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2018-6-15

  【独家】医学界重大突破:基因可以改写了!家族世代遗传病从此终结?!

  大数据等计算机技术的渗透已经使得生命科学逐渐走进普通人的生活。但和IT、互联网类创业公司相比生命科学创业公司则相对较为低调极少自我宣传和炒作。其中一个原因是生命科学研究从实验室走到市场往往需要更长的时间。

  基因编辑技术有望根除人类疾病基因世代间的传递?

  通过基因编辑技术对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加效率高、速度快也有望根除人类致病基因在世代间的传递。也就是说CRISPR这种基因编辑工具能够精确地改变人类的DNA能够“关闭”某些基因也能够给人增加特定的基因从而彻底根除人们患上某些疾病的可能。

  加州大学伯克利分校教授詹妮弗·杜德纳说有一种疾病叫镰状细胞性贫血很多人都有这种病它导致红细胞中的一种蛋白质结构缺陷让细胞变成镰刀状从而不能有效通过血管。“但很不幸的是现在我们拿这种病没有办法即使能治疗也效果不佳。所以如果我们能改变患者体内细胞的DNA就能真正修正这种突变重新恢复正常的血红蛋白形状。”

  计算机和数字化对生物科技有影响?

  如果计算机数字化会对生物科技产生影响这会意味着人们对疾病的治疗或许不再需要对症下药而是对症对人制定个性化的医疗方案甚至在疾病之前预防。而这一切在其他一些创业者看来并不一定需要医院为我们来做。

  Grail公司首席品牌官肯·德拉赞解释说目前云存储计算的成本正快速下降。数字化过程即将生物特征转化为数字从而进行大规模分析有利于快速深入地了解人类基因这个机会史无前例。

  对在硅谷设立奇点大学、目前在谷歌供职的雷·库兹韦尔来说思考创新和未来是他一生的工作。他认为生命科学的未来发展速度将让人瞠目结舌因为与计算机科学的相互融合生命科学将实现指数级的加速发展彻底改变过去的医疗方法。

  人工智能可以帮助我们12分钟完成验血?

  阿德里安的这家医疗诊所看上去和传统诊所完全不同更像是一家苹果零售店。他说未来他们将向客户提供一种完全不同的医疗护理体验。客户当抵达诊所之后病人首先要做的是在iPad上签名然后接受一次身体扫描。

  阿德里安·奥恩告诉我们他们有人体扫描器可以现场验血且12分钟内就能获得结果甚至还可以进行基因测试根据基因的突变判断是否更容易得某种癌症然后定向检查。这些信息都会集中到中心算法即人工智能。它根据这些信息来决定最佳治疗方案。

  生命科学是有创投逻辑的?

  2015年初30岁的伊丽莎白·霍尔姆斯成为当时硅谷最炙手可热的女人。她和她在硅谷帕罗奥图创办的公司Theranos宣称只需要一滴血液就可以通过它们的技术来完成完整的血液检测。和其他生命科学创业者不同伊丽莎白频繁高调出现在美国的各大媒体。这一年她以45亿美元身家登上《福布斯》杂志财富榜成为全美国最年轻的富婆她的公司也被视为硅谷与Uber齐名的明星企业。

  然而2016年年中《福布斯》杂志将她的身家从 45 亿美元修改为 0。此前《华尔街日报》调查显示Theranos 公司的血检结果严重作假。公司实验室被吊销执照而霍尔姆斯本人在接下来的两年内被禁止经营相关研究。

  做好计算和编码并造出产品这是硅谷科技圈的传统逻辑但是事实告诉我们生命科学创业或许需要更长的准备时间因为生物学、或者说人体自身比计算机更加复杂和难以预料。

  肯和阿德里安遵循的也是这样一个逻辑。对他们来说时间不仅意味着可以完善自身技术也是改进商业模式的必须具备的前提。

  对此肯·德拉赞给出了他的看法现在谈盈利还为时过早。他们会使用很多的风投资金来增加规模、研发技术以解决这一问题。

  Forward公司创始人阿德里安·奥恩也表示Forward的运行机制是从高端客户着手收集数据、改善算法、降低成本。成本下降后可以普及甚至免费提供高质量医疗技术。

  红杉资本全球执行合伙人沈南鹏认为5到10年时间这些解决方案是完全可能的当然早筛只是其中一部分早筛还要治疗。“但是在全世界各个地方在生命科学当中我们都看到每年突破点不断涌现这是让人特别欣慰的地方。我们以后作为产业基金能够更快地对接在实验室里面已经到了一定规模的到了一定可接受程度的科研结果当然有一点是必须的这些资本和资金必须要有一个长远的眼光。”

  总之不管是大数据还是商业与生命科学的结合等方式这些方法或许是突破性的。通过大数据和基因的结合的尝试对人体进行疾病的早期筛查的方案已经显现出了希望。我们期待着可以尽快看到能够帮助人类解决疾病的方案。

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  行星Kepler-186f的艺术构想图

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  行星运动使光谱发生频率红移和蓝移

  仰望星空在地球之外是否还存在宜居的星球?这个问题带给人们无限的遐想。

  关于宜居行星的探测不断有好消息传来。在美国国家航空航天局(NASA)宣布利用开普勒项目数据确认找到了一个新“太阳系”后不久科学家又宣布在38亿光年之遥的太空找到了一群行星把人们寻找行星的目光拓展到银河系外。

  开普勒项目是如何寻找行星的?科学家是如何看到遥远行星的?在寻找系外行星的征途上主要有哪些方法它们各自有哪些看家本领?科技日报记者就此采访了业内专家。

  凌星观测:让开普勒成为系外行星猎手

  开普勒太空望远镜2009年发射升空是世界首个用于探测太阳系外类地行星的飞行器。在起初3年半的任务期内开普勒望远镜就对超过15万个恒星系统展开持续不断的监控产生了海量数据。

  对开普勒获取的数据进行分析科学家们遴选出了众多系外行星“候选者”。来自NASA官网的数据显示开普勒发现了4496位“候选者”其中2341颗得到了确认。

  事实上目前科学家总共确认的系外行星约为3704颗。由此可见开普勒在壮大系外行星家族的过程中扮演了重要角色无愧“系外行星猎手”的头衔。

  行星自身不发光在耀眼恒星的映衬下更是难以看见。那么开普勒是如何“捕获”系外行星的呢?

  “开普勒主要是通过凌星法即行星的遮挡效应来进行探测的这也是目前行星探测的主要方式。”中科院国家天文台研究员苟利军对科技。日报记者说道。

  “金星凌日”是人们通过肉眼就能观测到的凌星现象。金星轨道在地球轨道内侧某些特殊时刻地球、金星、太阳会在一条直线上。这时从地球上可以看到金星就像一个小黑点一样在太阳表面缓慢移动。

  当一颗行星飞越自己的主恒星前方时会遮挡一部分主恒星的辐射从而使得主恒星的亮度看起来降低一些。尽管主恒星最多只有百万分之一的亮度变化科学家也可以收集到许多有价值的信息。在不用直接看到行星的情况之下不仅仅可以判断行星的存在而且在合适的条件之下还可以得到与行星有关的大气信息。

  苟利军介绍凌星法可以根据恒星亮度周期性的变化确定系外行星的轨道倾角从而进一步确定行星质量。凌星法还可以了解行星大气结构。当行星行经其主恒星前方时主恒星光线便会经过行星的最外层大气。分析此时主恒星的光谱便能得知行星的大气成分。此外还可以通过凌星法获取行星的光谱性质从而分析行星的温度甚至能侦测到行星上云的形成。

  凌星法虽然比较高效但也不是万能的。比如当行星的轨道面刚好与人们的视线方向相垂直时在视线方向上恒星的光不会被行星遮挡因此探测不到恒星的亮度变化。

  直接成像:给行星拍个照

  凌星法是间接获取系外行星存在的证据有没有办法能一窥系外行星的真身?答案是肯定的那就是直接成像法。

  2004年法国科学家利用欧南台的甚大望远镜直接拍摄到了围绕着一颗褐矮星公转的热木星。这是人类历史上第一次用直接成像法拍摄到的系外行星。苟利军指出此次恒星较暗而行星较亮所以在没有遮挡恒星的情形之下就看到了行星。通常情况下需要把中心恒星的光芒遮挡以后进行观测。

  如何才能挡住恒星耀眼的光芒拍摄到隐匿一旁的行星?科学家借助日冕仪原理在望远镜前端安上所谓的星冕仪来遮蔽恒星的光芒。日冕是太阳大气的最外层。日全食发生时太阳整个被月球挡住可以很容易观测到日冕。通常情况下科学家通过日冕仪来观测日冕。

  俗话说“眼见为实”在多种行星探测方法中直接成像有其独特的优势能给科学家提供很多有价值的信息。以行星北落师门b为例它和原行星盘的相互作用以及在红外波段的不可见对它的质量给出了很强的限制。再加上它超常的亮度科学家认为它可能被一个质量很大的环形系统所围绕。

  但到目前为止直接成像观测到的系外行星数量并不多。在目前确认的系外行星中采用直接成像发现的仅为1.2%左右。在现有的观测技术条件下获得直接成像并不容易。只有在满足十分严苛的条件下才最有可能得到直接成像比如行星很亮、主恒星很暗且两者距离很远。因此想要寻找到大规模的系外行星直接成像或许并不是一个好的选择。

  视向速度:多普勒效应的另一种应用

  当一辆鸣笛的车正面驶来时你会感觉声音越来越高亢而当这辆车渐渐远去时你会感觉声音越来越低沉。这就是多普勒效应在日常生活中的一个实例。

  科学家用视向速度法探测行星时同样也借助了多普勒效应。

  “行星在围着恒星绕转但与此同时恒星也在围绕着两者的质量中心绕转。从而在恒星绕转过程中朝向或远离我们的时候会导致恒星光谱谱线频率发生微小的有规律变化。通过观察这种微小的变化在判断系统为双星系统的前提下进而推断出另外一个天体的质量根据质量从而确定行星的存在。”苟利军解释道。

  如果将恒星的光散射得足够开,就会发现在恒星的光谱中有一条条亮线亮线是恒星光谱中的发射线。当恒星朝向或远离我们运动时发射线的频率会向高频或低频移动分别被称为蓝移和红移如同声音频率的变高和变低。

  借助对恒星光谱中发射线的周期性变化的分析科学家们可以推断出行星存在的证据。

  但是如果行星质量比较小它造成的恒星光谱移动不明显很难从微弱的信号中判断它存在与否。苟利军指出此类方法更容易寻找到大质量行星或者是更靠近恒星的行星。

  微引力透镜:发现离地球最远的行星

  日前来自美国俄克拉荷马大学官网的消息称该校天体物理学团队首次发现了银河系以外的行星。他们发现在距离地球38亿光年的RX J1131-1231星系中央栖息着一群行星质量介于月球和木星质量之间。

  这是目前发现的距离地球最遥远的一群行星。该团队研究成员介绍他们采用微引力透镜方法观测到了这群行星。通过建模数据来分析特征信号出现的频率从而确定行星的质量。

  微引力透镜方法是如何发现行星的?首先当恒星自身从背景天体前通过时微引力透镜会让背景天体在短暂时间内看起来更亮反映在光度变化曲线上是一个凸起的波峰。

  如果波峰之上叠加着额外的小的波峰那么说明还有其他小质量天体(比如行星)在围绕着恒星。天文学家利用这种方法可以判断系外行星的存在分析它的质量以及与恒星的距离等参数。

  “微引力透镜是目前唯一一种能找到距离地球非常遥远的行星的方法。但不足在于观测到的现象无法重复不像其他方法可以多次地进行观测。”苟利军表示。

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