，王愛民教授負責微型化特定光纖和雙光子雷射器，張雲峰老師指導系統控制和圖像採集，周專教授指導在神經科學應用。

真正把大家的想法落到實處則離不開宗偉健、吳潤龍和李明立等博士研究生同學。他們不斷嘗試，最終將成像探頭從計劃書的15克重降到2.2克重。

中國發現新型古人類化石

2007年12月，周力平教授與年小美討論取樣方案。

北京大學城市與環境學院周力平教授參與了2017中國科學十大進展入選項目「中國發現新型古人類化石」的研究工作。

周力平和博士研究生年小美從2007年開始與中國科學院古脊椎動物和古人類研究所的研究人員合作，對在河南許昌靈井遺址發現的古人類化石及其所在地層進行多學科研究，取得了重要進展，許昌人化石揭示了目前未知的一種古老型人類。

這項研究填補了古老型人類向早期現代人過渡階段中國古人類演化上的空白，表明晚更新世早期中國境內可能並存有多種古人類成員。這一研究於2017年3月3日在Science刊出，受到國內外同行的高度關注，近日被中國古生物學會評為2017年度中國古生物學十大進展之一。

 

延伸閱讀：走近「中國科學十大進展」

「中國科學十大進展」由科技部基礎研究管理中心牽頭，聯合《中國基礎科學》《科技導報》《中國科學院院刊》《中國科學基金》和《科學通報》等5家編輯部共同組織，至今已成功舉辦13屆。

中國科學十大進展涵蓋自然科學所有領域的重要進展，分為推薦、初選和終選3個環節。研究進展由上述5家編輯部推薦，由兩院院士、973計劃顧問組和諮詢組專家、973計劃項目首席科學家、國家重點實驗室主任等專家學者經過初選和終選兩輪投票選出。

該項活動旨在加強對我國重大基礎研究進展的宣傳，激勵廣大科技工作者的科學熱情和奉獻精神，促進公眾更加理解、關心和支持科學，在全社會營造良好的科學氛圍。該項活動已成為我國基礎研究傳播工作的一個品牌，在科技界產生了良好反響。

編輯：山石