關毅 (本刊特約記者)

科學時評

讓人沸騰的七顆星

關毅 (本刊特約記者)

在距地球約40光年的寶瓶星座，圍繞一顆紅色超冷矮星TRAPPIST-1，運行有7顆與地球大小、溫度相似的行星。它們運轉軌道與母星接近，接收到的光照與太陽系金星、火星或地球相似。這些巖態(tài)行星均可能有液態(tài)水存在，其中已有3顆行星被確定位于宜居帶，是潛在的生命家園。這簡直如同太陽系的翻版。7顆行星相距不遠，如果站在其中一顆行星的表面，就可以欣賞其他行星的升起和落下。按照美國航天局的說法，這一最新發(fā)現(xiàn)是人類尋找宜居環(huán)境、生命家園這一“拼圖中的重要一塊”。整個天文學界為之沸騰。全球網(wǎng)友也瞬間“嗨”了起來，有人甚至號召捐助制造飛船。廣漠宇宙，我們是否孤單存在？——回答這一問題是科學的第一要務。今天的人類無從知曉，那個尚未被命名的星系是否也有游魚飛鳥、快樂的山歌和多情的姑娘。不過有件事可以肯定，數(shù)十億年后，當太陽年邁，TRAPPIST-1仍將是名“少年”。也就是說，它的未來存在無限可能。

科學家繪制西紅柿風味改良路線圖

櫻桃大小的西紅柿，登上2017年1月27日出版的美國《科學》雜志封面。以中國農業(yè)科學院科學家為首的研究團隊在這篇封面文章中描繪了西紅柿風味改良路線圖。

西紅柿，又稱番茄，是常見的蔬菜作物。近年來，消費者常常抱怨“現(xiàn)在的西紅柿越來越沒有以前的味兒了”。為解決這個問題，中國農業(yè)科學院研究員黃三文和美國佛羅里達大學教授哈里?克萊組成的研究團隊協(xié)同攻關，發(fā)現(xiàn)了西紅柿風味的物質組成和遺傳位點，為培育更美味的西紅柿奠定基礎。

研究人員成立了一個170人的“品嘗小組”，對100多種西紅柿進行多次嚴格品嘗實驗。通過復雜的統(tǒng)計模型分析，研究人員最終確定了直接影響西紅柿風味的33種重要物質，包括葡萄糖、果糖、檸檬酸、蘋果酸以及29種揮發(fā)性物質。

在此基礎上，他們分析來自世界各地的400多份西紅柿的風味物質含量，并進行基因組測序和生物信息學分析，獲得了控制風味的250多個基因位點，從而首次闡明了西紅柿風味的遺傳基礎。其中，有兩個基因位點控制含糖量，5個基因位點控制酸度。

研究人員進一步分析發(fā)現(xiàn)之所以“西紅柿沒有以前的味道了”，是由于現(xiàn)代育種過程過于注重產量、外觀等品質，導致控制風味的部分基因位點丟失，造成13種風味物質含量在現(xiàn)代西紅柿品種中顯著降低，使得西紅柿口感變差。例如，人們在育種過程中選擇個頭更大的西紅柿，但代價是含糖量下降。

(圖片來源：Carlos Larios)

“我們的研究最重要的價值是，從化學物質和遺傳方面，為今后西紅柿風味育種提供了一個切實可操作的路線圖，”黃三文說。

研究人員發(fā)現(xiàn)，檸檬酸和蘋果酸是西紅柿中的主要酸類物質，檸檬酸能提高西紅柿風味，但蘋果酸降低風味，研究人員找到了能夠降低蘋果酸而提高檸檬酸含量的技術路線。他們還發(fā)現(xiàn)香葉醛等能增強果實甜感，進而找到了控制這些風味物質含量的遺傳位點，從而用來培育含糖量不增加但是甜感更強的新品種。

黃三文說，他們跟相關單位合作，已經培育出含糖量提高的西紅柿新品種。下一步是進一步提高有益揮發(fā)性物質的含量，培育出更美味的西紅柿品種，力爭恢復西紅柿原來的濃郁風味。

雙胞胎宇航員研究揭示空間旅行壓力

分析表明近一年在軌使基因表達發(fā)生變化

來自美國宇航局(NASA)史無前例的雙胞胎研究的初步結果，詳細分析了宇航員Scott Kelly(曾在太空中連續(xù)停留近一年時間)及其同卵雙生兄弟Mark Kelly之間的遺傳學差異。在Scott進入太空之前、期間和之后進行的測量揭示了其基因表達、脫氧核糖核酸(DNA)甲基化和其他生物學標記發(fā)生的變化，而這很有可能歸因于他在軌道上度過的時光。

紐約市維爾康奈爾醫(yī)學院遺傳學家Christopher Mason指出，從雙胞胎的染色體長度到他們腸道中的微生物，“幾乎每個人都報告說看到了差異?！盡ason和其他項目科學家在2017年1月26日于得克薩斯州加爾維斯頓召開的NASA人類研究計劃的一次會議上報告了初步研究結果。Mason說：“這些數(shù)據(jù)是如此新鮮，以至于它們中的一部分來自于測序機器之外?！?/p>

NASA宇航員Scott Kelly(左)與Mark Kelly(右) (圖片來源：Pat Sullivan/AP Photo)

Scott于2016年3月結束了在國際空間站為期約一年的任務并返回地球，他這次任務中的一項重要內容就是參與這項雙胞胎研究。科研人員在Scott執(zhí)行這次任務之前、期間和之后，采集了他的血液等生物樣本，然后與從Mark身上采集的樣本進行對比，分析太空飛行對人類遺傳物質和腸道微生物等多方面的影響。

NASA近日公布的初步研究結果中已有不少發(fā)現(xiàn)，如在太空執(zhí)行任務期間，Scott的染色體端粒與Mark相比變得更長，這與此前科研人員的預計恰恰相反。但是在Scott返回地面后，端粒長度很快恢復到太空飛行前水平。端粒是染色體末端的結構，被認為與人類壽命有關。為進一步了解太空飛行對人類染色體端粒的影響，科研人員已對另外一些宇航員展開相關研究。

另外，Scott與Mark之間在基因表達方面也出現(xiàn)明顯差異。雖然同卵雙胞胎有同樣的基因組，但由于環(huán)境差異等原因，各種基因的表達程度會不同，從而導致生理差異。在地球上，飲食和睡眠等方面的環(huán)境不同會導致同卵雙胞胎之間出現(xiàn)這種差異，但Scott與Mark之間表現(xiàn)出了比通常情況更為明顯的差異。研究人員認為這或許與Scott在太空中長期食用冷凍干燥食品以及在太空漂浮狀態(tài)睡眠有關。

NASA稱，對這項雙胞胎研究所獲數(shù)據(jù)的分析還需相當長時間，由于相關數(shù)據(jù)涉及個人隱私等問題，最終可能不會公布完整數(shù)據(jù)。

Scott與Mark出生于1964年2月21日，都曾是宇航員，現(xiàn)在都已退役。Scott的太空經歷更豐富，在太空執(zhí)行任務時間共計520天，是在太空停留時間最長的美國宇航員。Mark則在2001年至2011年間執(zhí)行過4次共計54天的太空飛行任務。由于這對兄弟有相同基因組以及相似生活經歷，NASA專門設計了這項雙胞胎研究，相關結果有助于人類深入探索太空。

個性化醫(yī)療有望為NASA在長時間宇宙航行中如何保持宇航員身體健康提供幫助，其中包括未來的火星探測之旅。例如，美國國家科學、工程和醫(yī)學院在1月6日表示，NASA打算利用基因測試篩查宇航員候選者的癌癥易感性。

無論如何，這項研究可謂是迄今為止進行的最為細致的分子分析工作，并涉及了一些最嚴苛的環(huán)境。項目組成員之一、馬里蘭州巴爾的摩市約翰斯霍普金斯大學醫(yī)學院遺傳學家Andrew Feinberg表示：“這項研究最重要的是表明了我們有能力完成這樣的工作?！彼f：“我不認為人們會以為在太空中對宇航員進行基因組學研究是非常容易的?！?/p>

科學家繪制量子計算機藍圖

有足球場大小 可破解現(xiàn)有難題

物理學家已經草擬了一個使用現(xiàn)有技術的量子計算機藍圖，從而足以破解目前無法解決的重要問題，例如對巨大數(shù)字進行因式分解。它的設計者表示，這樣的機器占地可能超過一個足球場，耗資至少1億英鎊(約合8.6億元人民幣)。

英國布萊頓市蘇塞克斯大學日前發(fā)布消息說，該?？茖W家領銜的一個國際團隊設計了一份有關如何建造大型量子計算機的技術藍圖，各國科學家可在這一技術架構下合作開發(fā)性能強大的通用量子計算機。

研究人員在2017年2月1日出版的《科學進展》雜志上公布了這一藍圖。主持這項研究的蘇塞克斯大學量子物理學家Winfried Hensinger表示：“是的，它會很大，也會很貴——但現(xiàn)在絕對能夠建造它。”

一臺能夠捕獲離子的量子計算機原型(圖片來源：蘇塞克斯大學)

澳大利亞悉尼市新南威爾士大學量子物理學家Andrea Morello指出，這個想法并不是建立實用量子計算機的第一個建議，它將涉及嚴峻的工程挑戰(zhàn)。但它的雄心和方法卻是顯而易見的，他說?！拔艺J為這是一篇具有里程碑意義的論文，并且在未來許多年，它將在學術界產生非常大的影響力。”

美國學院公園馬里蘭大學物理學家Christopher Monroe對此表示贊同。“盡管這個建議非常具有挑戰(zhàn)性，但我希望在量子學術界有更多的人對此表示認同?！?/p>

量子計算機建立在量子技術的基礎上，其性能遠遠超出傳統(tǒng)計算機。原因之一是，傳統(tǒng)計算機中的每個比特位只有0和1兩種狀態(tài)，而一個量子比特位可以有多個狀態(tài)。量子計算機如果開發(fā)成功，將在密碼破譯等方面發(fā)揮巨大作用。

最新的這份量子計算機技術藍圖由蘇塞克斯大學、美國谷歌公司、日本理化學研究所、丹麥奧胡斯大學和德國錫根大學的科學家共同完成，詳細描繪了建造一個大型量子計算機的技術架構。

據(jù)蘇塞克斯大學介紹，這份藍圖依賴一項新發(fā)明的技術，與過去的量子計算機設計中使用光纖來連接各個計算模塊不同，新技術用電場和在其中移動的離子作為連接手段，能夠讓量子比特在各個計算模塊間更快速地傳輸，從而幫助搭建大型量子計算機，實現(xiàn)遠超傳統(tǒng)計算機的計算處理能力。

Hensinger說：“建造大型量子計算機無疑是一個非常大的挑戰(zhàn)，但現(xiàn)在是時候基于英國在這方面的突破性技術，推進學術成果轉化成實際應用?！?/p>

研究團隊將這份技術藍圖介紹給科學界同行以及科技行業(yè)后，接下來計劃在蘇塞克斯大學，按照藍圖中的技術架構建造一個量子計算機的原型設備。

近來全球許多國家和機構都在爭相研發(fā)量子計算機，如美國宇航局、谷歌公司等機構合作開發(fā)的D-Wave量子模擬機對某些問題的求解速度已超過傳統(tǒng)計算機1億倍。但學術界還是有許多人認為這不是真正的通用量子計算機。

巨大的技術挑戰(zhàn)仍然將阻礙任何渴望建造量子計算機的研究團隊，例如如何制造所需的強磁場梯度以及工程師如何精確操控所需的量子比特。但Hensinger和他的同事正在根據(jù)自己的設計建造一個原型，從而證明他們的計劃真的能夠運行。

Morello表示：“建造這種量子計算機將是一個非凡的工程挑戰(zhàn)，但這是值得追求的事情?！?/p>

科學家發(fā)現(xiàn)7顆類地行星

有助研究行星形成及尋找

外星生命

在太陽系之外，有7顆地球般大小的行星沐浴在母星清涼的紅光中。盡管距離地球只有12秒差距(約為39光年)，然而這一系外行星家園卻一直被地球上的行星獵人們所忽視。

如今，美國宇航局(NASA)在2017年2月22日說，一個國際天文學家小組在距離地球約39光年外發(fā)現(xiàn)圍繞單一恒星運行的7顆系外行星。天文學家認為，這一酷似太陽系的行星系，堪稱迄今尋找外星生命的最佳地點。天文學家之前已經發(fā)現(xiàn)了其他的系外7行星系統(tǒng)，但這是第一次有如此之多與地球大小相仿的系外行星被發(fā)現(xiàn)。它們都與母星處于正確的距離中，換句話說，這些行星的表面都可能有液態(tài)水存在。

“這個7行星系統(tǒng)真的讓人難以置信。”馬里蘭州綠帶市NASA戈達德空間飛行中心天體物理學家易麗薩·昆塔納說，“你可以想象附近有多少恒星可能蘊含著無數(shù)的行星?！?/p>

“這一發(fā)現(xiàn)提示我們，尋找第二個地球不是‘能否’的問題，而是‘何時’的問題?！盢ASA副局長托馬斯?楚比興在當天召開的新聞發(fā)布會上說。

借助NASA“斯皮策”紅外探測太空望遠鏡，并通過地面觀測等方式，一個國際天文研究小組在寶瓶星座中發(fā)現(xiàn)了7顆圍繞超冷矮星TRAPPIST-1運轉的行星，其中3顆已確定位于宜居帶，很可能含有液態(tài)水。

NASA表示，這是迄今在太陽系外發(fā)現(xiàn)的環(huán)繞單一恒星運轉、宜居帶行星數(shù)量最多的一個系統(tǒng)。天文學家指出，這一系統(tǒng)可能是尋找外星生命的最佳選擇。

藝術家筆下的7顆系外行星(圖片來源：NASA/JPL-Caltech)

“我們發(fā)現(xiàn)圍繞一顆低溫小恒星運轉著的7顆巖態(tài)行星，它們與地球大小相似，均可能包含液態(tài)水——這些都是我們已知的生命存在要素。”NASA隨后在社交網(wǎng)站推特上發(fā)帖說。

由美國、比利時、英國等國科學家聯(lián)合展開的這一研究發(fā)表在英國《自然》雜志上。研究報告作者之一、麻省理工學院(MIT)教授薩拉?西格在新聞發(fā)布會上說：“通過這一發(fā)現(xiàn)，我們在尋找宜居世界和外星生命的目標上有了一個巨大加速的飛躍?！?/p>

2016年，比利時和英國等國的研究人員利用位于智利的大型天文望遠鏡觀測發(fā)現(xiàn)，超冷矮星TRAPPIST-1每隔一定時間會變暗，說明有物體在它面向地球一側經過。通過計算和分析，研究人員首先找到3顆行星。

隨后，借助“斯皮策”望遠鏡等設備，天文學家將發(fā)現(xiàn)的行星數(shù)量增加到7顆。此后，科研人員測算出了行星的大小、質量等?；谛行敲芏龋煳膶W家認為這些行星為巖態(tài)。

TRAPPIST-1在恒星中被分類為超冷矮星，是近年來在天文學領域的“明星”，更是太陽系外搜尋外星生命的熱點地區(qū)。與太陽相比，這顆矮星由于溫度較低，因此圍繞其近距離運轉的行星可能存有液態(tài)水。

恒星的表面溫度很高，如太陽的表面溫度為5 770 K(約5 497 ℃)。超冷矮星則是一種表面溫度低于2 700 K(約2 427 ℃)的天體，常見的褐矮星就是超冷矮星的一種。這些天體的質量小，自身引力不足以引發(fā)核心處的氫元素發(fā)生核聚變。盡管超冷矮星永遠無法走上像太陽一樣正常恒星的演化之路，但超冷矮星也不是行星，仍可以發(fā)出光和熱，使得其周圍的一小塊區(qū)域溫度適宜。天文學家預測，超冷矮星可能擁有比普通恒星更多的類地行星。

此次研究中的TRAPPIST-1，質量只有太陽的8%，半徑為太陽的12%。天文學家最早發(fā)現(xiàn)的3顆圍繞其運轉的行星，距主星的距離都約為日地距離的十分之一，但都具有幾乎和地球相同的質量。

報告主要作者、比利時列日大學的米夏埃爾?吉隆曾指出，在茫茫宇宙中尋找其他生命，環(huán)繞這類矮星的行星是一個比較現(xiàn)實的起點。他說：“這些小恒星之前被完全忽視了?！?/p>

博爾德市科羅拉多大學天文學家貝爾塔?湯普森表示：“這一系統(tǒng)將成為研究小行星進化的一個最好的實驗室?！?/p>

項目組成員之一、MIT數(shù)據(jù)科學家朱利安?威特強調：“這是一個有7種語言的羅塞塔石碑——7顆不同的行星將為我們提供有關行星形成的完全不同的視角?！?/p>

戈達德空間中心系外行星科學家漢娜?威克福德表示：“與我們在所有科幻小說中看到的外星世界不同，這些行星將更加特殊。”

一屋子DNA裝下全世界DNA數(shù)據(jù)存儲新法問世

人類正面臨著一個數(shù)據(jù)存儲的問題——全世界在過去兩年中產生的數(shù)據(jù)比之前的數(shù)據(jù)總和還要多，并且這種信息迸發(fā)的趨勢很快就將超過硬盤能夠承載的能力。如今，研究人員報告說，他們想出了一種新的方式將數(shù)據(jù)編碼進脫氧核糖核酸(DNA)，從而創(chuàng)造出迄今最高密度大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲方案。

研究人員創(chuàng)建了一種在DNA中存儲數(shù)據(jù)的新方法(圖片來源：Novi Elisa/shutterstock)

在這套系統(tǒng)中，1 g DNA具有存儲215拍字節(jié)(2.15億千兆字節(jié))的能力。原則上，它可以將人類有史以來的所有數(shù)據(jù)存儲在一個大小和重量相當于兩輛小貨車的容器中。然而這項技術能否起飛主要取決于成本。

用DNA存儲數(shù)據(jù)有很多優(yōu)勢。它是超級壓縮的，并且在寒冷干燥的地方可以保存數(shù)十萬年。同時只要人類社會還在讀取和書寫DNA，他們就能夠解碼這些信息。

美國哥倫比亞大學計算機學家Yaniv Erlich表示：“DNA不會像卡式錄音帶和CD那樣隨著時間而降解，并且它也不會過時?！贝送獠煌谄渌呙芏鹊姆椒ǎ缭谝粋€表面上操縱單個原子，新技術可以一次書寫和讀取大量DNA，從而使其按比例擴增。

科學家從2012年便開始將數(shù)據(jù)存儲于DNA中。當時，哈佛大學遺傳學家George Church、Sri Kosuri和同事，利用由4個字母A、G、T和C組成的DNA鏈編碼0和1的數(shù)字化文件，從而將一本具有52 000個單詞的書籍編碼到數(shù)千個DNA片段中。

然而當時特殊的編碼方案效率相對低下——每克DNA僅能夠存儲1.28拍字節(jié)的數(shù)據(jù)。其他方法或許做得更好。但是，沒有人能夠存儲超過研究人員認為DNA理論上可以實際處理的一半數(shù)量的信息——大約每個DNA核苷酸編碼1.8比特數(shù)據(jù)。

Erlich認為他能夠接近這一極限。因此他與紐約基因組中心科學家Dina Zielinski分析了用于編碼和解碼數(shù)據(jù)的算法。他們從6個文件入手，包括一個完整的計算機操作系統(tǒng)、一種計算機病毒、1895年拍攝的一部叫做《拉西約塔來了一輛火車》的法國電影和由信息理論家Claude Shannon在1948年進行的一項研究。

研究人員首先將文件轉換為0和1的二進制字符串，并將其壓縮成一個主文件，然后將數(shù)據(jù)分割成二進制代碼的短字符串。他們設計了一種被稱為DNA噴泉的算法，能夠將字符串隨機打包為所謂的水滴，之后他們又增加了額外的標簽以便以后能夠按照正確的順序重新組裝這些字符串?？偟膩碚f，研究人員生成了由72 000個DNA鏈組成的數(shù)字列表，每個DNA鏈的長度為200個堿基。

研究人員把這些文本文件交給了Twist Bioscience，這是一家位于加利福尼亞州舊金山的初創(chuàng)企業(yè)，后者對這些DNA鏈進行了合成。兩個星期后，Erlich和Zielinski收到了一封郵件，里面有一個小瓶子，而瓶中便是編碼了他們的文件的一點點DNA。為了解碼這些DNA，兩人使用了現(xiàn)代DNA測序技術。這些序列被輸入計算機，在這里遺傳編碼被重新轉換為二進制代碼，并使用標簽重組為6個原始文件。

研究人員在3月2日出版的《科學》雜志上報告說，這種方法工作得很好，新文件不包含任何錯誤。他們還可以通過聚合酶鏈反應(一種標準DNA復制技術)為這些文件制作幾乎不受數(shù)量限制的無差錯文件副本。Erlich說，此外，他們能夠在每個核苷酸編碼1.6比特的數(shù)據(jù)，這比之前其他的任何方法多了60%，并且是理論極限值的85%。

“我愛這項工作?！蹦壳肮┞氂诩永Ｄ醽喆髮W洛杉磯分校的生化學家Kosuri說，“我認為這從本質上是一項決定性研究，表明你可以用這個規(guī)模在DNA中存儲數(shù)據(jù)?！?/p>

新型口腔免疫接種技術無需打針注射

美國研究人員3月8日在《科學轉化醫(yī)學》雜志報告說，他們研制出一種口腔疫苗推送技術，可將疫苗噴射到動物口腔中的免疫細胞里，未來有望讓人免受注射之苦。

(圖片來源：Kiana Aran)

新型口腔疫苗推送裝置名為“黏膜噴射”，由加利福尼亞大學伯克利分校研究人員研發(fā)?！梆つ娚洹笔且粋€外形與普通膠囊藥相似的3D打印可降解塑料裝置，內部存有疫苗溶液。使用者把“黏膜噴射”抵住臉頰內側，可直接將疫苗噴射到頰區(qū)。該技術無需針頭注射器，便于攜帶，操作簡便，有望將來使人們自行進行無痛免疫接種。

研究人員說，頰區(qū)有豐富的免疫細胞，但在免疫學上沒有得到充分利用，其原因在于現(xiàn)有技術難以讓疫苗有效滲透較厚的口腔黏膜層。

研究人員通過動物實驗證明，“黏膜噴射”裝置釋放的高壓液體狀疫苗可以滲透口腔黏膜層，刺激頰區(qū)產生免疫反應。用“黏膜噴射”向兔子口腔推送能刺激免疫的卵清蛋白，兔子的血清和口腔組織都出現(xiàn)了抗體，而且血液中的主要抗體多于用點滴器的方法向兔子口腔推送卵清蛋白。

“黏膜噴射”裝置包含內外兩個隔室。外隔室儲水；內隔室則分為相鄰兩部分，一部分裝疫苗溶液，另一部分裝化學推進劑檸檬酸和小蘇打，中間由具有滲透性的塑料薄膜和一個可移動活塞隔開。當使用者按動“黏膜噴射”，薄膜溶解，水遇化學推進劑產生二氧化碳氣體，氣體壓力推動活塞使液體疫苗從噴嘴中噴射出來。

研究人員說，由于壓力非常集中，噴射流的直徑非常小，因此疫苗可滲入黏膜層。噴射流壓力與牙醫(yī)所使用的水牙線相當，不會造成太多不適感。

研究人員準備下一步在較大型動物身上測試用“黏膜噴射”推送真正的疫苗產品。他們希望“黏膜噴射”能在5年至10年內投放市場。

許多傳染病從口腔進入人體，口腔疫苗推送可在口腔頰區(qū)激發(fā)免疫力。研究人員說，“黏膜噴射”技術有望加快無創(chuàng)口腔免疫接種的發(fā)展。另外，這種技術可使人自我施行免疫接種，并以粉末形式儲存疫苗，將來方便偏遠地區(qū)進行免疫接種。

中國科學家在健康人中發(fā)現(xiàn)超級耐藥基因變體

中國研究人員發(fā)布最新報告稱，在健康人中發(fā)現(xiàn)可抵抗多黏菌素的超級耐藥基因mcr-1變體，而多黏菌素被視為抗生素中“最后一道防線”。這一發(fā)現(xiàn)意味著健康人能在不被覺察的情況下傳播超級耐藥基因，提示健康人中的耐藥基因攜帶情況值得關注。

這項研究發(fā)表在2017年3月出版的美國《抗微生物制劑與化學療法》月刊上。論文通信作者、中國疾病預防控制中心傳染病預防控制所研究員闞飆說，耐藥菌株不只存在于病人中，健康人也同樣可能攜帶耐藥基因，這是一個應對耐藥細菌容易被忽視的公共衛(wèi)生問題。此次報告從數(shù)名健康人攜帶的沙門氏菌中找到了mcr-1基因的變異形式，與之前的耐藥基因有諸多不同。

首先，這個變體是從健康人攜帶的沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)的。以前報告攜帶mcr-1的細菌，主要是大腸桿菌、克雷伯桿菌等容易造成院內感染的細菌，僅有少量病人體內的沙門氏菌攜帶mcr-1耐藥基因的報告。沙門氏菌是常見的食源性致病菌，健康人攜帶含mcr-1耐藥基因的沙門氏菌，意味著他們具有傳播引起他人感染的可能性。由于健康人不會到醫(yī)院就醫(yī)和使用抗生素，因此他們會在不被覺察的情況下傳播耐藥基因。

其次，此次報告的mcr-1基因變體有兩個位點的變異，造成了氨基酸的改變，檢測顯示它同樣具有對多黏菌素的耐藥性。這一結果意味著，雖然這一基因變體目前尚未造成耐藥程度的升高，但這已顯示mcr-1基因也在發(fā)生變異，因此提示要持續(xù)關注不同菌株中mcr-1基因的變異，以及變異是否會造成耐藥性增強。

闞飆說：“這個研究發(fā)現(xiàn)了當前高度關注的mcr-1基因介導的多黏菌素抗性傳播的一種新途徑，即通過健康人攜帶含mcr-1基因的沙門氏菌不知不覺地傳播?！?/p>

2015年，中國首次報告在牲畜和人身上發(fā)現(xiàn)了帶mcr-1基因的細菌。這種基因由細胞中的質粒攜帶，可以通過質粒在不同細菌間傳播。換句話說，該基因賦予細菌的耐藥性可以傳播給其他細菌，從而可能導致出現(xiàn)能對抗多種抗生素的細菌，因此引起極大關注。此后，歐盟與北美也相繼發(fā)現(xiàn)了帶有mcr-1基因的細菌。

隨著抗生素使用愈加頻繁，細菌的耐藥性問題也日益凸顯，目前抗菌能力最強的多黏菌素被視為抗生素“最后一道防線”。當青霉素、四環(huán)素等傳統(tǒng)抗生素逐漸失效時，醫(yī)護人員只能選擇多黏菌素。鑒于農業(yè)和畜牧業(yè)中普遍使用多黏菌素，研究人員建議，應盡可能限制多黏菌素一切不必要的使用。

科學家合成酵母染色體探尋進化秘密

是人類首次嘗試改造并從頭合成真核生物

進化生物學家Stephen Jay Gould曾經尋思，如果盒式磁帶中的“生命磁帶”倒回去重新播放將會發(fā)生什么。通過從頭開始將工程染色體添加到酵母中，并觀察修飾后的生物體是否仍能正常工作，合成生物學家測試了這一概念的一個方面。

“人工合成酵母基因組計劃”研究人員2017年3月9日宣布，他們又完成了真核生物釀酒酵母5條染色體的從頭設計與全合成工作，且分析顯示全合成染色體具備完整的生命活性。至此，這一項目的進程已經過半，科學家在合成復雜人工生命的道路上取得了重大進展。

最新研究成果當天以7篇論文的專刊及封面文章形式在美國《科學》雜志上發(fā)表。

“人工合成酵母基因組計劃”是人類首次嘗試改造并從頭合成真核生物，旨在重新設計并合成釀酒酵母的全部16條染色體，其中第一條已于2014年宣布完成。

由于染色體有大有小，已設計并合成的染色體條數(shù)雖不及總數(shù)的一半，但整體工作量已經過半。

該項目由美國國家科學院院士Jef Boeke發(fā)起，美國、中國、英國、法國、澳大利亞、新加坡等多國研究機構參與并分工協(xié)作，希望通過對釀酒酵母的改造，更加透徹地了解機體的生物學機制、生物學反應、對環(huán)境的適應性、進化過程等，從而更好地解決人類面臨的身體健康、能源短缺、環(huán)境污染等問題。

在最新發(fā)布的成果中，中國科學家領銜完成了5條染色體中的4條。其中，天津大學元英進教授帶領的團隊完成了5號、10號染色體的化學合成，并開發(fā)了高效的染色體點突變修復技術。

清華大學戴俊彪研究員帶領的團隊完成了當前已合成染色體中最長的12號染色體的全合成。深圳華大基因研究院團隊聯(lián)合英國愛丁堡大學團隊完成了2號染色體的合成及有關分析。

元英進此次以唯一通信作者身份發(fā)表了兩篇論文。他在一份聲明中說：“作為真核生物的重要模式生物，化學合成酵母一方面可以幫助人類更深刻地理解一些基礎生物學的問題，另一方面可以通過基因組重排系統(tǒng)實現(xiàn)快速進化，得到在醫(yī)藥、能源、環(huán)境、農業(yè)、工業(yè)等領域有重要應用潛力的菌株?！?/p>

釀酒酵母能夠用來制造啤酒和面包(圖片來源：Dennis Kunkel Microscopy/Science Photo Library)

華大基因與愛丁堡大學共同完成2號染色體的從頭設計與全合成，并成功將其導入酵母細胞。合成酵母菌株展現(xiàn)出與野生型高度相似的生命活性。他們的分析還表明，人工設計合成的釀酒酵母基因組具有可增加、可刪減的高度靈活性。

Boeke說：“似乎我們真的可以用復雜的方式‘折磨’酵母，酵母經常會‘聳聳肩’，然后像正常一樣生長?！?/p>

“考慮到他們在染色體中合成了536 024個堿基對，并且采用CRISPR技術對其中的45個點突變進行了修復，這真是一件很振奮人心的事情。”馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學遺傳學家George Church表示，“它讓你覺得這可能是下一個大事件。”

項目國際協(xié)調人、英國愛丁堡大學團隊帶頭人蔡毅之教授表示，他們的工作是邁向設計并合成復雜人工生命目標的一大步。簡單來講，就好像重新設計計算機的操作系統(tǒng)，但沒有改變屏幕、鼠標等硬件。

2010年，美國科學家Craig Venter曾宣布，以支原體基因組為模板，培育出第一個由人工合成基因組控制的細胞，引起廣泛關注。蔡毅之說，他們工作的復雜性遠遠超過Venter的工作。

Venter單槍匹馬獨自做，基本上是復制支原體基因組，成果并不開源；而他們是國際合作，從頭設計酵母染色體，有許多編輯刪改工作，成果對所有人開放。

蔡毅之還透露，最新發(fā)布的論文是2015年投寄的，他們目前實際上已經完成了70%的酵母染色體設計及合成工作，預計接下來一兩年就能完成整個項目，“這是一個將來會進入教科書的里程碑式工作”。

這些科學家的最新研究結果將鼓勵別人產生更大的夢想，Church說：“他們已經能夠誘導編碼產生徹底的改變，從而促使你有膽量變得更加激進?！?/p>

酵母是一些單細胞真菌，并非系統(tǒng)演化分類的單元。它是子囊菌、擔子菌等幾科單細胞真菌的通稱，一般泛指能發(fā)酵糖類的各種單細胞真菌，可用于釀造生產，有的為致病菌，是遺傳工程和細胞周期研究的模式生物。酵母菌是人類文明史中被應用得最早的微生物，可在缺氧環(huán)境中生存。酵母菌在自然界分布廣泛，主要生長在偏酸性的潮濕的含糖環(huán)境中，而在釀酒中，它也十分重要。

(2017年3月23日收稿)■

(編輯：溫文)

更正啟事

本刊2017年第1期《對色彩的認識：從感性到科學的過程》一文中有一處錯誤需要更正：文中的“坦卡門面具”應改為“圖坦卡門面具”。在此向讀者致歉。

Exciting discovery of 7 Earth-like planets

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2017.02.009