环球科学：清华团队发现广谱纳米抗体，可高效中和XBB和BF.7等变异株

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　　· 新冠抗体 ·

　　清华大学团队发现广谱、高效的新冠病毒纳米抗体

　　近日，清华大学的研究团队从免疫羊驼体内分离出了一组纳米抗体，发现它对目前国内外出现的多种新冠病毒变异株（如BF.7、BQ.1.1和XBB），以及SARS病毒具有广谱、高效的中和活性。目前，新冠病毒变异株的不断出现导致现有疫苗和中和抗体药物的活性降低或消失，对新一代抗体药物的研发提出了更高要求。而最新发现的纳米抗体或可以作为新一代纳米抗体药物的理想候选。相关研究发表在《自然·通讯》上。

　　研究人员使用新冠病毒刺突蛋白（S蛋白），以及搭载了S蛋白的黑猩猩腺病毒载体疫苗来使羊驼免疫，接着通过酵母展示技术，从出现免疫反应的羊驼体内分离出了593个可以与新冠病毒原型株的重组刺突蛋白三聚体结合的纳米抗体。其中有124个对新冠病毒原型株的假病毒具有中和能力，这些抗体中也有91个对SARS病毒病毒有交叉中和能力，而且除了2个抗体之外，其余抗体都可以与S蛋白中的受体结合域（RBD）强结合。他们还解析了与RBD结合的抗体的高分辨率晶体结构，以揭示其分子结构和抗病毒机制。他们通过给一种转基因小鼠注射发现的3-2A2-4纳米抗体，证实这种纳米抗体可以有效预防奥密克戎和德尔塔活病毒感染，并表现出了优异的防护能力，如防止和降低肺部组织感染。

　　· 能源 ·

　　太阳能分解水制氢的高效率催化剂

　　科学家在户外利用他们制备的太阳能板分解水制氢。图片来源：Brenda Ahearn/Michigan Engineering, Communications and Marketing

　　近日，一项发表于《自然》的研究开发了一种新的太阳能板，它可以通过模仿自然光合作用的关键一步，以高达9%的效率将水转化成氢气和氧气。这几乎是太阳能分解水制氢的现有技术性能的10倍。新太阳能板内的半导体催化剂由生长在硅表面上的氮化铟镓纳米结构制成，可以捕获光。这种催化剂可以帮助太阳能板聚集更多的阳光来加以利用；另一方面，它也能使捕获的阳光中波长较短的部分用来分解水，同时使波长较高的部分为反应提供热量。由于它具有自修复的能力，所以可以避免高强度光对半导体的损害，也能耐受更高的温度。

　　此外，太阳能板顶部还有一个绝缘层，它可以将温度保持在约75℃，这足够温暖到促进反应的进行，同时对于催化剂来说也足够凉爽以使其发挥良好的作用。在利用他们制备的太阳能板分解水制氢时，研究人员发现，如果在阳光和温度都不太充足的户外，可以实现了6.1%的转化效率，而在室内则能使转化效率达到9%。与这项工作相关的部分知识产权已授权给了NS Nanotech Inc.和NX Fuels Inc.——这项新研究的通讯作者是这两家公司的联合创始人之一。

　　· 基因技术 ·

　　一种新型CRISPR基因剪刀，能切割DNA和RNA

　　在细菌等原核生物中，CRISPR-Cas系统可以充当免疫系统的一部分，靶向和降解细菌中的外来DNA成分。最近在一篇发表于《自然》的文章中，来自德国维尔茨堡大学等机构的科学家从Sulfuricurvum sp. PC08-66中发现了一种核酸酶 Cas12a2。它在crRNA的引导下识别出外来的质粒后，能展现出非特异性切割双链DNA、单链DNA和单链RNA的活性。Cas12a2的激活会诱导细菌产生SOS反应，并抑制细菌生长。其中对双链DNA的切割活性，促使细菌进入休眠和死亡，导致外来DNA的感染流产。

　　在另一篇发表于《自然》的研究中，来自美国德克萨斯大学奥斯汀分校等机构的科学家确定了 Cas12a2的二维、三维和四维结构，揭示了其完整的作用过程。研究显示，Cas12a2最初是自抑制的，被PFS序列（protospacer-flanking sequence）激活后，能结合与其crRNA配对的RNA。此外，Cas12a2能通过扭曲双链DNA，促进其中部分区域溶解，来结合并降解双链DNA，并发挥免疫功能。研究显示，这个目前发现的首个细菌依赖单个核酸酶来识别入侵者，并降解细菌内DNA和RNA的防御系统。

　　· 新技术 ·

　　突破性发现与技术发明正在减慢

　　发现与发明被认为是科学理论和技术变革的自然产物，它们能让之前积累的知识推动未来的发展与进步。科技新知识的数量在最近几十年里呈指数增长，近期发表于《自然》的一项研究分析了60年里的4500万篇论文和390万个专利，结果发现无论哪个领域，论文与专利的突破性都在随时间流逝而下降。研究人员认为其原因是科学家和发明家近几十年来一直在依赖一套较为狭窄的现有知识体系。这项研究提醒我们，很有必要对我们未来的科技创造重新谋划布局。

　　为了研究这些假设，研究人员使用名为CD指数的量化指标，它能测量论文和专利是怎样改变科学和技术的引用网络的。他们将科技变革的理论突破分为两类：改善性的和颠覆性的，后者能淘汰旧的知识，引导新的科技发展方向。他们发现，所有学科的发现与发明的突破性都在下降：论文方面，1945年至2010年的CD指数降幅从91.9%（社会科学）到100%（下降到0， 物理学）；专利方面，1980年至2010年的降幅从78.7%（计算机和通讯）到91.5%（医药）。1980年以来，生命科学、医学和物理学领域的论文突破性降速稍缓，社会科学和技术领域的下降最为显著、持久。对其他指标的分析也重复了以上发现，这些指标包括论文中的文字多样性，以及使用突破类词汇与改善类词汇的对比。

　　· 新冠病毒 ·

　　曹云龙团队最新研究：XBB.1.5传播性增强，由与ACE2结合增强和抗体逃逸导致

　　1月3日，在一篇发表于预印本平台bioRxiv的论文中，曹云龙的研究团队揭示了奥密克戎XBB.1.5毒株传播力增强的原因。XBB.1.5是重组变异株XBB的一个亚变种。目前正在美国迅速传播，相比于 XBB.1、BQ.1.1以及XBB谱系下的其他毒株，XBB.1.5的刺突蛋白上增加了一个突变位点（Ser486Pro）。

　　研究人员采集了接种3针科兴疫苗后出现BA.1、BA.5或BF.7突破性感染的患者的恢复期血浆样本，评估了血浆针对XBB.1和XBB.1.5的50%中和滴度（NT50）。研究显示，相比于B.1，BA.5突破性感染的血浆样本针对 XBB.1和XBB.1.5的NT50分别降低了44倍和39倍，BF.7突破性感染的血浆样本分别降低了31倍和27倍。这也显示XBB.1和XBB.1.5能明显逃脱血浆中抗体的中和，XBB.1.5的免疫逃脱能力略弱于XBB.1。他们还发现，XBB.1.5与hACE2的亲和力强于BQ.1.1和XBB/XBB.1毒株。此外，抗体Evusheld和Bebtelovimab无法中和XBB.1/XBB.1.5，Sotrovimab的中和能力较弱，不过SA55仍然有效。研究表明，XBB.1.5和受体结合的亲和力增强确实会带来更大的感染优势。

　　· 物理学 ·

　　打水漂？试试胖而弯的石头！

　　大质量弧形石头进入、停留、弹出水面并成功打出超级反弹的示意图。图片来源：原论文

　　想打出令人震撼的水漂吗？谁都知道选一块好石头至关重要。虽然薄而平的石头能打出最大连击数，但英国布里斯托大学的科学家在1月4号发表于《皇家学会报告A》（Proceedings of the Royal Society A）的论文中，推荐我们下次试试胖而弯曲的石头，其实它们可以打出意想不到的动力学效果——巨大的水面反弹（投掷角度也是尽可能与水面平行）。

　　研究人员通过建模研究了固体的形状和质量在打水漂中的作用，这里，打水漂指的是一个二维固体薄片斜向冲击浅层无粘性液体并反弹的过程。他们的模型能定量预测固体和液体在这个过程中持续时间和演化方式。他们发现，较重的石头会产生“超级反弹”（super-elastic response），导致巨大跳跃——当石头击中水面时，水平速度变成了垂直速度，而重的石头导致这种相互作用产生更大的力量，结果就弹得比原来更高。他们发现，需要以质量的2/3次方的比率增加石头下曲面的曲率，这样更重的石头将有机会成功打出超级反弹水漂。曲率太低将打不出水漂，太高则没有超级反弹。

　　撰文：王怡博、clefable、陶兆巍