八個可能改變未來的科學進步

在這一年裡，科學既成為我們應對全球大流行的救恩之舉，又是政治權威的目標，這也許是回顧過去幾年科學為我們所做的一切美好時機的好時機。 可以改變我們日常生活的方方面面或找到治癒人類疾病的方法，科學家們一直在努力推動我們走向更光明的未來。

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儘管大多數人都知道DNA是我們細胞內的遺傳物質，但人們對mRNA的作用了解得很少。 DNA包含指導我們的細胞製造我們所需蛋白質的說明。由於DNA非常重要，因此每個細胞中的一個DNA拷貝不會被破壞，為了防止任何損傷的發生，我們的細胞會複製許多DNA片段，以指導其蛋白質的製備。這些拷貝稱為mRNA拷貝。如果它們被損壞了，它們就被丟棄了。

考慮到這一點，科學家們找到了一種利用mRNA來生產新型疫苗的方法。病毒通過將人類DNA注射到細胞中並迫使我們的細胞機器使用這種DNA感染病毒來感染人類細胞。大多數疫苗包括將完整滅活的病毒或部分病毒注射進去。這教會了我們的身體如何製造抗病毒的抗體。

臨床試驗中的新疫苗消除了疫苗中對病毒的需求。取而代之的是，新型Moderna疫苗旨在通過向我們注射一小段mRNA來應對引起COVID-19的病毒，該mRNA可以告訴我們的細胞如何在病毒的外部發現刺突蛋白。

當我們的細胞產生這種蛋白質時，我們的免疫系統就會通過產生抗體來攻擊它，從而為我們提供與暴露於病毒時相同的保護作用。[1]這種方法大大簡化了疫苗開發過程，通常需要10多個步驟年份。從計劃階段到Moderna疫苗的首次臨床試驗，用了兩個多月的時間。如果一切順利，可能是結束冠狀病毒大流行的疫苗。

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2016年，匹茲堡大學，匹茲堡大學醫學中心（UPMC）和芝加哥大學的一個團隊給了一個男人一生難忘的禮物。 內森·科普蘭（Nathan Copeland）在2004年的一場車禍後癱瘓了，他的胸部完全失去了身體。 令人驚訝的是，他現在只用腦子就能感覺到並控制假肢。[2]

通過在谷輪大腦中植入可控制運動和觸覺的電極，可以實現這一巨大的科學飛躍。 當谷輪想著要移動他的手臂時，這些電極解釋了他腦細胞移動機器人手臂的活動。

當某物觸摸到機器人手時，傳感器發出電信號，刺激谷輪的大腦感覺到觸摸。美國國立衛生研究院總計向皮特，UPMC和芝加哥提供700萬美元，以繼續進行研究。

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自閉症長期以來一直是一種被誤解的疾病，因為其原因很難找到。這導致了理論的大量湧入，從科學方法論證認為這是一種遺傳病，再到Facebook團體和博客作者將其歸咎於疫苗接種。自閉症患者通常缺乏社交和語言交流能力，或表現出重複性行為。

症狀的程度差異很大，使其成為頻譜疾病。多倫多病童醫院的科學家通過分析自閉症兒童的DNA與父母的DNA進行了重要的發現。體內DNA區域稱為串聯重複序列。它們是重複多次的DNA序列的模式。這些多倫多科學家發現，自閉症兒童的串聯重複數通常是其父母的兩倍或三倍。

這些串聯重複序列越大，對基因功能的損害越大。在自閉症兒童中，在與腦功能有關的基因中發現了串聯重複序列。[3]通過識別這種奇怪現象，科學家現在可能具有診斷自閉症的新方法。

此外，這可以更清楚地了解導致自閉症的原因，這意味著可能會出現新的治療方法。一些科學家還認為，類似的串聯重複擴增可能是導致癲癇和精神分裂症等疾病的原因。

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在大腦中，神經元中的tau蛋白有助於將其軸突結合在一起。神經元是神經細胞，它們通過軸突發送信號。通過發送這些信號，我們可以體驗到觸摸之類的感覺。在患有阿爾茨海默氏病的人中，tau蛋白纏在神經軸突內部。這樣可以防止信號沿著軸突傳播，並導致大腦功能出現問題。

此外，另一種稱為β-澱粉樣蛋白的蛋白質的形成會在神經元之間形成團塊，也限制了神經元的功能.2019年，NeuroEM Therapeutics，Inc.測試了可穿戴的帽子，該帽子可通過大腦發送電磁波來分解這些蛋白質的堆積。

對八名患者的第一項臨床研究發現，七名患者經歷了一些認知功能的恢復。正在進行更廣泛的研究以證實這些結果。[4]獨立實驗室對小鼠進行了類似的實驗，發現接觸電磁波後認知功能得到改善。

儘管這種治療還處於初期階段，但它可能會給那些患有阿爾茨海默氏症的人帶來一線希望。到目前為止，針對阿爾茨海默氏病的藥物治療幾乎沒有進展，但有一定程度的減緩了其進展，因此尋找解決該問題的新方法總是令人興奮的。

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由於流感病毒株每年都會變化，因此我們每年都需要接種流感疫苗。 流感疫苗產生針對流感病毒蛋白質頭部的免疫反應。 （這種蛋白質稱為HA）。問題在於HA頭部經常變化，因為它可以快速突變。 結果，我們每年都需要注射新的流感疫苗，以抵抗新的HA頭。[5]

這個問題可能很快就會消除。 事實證明，持有頭部的HA蛋白的莖沒有改變。 NIAID疫苗研究中心的科學家研製出一種新疫苗，剛剛進入臨床測試，它針對的是該莖而不是頭部。

如果成功的話，單一疫苗將使我們對大多數流感菌株免疫更長的時間。 我們可能需要一段時間才能知道這種疫苗的有效性。 但這是朝著普及一次性流感疫苗邁出的一大步。

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從日本溫泉中分離出的一種新病毒被稱為「水母病毒」。這個名字來自神話中的怪物美杜莎（Medusa），當他們看著她的眼睛時，她會把受害者變成石頭。美杜莎病毒以類似的方式通過劫持其細胞機制將其變形蟲宿主變成石頭。

幸運的是，這種病毒無法感染人類。但是它確實有一組相當有趣的蛋白質，稱為組蛋白。它們用於將DNA包裝在細胞核中。然而，病毒沒有核，而美杜莎病毒也不例外，科學家認為這可能為真核生物的發展提供了見識。

真核生物是具有核的細胞，就像組成我們身體的細胞一樣。當病毒感染宿主細胞時，它們往往會在倖存的宿主細胞的DNA上留下痕跡。該病毒有時還會從宿主那裡拾取DNA序列。

基本上，宿主和病毒會一起進化。因此，弄清楚美杜莎病毒是如何獲得這些組蛋白的，可以讓我們深入了解早期細胞如何進化成為如今的複雜現代細胞。

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多年來，科學家和工程師一直想知道為什麼在海底上會聚集成塊的氧化錳，以及為什麼這種化合物似乎會在水管中堆積。加州理工學院的科學家Jared Leadbeater在出差時離開裝有碳酸錳的玻璃器皿浸泡在水槽中時終於回答了其中一些問題。

當他返回時，通常的奶油色碳酸錳變成了黑色的氧化錳。在使用消毒罐和未消毒罐進行的實驗中複製了這種情況後，Leadbeater發現只有未消毒罐會變黑。這意味著某種微生物引起了反應.Leadbeater和他的團隊經過進一步測試後，將列表縮小為兩種微生物。

他們發現這些細菌細胞可以吞噬錳中的電子以產生自己的能量。這使得氧化錳落後了。這是科學家們首次發現可以將錳用作能源的微生物。這一發現可能有助於我們了解錳（一種非常常見的元素）如何幫助塑造地球的演化。

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儘管我們正處於一種新的冠狀病毒大流行之中，但不久前，人們就把大流行的擔憂集中在伊波拉上。這種病毒性疾病始於發燒和震動。然後它會發展為失控的出血和器官衰竭。這種經常致命的疾病已經研究了多年。

在2019年，一項臨床試驗確定了一種新藥療法，該療法將死亡率從未經治療的75％降低到採用新療法的29％。如果儘早治療伊波拉病毒，死亡率會下降到6％。Regeneron的這種新藥包含多種抗體混合物，這些抗體是由我們的免疫細胞製造的，可以清除人體感染。

這些抗體專門攻擊伊波拉病毒，在實驗室中很難製造抗體，因為它們需要在人體中發揮作用而不受免疫系統的攻擊。此外，伊波拉病毒可以改變形狀。這就是為什麼必須在治療中使用不同抗體的混合物的原因。這種新療法目前正在測試中，可能很快會成為救生工具。

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