一
三亚中国农业大学研究院等单位联合研发成功
首款适用于海南地方猪的55K液相芯片
近日，在三亚崖州湾科技城管理局2020年度科技计划项目(SK-JC-2020-02-007)资助下，由三亚中国农业大学研究院-方美英教授团队牵头，联合山东农业大学-张勤团队、海南省农业科学院-畜牧兽医研究所王峰团队、海南浙江大学研究院王争光团队以及入园单位博瑞迪生物技术（海南省）有限公司，采用先进的液相芯片开发思路和技术，合作开发了首款适用于海南地方猪的55K液相芯片。
芯片开发背景和意义
“种业振兴，良种先行”，优良种猪群体是现代生猪产业发展的前提和基础，在促进增产提效方面具有十分关键的作用。
海南是我国唯一全域均处于热带地区的省份，气候环境常年高温高湿，主流商用猪品种难以适应，不能发挥其最大生产潜能。与之相反，受益于得天独厚的地理条件，海南形成了许多适应当地环境条件的地方猪品种资源，是我国畜禽遗传资源库中的宝贵财富。目前海南地方猪品种主要有五指山猪、海南猪和墩头猪，其中五指山猪、海南猪(屯昌猪)为国家级畜禽遗传资源保护品种。以上猪种在海南特殊的自然和社会环境下，经过长期自然和人工选择形成了耐热、耐粗饲和肉质好等优良特性，深受海南地区养殖户和消费者的喜爱。
然而受目前实际生产水平的限制，海南地方猪的耐热、耐粗饲以及肉质优等适应当地独特环境气候的优良种质特性未得到充分开发利用。海南地方猪相关种质特性的挖掘和鉴定工作整体较为落后，亦未有成熟的相关分子鉴定方法与标准，很大程度上阻碍了海南地方猪种的合理开发与利用。高密度SNP芯片现已广泛应用于畜禽性状遗传解析和育种实践中，但目前应用于猪的SNP芯片都是针对引进品种研发设计，并不适用于我国地方猪种，因此开发一款适用于海南地方猪的基因分型检测产品+分符合现阶段海南生猪产业发展的需求，将有效推进海南地方猪种质资源保护和未来育种改良工作。
此次研究开发的液相芯片，将为海南地方猪的品种改良工作提供极大助力，有利于维护海南地方猪遗传资源多样性，推进培育具有自主知识产权的优质特色地方猪新资源，推动品种培优、品质提升、品牌打造和标准化生产；同时也有利于进一步推动海南地方猪产业的转型升级，为海南推进乡村振兴和农业供给侧结构性改革注入源头动力。
芯片开发策略和特点
研发团队采用具有完全自主知识产权的靶向测序基因分型(Ge-notyping by Target Sequencing, GBTS)技术体系中的GenoBaits技术研制开发，成功推出了首款适用于海南地方猪的55K基因分型育种液相芯片。
该芯片采用了模块灵活组合的设计思路，在博瑞迪已有的猪40K液相芯片(主要用干引进品种)模块基础上，添加了适用于海南地方猪的15K液相芯片模块组合形成了海南地方猪55K液相芯片。
该芯片可以分为两个模块使用，其中15K模块经基因型填充后可以用于早期(断奶前仔猪)第一次基因组选择，初选后仔猪饲养至性能测定结束后再用40K模块进行检测，后续将依据15K+40K合并模块测试结果进行第二次基因组选择，确定种猪的选留。通过两个模块的灵活拆分组合，节约了基因型检测的分型成本、增加了选择强度，且不会降低核心群体的选择准确性。
芯片位点设计和应用
海南地方猪的15K液相芯片位点，优选自30头海南地方猪的重测序数据，这些个体具有良好的代表性，可确保15K液相芯片位点在不同海南猪类群都有较好的数据表现。
1、该芯片包含海南地方猪特有遗传变异信息，兼顾国外商业化猪种的40K位点后，可用于以海南地方猪为基础培育的各种配套系；SNP位点在染色体上均匀分布；整合大量的功能基因相关SNP位点；SNP位点密度适中，检测性价比高等。
2、该芯片可以用于海南地方猪的全基因组关联分析和基因组选择(GenomicSelection)育种工作，也可对海南地方猪保种群体进行遗传多样性、群体遗传结构、亲缘关系鉴定等分析，更精准地推动海南地方猪的保种繁育工作。
来源：崖州湾园区服务中心公众号（完整文章请在末尾点击“阅读原文”查看）
二
结构性心脏病早期诊断更容易
AI模型可准确识别高危患者
广义的结构性心脏病（structural heart disease，SHD）指任何心脏结构的异常，任何与心脏和大血管结构有关的疾病。这是一种进行性疾病，意味着症状会随着时间的推移而恶化，如果不及早发现和治疗，死亡率较高。所以，早期诊断和治疗是改善患者预后的关键。
近日，美国区域卫生系统Geisinger和生物技术研究公司Tempus的临床医生和科学家发现，他们的人工智能模型可以在病人未确诊时，准确识别出其患结构性心脏病的风险在升高，即标记出高危结构性心脏病患者。该项研究（Prediction of mortality from 12-lead electrocardiogram voltage data using a deep neural network）已发表于《自然·医学》上。
这个模型的数据来自非常常见的十二导联心电图(ECG)。研究人员收集了1984年至 2021年间在Geisinger接受护理的48万名患者的220万份心电图数据，用于训练深度神经网络(DNN)，以预测在没有结构性心脏病病史的患者中，哪些患者会患上这种疾病，从而使其可以从监测或治疗中受益。
这个名为rECHOmmend人工智能模型可以通过超声心动图（心脏超声）预测七种结构性心脏病中的任何一种。“过去的研究表明，人工智能能够通过超声心动图进行单一疾病筛查。rECHOmmend则在此基础上进一步提高超声心动图作为结构性心脏病筛查工具的可行性，”Geisinger高级数据科学家、该研究的主要作者Alvaro Ulloa Cerna表示，“这可以帮助早期诊断，并避免疾病进一步发展及其使人衰弱的症状出现。”
Tempus首席科学官Joel Dudley说道，“结构性心脏病具有很高的发病率和死亡率。我们的两个团队正在继续寻找新的方法，在心脏病患者到达不可逆转的严重衰弱阶段之前应用人工智能来完成预测。”
这项研究是Tempus和Geisinger团队近年开展的“基于AI的心脏病学研究”的最新成果。此前2020年5月，这两个组织合作研究AI是否可以使用 ECG 数据准确预测死亡率，结果表明，人工智能可直接从心电图数据预测死亡率。
2021年，这个团队创建了预测新发心房颤动(AF)和AF相关中风风险的AI模型，发表于《Circulation》杂志。AF模型被指定用于40岁及以上的患者，这些患者没有预先存在或并发的AF或心房扑动，但根据常用的临床卒中风险评估工具，他们的卒中风险较高。
作者：邵文 来源：澎湃新闻
三
“下一代奇迹材料”石墨炔首创成功
据近日《自然·合成》报道，美国科罗拉多大学研究人员已成功合成出科学家们数十年来孜孜以求的一种新型碳——石墨炔。该成果填补了碳材料科学长期存在的空白，或为电子、光学和半导体材料研究开辟全新的途径。
长期以来，科学家们不断探索构建新的碳同素异形体，石墨炔正是研究的焦点之一，因为它与另一种受到工业界高度青睐的碳“神奇材料”石墨烯相似，石墨烯研究已经在2010年获得了诺贝尔物理学奖。然而在石墨炔领域，尽管经过数十年的理论研究和实践，科学家只创建出几个石墨炔片段。
根据sp2、sp3和sp杂化碳（或碳原子与其他元素结合的不同方式）及其相应键的利用方式，可采用不同的方式构建碳同素异形体。最著名的碳同素异形体是常用于铅笔和电池等工具的石墨以及金刚石，它们分别由sp2碳和sp3碳制成。
科学家们利用传统化学方法成功地创造了各种同素异形体，包括富勒烯（其发现于1996年获得诺贝尔化学奖）和石墨烯。然而，这些方法不允许不同类型的碳以任何大容量一起合成，这使得推测具有独特电子传导、机械和光学特性的石墨炔材料，停留在理论阶段。
科罗拉多大学-博尔德分校-化学系教授-张伟团队，使用炔烃复分解过程以及热力学和动力学控制，成功地创造出以前从未实现的成果：一种可与石墨烯的导电性相媲美但可控的材料。炔烃复分解是一种有机反应，需要重新分配或切割、重整炔烃化学键（一种具有至少一种碳—碳三重共价键的碳氢化合物）。
张伟表示，石墨烯和石墨炔之间有很大的区别，而石墨炔有望成为“下一代奇迹材料”。虽然材料已经成功创建，但研究团队希望进一步研究它的特定细节，包括如何大规模创建材料以及如何对其进行操作。团队正在尝试从多个维度探索这种新型材料，包括实验和理论，从原子级到真正的设备，这将有助于弄清楚该材料的电子传导和光学特性如何用于锂离子电池等工业应用。
作者：张梦然 来源：科技日报
四
宋尔卫院士团队揭示人体免疫系统对抗肿瘤机制
“我们老百姓常常会有这样的口头禅，比如说吃了灵芝和虫草就能提高免疫力，提高了免疫力，就不会长肿瘤，或者肿瘤不会再复发，其实这个观点是不完全正确的，因为‘免疫力’是非常宽泛的概念。”中国科学院院士、中山大学孙逸仙纪念医院院长宋尔卫近日称，要打赢这场抗肿瘤的“胜仗”，需要找到一种更为准确的方式，评估人体的抗肿瘤免疫力。
对此，宋尔卫团队提出“效应免疫细胞布控(EICD)”这一创新的肿瘤防治理论，揭示了人体免疫系统对抗肿瘤的机制，为评估抗肿瘤免疫力提供了理论基础，有助于制定精准的免疫治疗策略。上述综述发表在《Trends in Immunology》杂志。
老百姓们常说的“免疫力”，本质上指的是免疫系统特异地识别“自己”，清除“异己”，从而保护机体免受疾病侵扰的能力。
但是机体的免疫系统是具有特异性的，对不同的外来物质有不同的响应，就像“定向导弹”，用于抗细菌、病毒感染的免疫力不能用来抗肿瘤，并且“导弹”火力的强弱影响了疾病的进展，火力太弱，无法有效地杀灭肿瘤细胞，而火力过猛，它有可能会攻击到自身的细胞，产生自身免疫的损害，导致皮肌炎、间质性肺炎等自身免疫疾病的发生。
更重要的是，抗肿瘤免疫力是一个个体化且动态变化的过程，在不同的肿瘤、同样的肿瘤不同的分子分型、甚至同一个患者在肿瘤治疗的不同阶段都有着不同的抗肿瘤免疫力。“要打赢这场抗肿瘤的‘胜仗’，我们需要‘知己知彼’，方能精准靶向。”宋尔卫称。
基于肿瘤免疫逃逸机制的复杂性和多样性，宋尔卫提出联合多个调节“效应免疫细胞布控”的免疫变量去综合评估抗肿瘤免疫力，全面评估抗肿瘤免疫力的强弱，鉴定肿瘤的免疫表型分型，有助于判断免疫细胞的功能状态，预测肿瘤患者预后、复发风险和免疫治疗效果等。
另一方面，对于健康人群，免疫细胞可以最先发现肿瘤，因此抗肿瘤免疫力下降与肿瘤发生密切相关。通过检测可能导致恶性肿瘤发生的基因突变，检测免疫细胞对肿瘤抗原的反应性，有助于预测健康人群患癌风险、做到早期诊断早期治疗。
据介绍，效应免疫细胞是指免疫系统中能有效对抗肿瘤细胞的细胞，包括适应性免疫的T细胞和天然免疫的NK细胞。它们在淋巴结、外周血和肿瘤微环境中的一系列行为，就是人体免疫系统对抗肿瘤时的“布局”。
其中，肿瘤细胞的特异性抗原使肿瘤表面带上了和正常细胞不一样的标签，作为“战士”的T细胞就是通过识别这些“标签”来精准打击肿瘤细胞的。然而“聪明”的肿瘤细胞会想方设法躲避免疫系统的监视，从而得以存活和发展，这提示可能需要找到一些可以激活免疫反应的肿瘤特异的新抗原。
总的来说，肿瘤的进展是肿瘤和免疫系统动态相互作用的结果，除了对肿瘤本身的分期、病理分型、分子分型等进行诊断以评估肿瘤的恶性程度和对放化疗敏感性外，也要对机体本身免疫力进行免疫诊断，充分了解对抗“邪恶势力”的“正义的力量”。这套全新的理论能应用到所有种类肿瘤的诊疗过程中。
在未来，基于上述的创新机制对肿瘤的免疫表型进行精准诊断，进而筛选新的治疗靶点，并针对具体的靶点采取特定的治疗措施，再联合免疫检查点疗法，将有助于强化患者的抗肿瘤免疫力，提高患者的癌症治疗效果和生存时间。
作者：蔡敏婕 林伟吟 黄迪 来源：中国新闻网
五
未来生物传感器有新动力
持续稳定五十天的人工细胞膜问世
据近日发表在《自然·通讯》杂志上的一项研究，韩国科学技术研究院（KIST）-脑科学研究所成功开发出一种可在硅衬底上保持稳定超过50天的人工细胞膜。这是模拟薄膜结构的人工细胞领域取得的新成就，可按需在硅衬底上制造可调谐和可控的3D细胞形状。
在自然界中，细胞膜具有独特的功能，可保护内部免受外部环境的影响，并通过感知外部化学或物理刺激来与外界交流，就像生命中最精确的生物传感器一样。细胞膜一方面包含与水良好混溶的亲水部分，另一方面包含与水不能很好混溶的疏水部分。它像水龙头一样打开和关闭离子通道，并将物理化学刺激转化为电信号，然后将其传输到细胞。
除了在2018年创造了一种持续5天的人造细胞膜外，2019年，KIST团队还演示了如何将正离子转移到具有人造细胞膜的结构内部，该人造细胞膜表面附有蛋白，证实了其生物传感器的应用潜力。
然而，对于人工细胞膜的生命科学研究和生物传感器的实际商业化来说，需要至少一个月的耐久性。为了延长人造细胞膜的稳定性限制，KIST研究团队专注于一种称为嵌段共聚物（BCP）的材料。
研究团队开发了一种技术，在硅基板上定期排列数万个直径为8微米的孔，并通过表面处理将特定量的BCP溶液插入每个孔中，然后将其干燥。通过在微流体通道的上板电极和下硅基板之间施加电场，可调谐地创建肥皂泡形、细长椭圆形或细管形BCP双层结构。这个过程导致团队发现了根据溶液浓度和施加的电场频率维持结构的可能性，也提出了一种可自由控制人造细胞膜大小和形状的方法。
通过在三维双层BCP结构的外部填充具有与人体物质相似的弹性和回弹性特性的多孔水凝胶，团队最终创造了一种可保持稳定超过50天的人造细胞膜。
虽然全球对人工细胞膜的研究一直集中在将二维平面结构放置在硅基板上，但该团队已成功地将人工细胞膜的稳定期延长了十倍以上。继首个3D人工细胞膜结构制造技术的开发后，该研究为人造细胞膜的大面积阵列制造提供了一条途径，预计将进一步发展成为生物功能研究的平台技术，以确定类似于细胞功能的超灵敏生物传感器的功能，新药开发的药物筛选以及大脑中的神经递质和激素。
作者：张梦然 来源：科技日报
转自：建强伟业科研服务
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