颠覆性技术获突破 实验室里“种”淀粉

央视网消息:中国科学家历时6年多科研攻关,世界上首次在实验室中实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成,这一成果被认为是继上世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后,中国科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破。这意味着,颠覆性技术获得突破后,不需要种植农作物,直接在生产车间中制造淀粉成为可能。

中国科学家团队在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成,这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。这一颠覆性技术中的核心关键是在计算设计人工途径中的生物酶催化剂,科研团队从动物、植物、微生物等31个不同物种来源挖掘合适的生物酶催化剂,构建了一条只有11步反应的人工淀粉合成途径,与自然界淀粉合成需要的60多个步骤相比,显著降低了合成的复杂度。

针对人工途径中来源于不同物种的生物酶催化剂间存在难以适配的问题,研究团队开发了模块组装优化与时空分离反应策略,解决了人工途径中底物竞争、产物抑制等问题,最终获得了淀粉合成速率和效率显著提升的人工途径。

那么人工合成的淀粉和自然界的淀粉有何异同?专家介绍,从科学检验金标准核磁检测来看,两者是没有区别的。

科研团队介绍,在充足能量供给的条件下,按照目前的技术参数推算,理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的平均年产量。虽然人工合成淀粉这一路径已经打通,但是目前仅在实验室生产了少量的淀粉样品,要真正实现人工合成淀粉的工业化还面临很多挑战。

中科院天津工业生物所所长 马延和:如果变成工业化,就是我们说以合成生物学的这种理念重新设计生物体甚至生物体的功能,然后让它能够突破自然生物的局限,就可以大大缩短它的生产周期和降低成本。

业内专家称,如果未来二氧化碳人工合成淀粉的系统过程成本能够降低到与农业种植相比的经济可行性,将会节约90%以上的耕地和淡水资源,避免农药、化肥等对环境的负面影响,提高人类粮食安全水平,促进碳中和的生物经济发展。https://t.cn/A6zPk9QH

【人类基因组计划第一份草图发布20周年!中国科学家系统梳理古DNA中人类演化史】今年是人类全基因组草图发表20周年。1990年,人类基因组计划启动,2001年,长达30亿碱基对的人类基因组草图绘制完成。这不仅是人类历史上的一项壮举,也是分子生物学领域的一个巨大里程碑。

近日,《科学》杂志邀请国际上与其相关领域前沿团队撰写在人类基因组计划出现后的重要进展,其中,中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员付巧妹受邀领衔关于古DNA领域的发展以及前沿研究综述。综述系统梳理了过去十余年来古人类基因组学研究的发展,于9月24日在《科学》特刊-人类基因组计划第一份草图发布20周年上发表。

上世纪80年代,通过获取的一些小的古DNA片段,分子古生物学家对古DNA有了一些初步的认识。21世纪初期,受益于人类全基因组的发表和高通量测序技术的发展,古DNA领域开始蓬勃发展。2010年,以人类全基因组为参考序列,分子古生物学家发表了三个古人类的基因组草图:一个尼安德特人、一个丹尼索瓦人,以及一个古爱斯基摩人。至此,古基因组研究新纪元正式开启。

古老型人类及早期现代人格局

2010年,对尼安德特人和丹尼索瓦人这两种古老型人类的全基因组的成功测序,从分子生物学角度揭示了这两个现代人“近亲”的遗传信息。

尤其是丹尼索瓦人,由于当时化石形态证据的缺乏,他是第一个,也是目前唯一一个,仅仅由古DNA证据揭示的新古老型人类。他们在约55万年前与现代人分离后,陆续又与除了非洲人群外(近来有研究提出非洲人群可能也存在与古老型人群的混合)的现代人群发生了多次混合。

混合的结果不仅导致多个现代人群基因组中不同程度地残留有古老型人类的DNA片段,还使得尼安德特人的线粒体基因组和Y染色体在约37万-22万年前被现代人取代。

古DNA研究还发现了数个现代人和古老型人类混合后不久产生的后代,以及一个丹尼索瓦人和尼安德特人“夫妻”的孩子。这些发现让我们明确,至少在人类漫漫五十万年的历史长河中,这些古老型人类和现代人其实比我们预想得更加亲近且交流更加频繁。

尽管遗传学证据支持现代人起源于非洲,但目前还没能构建出统一的模型。在摩洛哥发现的、距今约31.5万年的化石是目前最古老的具有部分现代人形态特征的人类化石。约25万至20万年前,五个非洲人群在短时间内分离,为非洲的狩猎采集者、农业游牧人群以及非洲外人群提供了祖源成分。大约在8万-6万年前,东非、西非和非洲外人群的祖源人群之间发生了一系列的分离事件。

在欧亚地区分布的早期现代人群存在多个支系。有些人群对现代的人群没有可检测到的遗传贡献,还有些人群和现代的人群有关。发现于西伯利亚中部等个体对当今人群没有可检测的遗传贡献;而在中国发现的田园洞人和AR33K个体、在比利时发现的Goyet Q116-1和俄罗斯发现的Kostenki 14个体、在俄罗斯发现的Mal’ta和Yana个体则分别代表了古东亚人,古欧洲人和古北西伯利亚人。

随着时间的推移,这些人群发生交流、迁徙,形成更精细的人群结构。

尽管科学家对欧亚早期现代人群的认知还较为有限,但古DNA研究不断充实着这些人群历史的细节。比如2017年一项研究发现来自中国4万年前的田园洞人和远在比利时3.5万年前的GoyetQ116-1个体存在遗传联系。这个发现有些出人意料,因为一般来说,距离相隔较远的人群直接发生基因交流可能性不大,所以可能性更大的情况是,他们之间存在第三个人群,将两者联系了起来。四年之后,一项新发表的研究发现了一个生活在保加利亚的古老现代人群和两个人群都存在遗传联系,验证了之前的猜想。

末次盛冰期及近万年演化史

末次盛冰期是距今最近的极寒冷时期,在这段时期的欧亚大陆发生了一系列的人口变化。在欧洲,以比利时约3.5万年前的Goyet Q116-1个体为代表的的遗传成分可能在大区域被取代,在末次盛冰期快结束时重新扩张。

在亚洲,田园洞人和AR33K的遗传成分曾广泛存在,然而末次盛冰期之后,早期东亚北方人的遗传成分开始出现(AR19K),这说明东亚北部有些人群可能在此期间发生了更替。

在北亚,也发生了晚期人群遗传成分的变化。除此之外,人类也在逐步适应这段严寒环境。例如,使东亚人产生区别于欧洲人特征的EDAR基因的变异最晚从末次盛冰期末开始出现并且频率升高,支持了该变异可能可以在低紫外线环境中增加母乳中的维生素 D以提高幼儿的存活率的假说。

近万年来,气候变得温暖而稳定。全球出现了更为活跃的人群活动,包括快速的扩散、迁徙、互动和更替等。这些世界范围的人群迁徙与互动,以及后续相关历史事件的影响,逐步形成了全球人群的大致格局。

论文全面梳理了全球各大版块的主要人群遗传历史事件,以下主要介绍东亚和东南亚地区内容。

在万年前,东亚和东南亚已存在多样化的人群,其中至少包括以新石器时代山东人群为代表的古北方成分人群、东南亚的古老现代人群——和平文化人群、以福建奇和洞人和广西隆林人为代表的两种不同的东亚古南方人群、日本的绳纹文化人群。而东亚南北方人群至少在1.9万年前出现遗传差异。

随着时间的推移,“古北方人群成分”和 “古南方人群成分”在南北方人群之间发生了流动和变化,说明南北方人群在不断发生交流与融合。现今南方人主要是大量古北方人成分和下降的古南方成分混合。1.4万年前的黑龙江人群可能是与美洲原住民最相关古北亚人群的东亚成分来源。

另外,早在东亚南方及东南亚出现农业之前,东亚南方人群就和东南亚人群存在交流。蒙古地区人群在新石器时期几乎只携带东亚人群的遗传成分,后来大约在5千年前受到草原人群影响,到3千多年前引入了草原人群和欧洲农业人群的遗传成分。

这些古基因组学证据不仅揭示了种种人群历史事件,还为一些考古和文化上的争议提供了新的证据。

目前,古基因组数据已达到6千余个,只能让我们初步了解人类演化史。

不久前发表的超过一百万年的古DNA数据,极大地增加了研究人员用古DNA探索更大时间尺度演化历史的信心。高效的DNA捕获技术甚至能在沉积物中捕获古代人类和动物的基因组片段,而古蛋白质组、古微生物组、古甲基化组技术以及针对古DNA设计优化的生物信息学工具也为我们提供了更为全面详实的古分子信息。

该研究由中国科学院、国家自然科学基金委、腾讯科学探索奖及美国霍华德·休斯医学研究所资助。https://t.cn/A6MbxXEa

【星夜兼程!从福建莆田到黑龙江哈尔滨——中国联通筑牢“疫情防控墙”】近日,福建、黑龙江等地突发疫情,牵动着全国人民的心。疫情就是命令,防控就是责任。中国联通扛起央企责任,主动担当作为,发挥行业优势,为各地疫情防控工作提供了强有力的信息通信保障。

一天6个站,“联通速度”为疫情防控按下快进键

9月16日中午,莆田联通接到福建省莆田市防疫指挥部通知,决定将莆田某高校新建的学生宿舍楼设置为临时隔离点,委托联通承接隔离点网络建设任务,并在17日前完成所有基础通信设施建设。

为保证隔离点的正常投入使用,莆田联通迅速成立专项建设工作组,及时与莆田市疫情防控部门沟通建设需求,火速勘查并设计线路,同时通过各渠道调配设备和物资,紧急驰援隔离点通信网络建设。

“本次通信网络建设项目时间紧,每个环节都关系到隔离点能否如期投入使用。”联通项目负责人表示,“为保证项目进度和质量,从线路设计、人员安排到具体施工流程,我们做到了精心谋划、精准施策、精细落实,确保每个环节万无一失。”

16日晚,近20名联通工作人员连夜交替进场,在施工现场再现“联通速度”。

17日上午,施工现场一股股热浪袭面而来。工作人员在太阳底下作业几分钟,就已经汗流浃背,而他们的衣服被汗水湿透又被热浪烘干。但他们顾不上这些,只是继续埋头布线、组装模板。“我们就是一颗颗小小螺丝钉,项目建到哪,我们就‘钉’到哪,绝不影响工程质量,绝不拖延工程进度。”一名联通工作人员说。

在各施工单位的支持下,莆田联通仅用1天时间,就完成了6个站点建设和6公里光缆布放工作。17日晚,经测试优化,6个站点已全部开通并投入使用。

疫情就是集结号!逆行而上,“我不会退缩”

9月17日下午,莆田联通再次接到莆田市防疫指挥部紧急通知,受托为一新建隔离点部署WiFi信号,满足临时隔离点人员中秋佳节与家人联系的需要。为此,莆田联通第一时间成立了应急小分队。

疫情当前,“隔离点”这三个字,往往让人望而却步,但仍有人为了战“疫”,选择了“逆行”。

“接到任务时,心里还是有些紧张,毕竟这是隔离点,被传染的风险要大些,但我是党员,在危险面前,我不会退缩。”负责此次隔离点网络建设的工作人员表示。

时间紧迫,应急小分队快速商讨,制定出使用5G CPE设备架设WiFi高速热点的解决方案,并连夜协调联通华盛公司调配5G CPE设备,同时着手物流派送、设备交接等工作。

18日中午,首批5G CPE设备到货;下午,应急小分队队员吴清泉、陈志华毅然前往隔离点进行开卡、设备调测和安装。他们穿着厚重的防护服,气喘吁吁、脸热得通红,却毫无怨言爬了三楼爬五楼,上上下下没歇一会儿。

18日晚9时,他们终于完成50台5G CPE设备的安装,实现了隔离点的WiFi覆盖,满足了隔离人员的高速上网需求。而此时的他们,还在为完成任务而高兴,全然顾不得腿脚的酸痛以及防护服的憋闷……知重负重、担责尽责,这就是联通人的担当本色。

“让我上吧!”没有人生而英勇,只是选择无畏

随着抗击新冠肺炎疫情进入关键阶段,联通人个个尽己所能,积极参与到疫情防控工作中。

9月18日,莆田联通成立疫情防控(风险区域)支援小组,及时对接莆田市仙游县委县政府需求,为仙游县部分风险区域安装联通“雁飞”智能门磁设备。因疫情期间厂家不便赶赴现场安装,所以本次安装工作需要联通自有人员进入疫情风险区域安装。

“让我上吧!”当紧急支援的命令下达后,李一伟、张振彬两人主动请缨,向莆田联通党委递交了“请战书”。

“这是该我们站出来的时候了!担当尽责,就必须当好防疫的先锋队、突击手。”李一伟说,“面对疫情,我们也会有些忐忑,但是想到疫区的人民正处在疫情最危急时刻,我们就想能为他们再做点什么。”

联通“雁飞”智能门磁设备能够帮助社区工作人员在零见面、零接触情况下,掌握隔离人员的状况,实现对封闭隔离小区的群防群控。为了安全、顺利地完成安装工作,他们凭借安装调测视频和简单的说明书完成自学,并进行了全流程演练。同时,他们根据社区提供的安装点位清单,提前规划安装路线,以便提高安装效率。

“这是我们负责的辖区,近百户居民需要安装门磁设备,时间紧、任务也重。”张振彬说。

是的,不光是时间紧、任务重,更是风险大、难度高。19日上午,身穿厚重防护服的李一伟、张振彬,前往仙游县某中风险小区,挨家挨户为隔离人员安装。

此时已是“秋老虎”,福建的天气异常炎热,他们穿着密闭防护服不到半小时,里面的衣服就已经湿透。为了节省防护服,他们在安装过程中尽量不喝水、不进食、不上厕所。19日晚,他们终于完成了辖区60个门磁设备的配送安装任务。

“我们安装的不仅仅是小小的门磁设备,更是联通科技战‘疫’的服务与能力。相信不多时,我们定能战胜疫情,重见家乡的美好。”他们两人笑着说。

莆田联通战“疫”的同时,泉州联通、厦门联通也在积极行动。

9月20日,为保障福建省泉州市泉港区山腰镇第二轮核酸检测工作正常进行,泉港联通党支部“娘子军”郭瑞娟、林丽林主动请战,赶赴核酸采集点投入战斗。她们手把手教现场采集人员使用全场景核酸检测信息系统,使现场采集人员以最快的时间掌握了系统的操作方法,她们以专业熟练的操作、认真细心的态度,获得大家的一致好评。

9月21日,在接到福建省厦门市同安区集银路厂房站点通信故障通知后,同安联通建维抢修人员立即前往现场处理故障。疫情面前,没有人生来勇敢,但总有人选择逆风前行,“我快一秒抢通,就能早点为封控区的用户恢复通信。”联通抢修人员说。

有温度有速度,联通服务为疫情防控提供坚实保障

9月21日,巴彦联通接到哈尔滨市巴彦县政府通知,需检测巴彦县富都大市场新建的方舱医院信号强度,并为县城方舱医院和兴隆镇疫情前线指挥部安装8条宽带。巴彦联通了解情况后,立即响应,成立了由公司党委班子带队的应急保障小组,并赶往现场展开环境勘察及备料准备。22日上午9时,应急保障小组迅速开展工作,新建24芯光缆2200米铺设主干线路,布放网线600余米,并调测光猫、路由器,仅用2小时就开通了县城方舱医院4条300M宽带;下午,即开通了兴隆镇4条300M宽带。

受疫情影响,9月22日起,黑龙江大学开始集中线上教学,学生寝室上网需求突增导致部分寝室出现上网卡顿掉线情况。黑龙江联通立即扩容第二条万兆上行链路,使流量负荷降至50%以下,满足了线上教学的网络需求,得到校方高度认可。

22日晚,哈尔滨市应急管理局紧急建设“火眼实验室”,需联通提供通信保障。23日早,黑龙江联通及时赶往现场,仅用3个小时就开通了2条千兆互联网光纤,并现场调测开通5G CPE设备,实测下载速率200M以上,使6个方仓和8台移动检测车全部满足现场办公需求。

在这场没有硝烟的战斗中,中国联通充分发挥网络技术资源优势,以“服务为民”的初心,持续为疫情防控保驾护航。


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