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科技|2022年七大前沿科技：每一项都能改变世界( 二 )


还有一种相关方法 ， 即低温电子断层扫描（cryo-ET） ， 它可以捕捉冷冻细胞薄片中自然蛋白质特征 ， 但利用该技术解析复杂而拥挤的图像仍存在困难 。卡拉格说：“采用机器学习世界的先进算法是必不可少的 ， 相信未来我们能解决棘手的科学难题 。”

科技|2022年七大前沿科技：每一项都能改变世界
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3、量子模拟
原子在特定条件下 ， 能被诱导至一个高度激发状态 ， 直径达到 1 微米或者更大 。目前物理学家现已证实 ， 通过对数百个原子阵列进行这种可控激发 ， 可以解决一些具有挑战性的物理问题 ， 实现传统计算机“极限升级” 。
量子计算机以量子位的形式管理数据 ， 利用“量子纠缠”物理现象进行数据耦合 ， 量子位可以在一定距离内相互影响 ， 这些量子位可大幅提高计算能力 。
目前 ， 已有几个研究团队成功利用单个离子作为离子位 ， 但这些离子的电荷很难在高密度下组装 ， 物理学家正在探索另一种方法 ， 其中包括法国国家科学研究中心的安东尼·布罗维（Antoine browwaeys）和美国哈佛大学的米哈伊尔?卢金（Mikhail Lukin） ， 他们使用光学镊子精确地将不带电原子定位在紧密排列的 2D 和 3D 阵列中 ， 然后应用激光将这些粒子成为大直径的“里德堡原子（Rydberg atoms）” ， 使其与它们邻近粒子纠缠在一起 。
韩国高级科学技术研究所物理学家 jaaewook Ahn 称 ， 里德堡原子系统是独立可控的 ， 它们的相互作用可以打开和关闭 ， 反之赋予了可编程性 。量子模拟技术在短短几年时间里就获得了重大突破进展 ， 技术进步提高了里德堡原子阵列的稳定性和性能 ， 以及从几十个量子位快速扩展至几百个 。
据悉 ， 量子模拟领域的先驱者已成立了公司 ， 正在开发实验室使用的里德堡原子阵列系统 ， 布罗维估计这种先进量子模拟器可以在一两年内投入商业应用 ， 但这项工作也可能为量子计算机的更广泛应用铺平道路 ， 包括：经济学、物流和数字加密领域等 。

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4、精准基因操控
尽管 CRISPR–Cas9 技术拥有强大的基因组编辑能力 ， 但该技术更容易基因失活 ， 而不是达到基因修复 ， 因为尽管针对 Cas9 酶的基因组序列相对精确 ， 但细胞对该技术产生的双链切割修复却并不精确 ， CRISPR–Cas9 修复通过一种称为“非同源端连接”的过程进行 ， 通常会被微小的基因插入或者删除所混淆 。
美国哈佛大学化学生物学家大卫?刘指出 ， 大多数遗传疾病需要的是基因修正 ， 而不是基因破坏 。目前他和研究同事现已开发两种颇有希望的基因操控方法 ， 第一种叫做碱基编辑（base editing） ， 将一种催化受损 Cas9 与一种酶结合 ， 该酶可以帮助一种核苷酸转化为另一种核苷酸 ， 例如：胞嘧啶转化为胸腺嘧啶 ， 腺嘌呤转化为鸟嘌呤 ， 但目前该方法仅对特定碱基对有效；
第二种叫做精准编辑（Prime editing） ， 将 Cas9 与逆转录酶连接起来 ， 并引导 DNA 将所需编辑内容精准插入基因组序列 。通过一个多阶段的生化过程 ， 这些成分将引导 RNA 复制成 DNA ， 最终取代目标基因组序列 。重要的是 ， 碱基编辑和精准编辑都仅剪切一条 DNA 链 ， 这对细胞而言是一个更安全、破坏性更小的过程 。
碱基编辑技术首次公布于 2016 年 ， 现已投入临床应用 ， 由大卫?刘创建的 Beam Therapeutics 公司已获美国食品药物管理局批准 ， 首次应用于人类镰状细胞病基因修复 。相比之下 ， 精准编辑仍是一项新技术 ， 但改进的迭代技术不断出现 ， 该技术的应用前景也非常明确 。
韩国首尔延世大学医学院基因组编辑专家 Hyongbum Henry Kim 现已证实 ， 使用精准编辑技术来纠正老鼠视网膜基因突变 ， 可达到 16% 的治愈率 。他说：“如果我们使用最近报道的更先进技术 ， 治疗效率将获得大幅提高 ， 在某些情况下 ， 如果能以 10% ， 甚至以 1% 的基因进行替换 ， 就可以治愈该疾病 。”


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