新晋诺奖得主用AI从头设计蛋白质，中和蛇毒丨科技周览

整理 | 周舒义、平生

研究估计美国痴呆症患者数将显著上升

1月13日发表于Nature Medicine的一项研究显示，美国痴呆症患者数将显著上升，每年新增的痴呆症患者数预计将从2020年的大约51.4万人上升至2060年的约100万人。

此前的弗雷明翰心脏研究（Framingham Heart Study）显示，美国超过14%的男性和23%的女性可能在一生中患上痴呆症，但这个数字可能已经过时并低估了真实风险，同时无法体现族裔差异。

新研究纳入了美国15043名55岁以上的黑人和白人（他们在55岁时都未罹患痴呆症），分析了他们逾30年的健康数据记录（1987-2020）。结果发现，在平均随访期23年后，55岁时样本人群的痴呆症终身风险（截至95岁）为42%，其中55岁至75岁年龄段的患病风险增至4%，75岁至85岁的患病风险增至20%，85岁至95岁的患病风险增至42%。

此外，女性的终身患病风险为48%，高于男性的35%。非洲裔人群的终身患病风险（44%）高于白人受试者（41%），有两个APOE ε4基因拷贝的受试者（59%）高于只有一个拷贝（48%）或没有拷贝（39%）的受试者。研究人员认为，尽早采取措施应对高血压、糖尿病、听力受损等带来的健康影响有助降低痴呆症风险，并且众多痴呆症风险诱因中有一半可以预防。

研究人员还呼吁，不同年龄段人群可能需要不同的痴呆症预防和护理方式。他们指出，新研究可能低估了这些人群中真实的痴呆症发病率，而且研究只包含了美国黑人和白人，未涉及更加多样化的人群。

据《纽约时报》援引的统计数据，美国当前的痴呆症患者超过600万人，占该国65岁及以上人群的近10%，这一疾病每年在美国导致超过10万人死亡，给当地家庭和医疗保健体系带来沉重负担。

相关论文：https://www.nature.com/articles/s41591-024-03340-9

能即时翻译101种语言的语音翻译系统

1月15日发表在Nature的一项研究介绍了由Meta开发的开源多语言、多模态机器翻译模型SEAMLESSM4T，能翻译多达101种语言的语音和文本，包括语音到语音的直接翻译。其填补了语言覆盖方面的空白，且性能优于现有的系统。这项工作公开可用（非商业用途），或为快速通用翻译铺平道路。

熟悉科幻小说的读者可能知道《银河系漫游指南》里的“巴别鱼”，这种小鱼能侵入耳朵，即时将一种口语翻译成另一种口语。“巴别鱼”对于打破文化隔阂、促成全球交流非常有用，但大多数现有的机器学习翻译系统都是文本导向的，或需要分步进行——先语音识别，然后翻译成文本，再将文本转换成语音。此外，现有语音到语音模型的语种覆盖范围也远低于文本到文本的模型，并且倾向于从源语言翻译成英语，而非从英语到另一种语言。

语音到语音的即时翻译 | Nature

为了解决这些限制，Meta“无缝交流团队”开发的SEAMLESSM4T支持多达101种语言之间的多种翻译模式。SEAMLESSM4T可以支持语音到语音（识别101种语言并翻译为36种语言）、语音到文本（101种语言译为96种）、文本到语音（96种语言译为36种）、文本到文本（96种语言）的翻译，以及自动语音识别（96种语言）。在语音到语音的翻译中，SEAMLESSM4T可以“一步到位”，直接将语音译成语音，而无需语音-文本转换的中间过程，翻译比现有系统准确23%。此外SEAMLESSM4T还可过滤背景噪音，并适应不同说话者的口音差异。

作者总结说，虽然还需要进一步优化，SEAMLESSM4T可能代表着跨越语言障碍、促进交流的一大进步。

相关论文：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08359-z

新晋诺奖得主用AI从头设计蛋白质，中和蛇毒

1月15日，新晋诺贝尔化学奖得主、蛋白质设计先驱David Baker在Nature发表论文，提出用AI从头设计出自然界不存在的蛋白质，能够有效中和蛇毒中的剧毒成分，为开发更安全、更有效、更经济且更易获取的抗蛇毒疗法带来了新希望。

蛇毒复杂且致命，能够迅速引发组织损伤、出血、神经功能障碍甚至死亡。据世界卫生组织（WTO）统计，每年有180万至270万人被毒蛇咬伤，约10万人因此死亡，30万人终身残疾。当前临床唯一能针对性治疗毒蛇咬伤的抗蛇毒血清是从免疫动物的血浆中提取的，这种疗法成本较高、难以批量生产，且通常存在过敏性休克和发热反应等严重不良反应风险。

来源：University of Washington

作者团队重点研究了眼镜蛇科蛇类毒液中的三指毒素（3FTxs），这是一类高致命的神经毒素，通过与受害者体内的烟碱型乙酰胆碱受体（nAChRs）结合，干扰正常的神经传导，能够迅速引发肌肉瘫痪、呼吸衰竭和组织坏死，而现有的抗蛇毒疗法往往对其无效。他们采用基于人工智能的蛋白质从头设计方法——RFdiffusion，设计出了一种稳定的迷你蛋白，可与多种三指毒素亚型的关键区域结合，以消除毒性。动物实验表明，这些蛋白能有效对抗致命剂量的三指毒素，小鼠存活率达到80%~100%。

据介绍，新型蛋白质与传统抗蛇毒疗法相比具有诸多优势：其无需依赖动物免疫即可生产，可以更好地保证一致性；和通常抗体相比，新型蛋白质尺寸更小，或可实现更强的组织渗透，从而快速起效；大多数从头设计的蛋白质在高温下仍能保持折叠和活性，更容易运输和长时间存储。

尽管这些结果令人鼓舞，但研究小组强调，在可预见的未来，传统抗蛇毒血清仍将是蛇咬伤的主流疗法，新方法短期内还仅仅是作为一种补充。此外，蛋白质设计可以大幅节约新药开发的成本和资源需求，有望为其他疾病的疗法研发铺平道路。

相关论文：http://dx.doi.org/10.1038/s41586-024-08393-x

世界气象组织：全球平均气温首次突破1.5℃温控目标

世界气象组织（WMO）当地时间1月10日称，根据对六份国际数据的综合分析，确认2024年是有记录以来最热的一年。数据显示，2024年全球平均气温比工业化前平均水平高出约1.55℃，是首个全球平均气温比工业化前水平高出1.5℃以上的年份。

以上结果根据多种数据来源综合评估，包括欧洲中期天气预报中心（ECMWF）、日本气象厅、美国航空航天局（NASA）、美国海洋和大气管理局（NOAA）、英国气象局与东英吉利大学气候研究室（HadCRUT）以及伯克利地球研究所。六个数据集的综合不确定性为0.13°C。

全球178个缔约方共同签署的《巴黎协定》提出，“将全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2°C之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5°C之内，并认识到这将显著减小气候变化带来的风险和影响”。

WMO秘书长席列斯特∙绍罗说：“必须强调的是，单一年度的温度升幅超过1.5°C并不意味着我们已不能实现《巴黎协定》的长期温度目标，因为长期温度目标是以几十年而不是单一年度来衡量的。然而，我们必须认识到，每升温0.1度都事关重大。无论升温是低于还是高于1.5°C，全球升温每一分额外增量都会增加对我们的生活、经济和地球的影响。” WMO成立的一个国际专家小组已初步表明，根据2024年的评估，与1850-1900年基线相比，长期全球升温幅度目前约为1.3°C。

发表在《大气科学进展》上的另一项研究发现，2024年的海洋升温对温度创历史新高起到了关键作用。根据中国科学院大气物理研究所成里京研究员牵头开展的研究，海洋表层、上层2000米内的温度已达到有人类记录以来的最高值。

老想吃糖与一种肠道细菌有关？

1月13日发表在Nature Microbiology的一项研究表明，一种肠道细菌可能与减少饮食糖摄入相关。该研究基于人类和小鼠研究，有助于开发能管理肥胖症以及2型糖尿病等代谢疾病的疗法。

动物在生理学上有嗜糖倾向，但不受管理的糖偏好会增加糖摄入，导致血糖升高，代谢病风险增加。过往研究显示，我们对不同食物的渴望源于肠道传给大脑的信号，肠道是传递饮食偏好的一个关键器官。然而，对嗜糖的调控是一个复杂的过程，而且肠道菌群的作用也一直不明。

研究人员分析了18只诱导糖尿病的小鼠和60名2型糖尿病患者的血液，并与健康对照组（包括24名人类对照）进行了对比。他们发现，糖尿病小鼠和人类血液中的FFAR4水平更低，这是一种能激活GLP-1（一种调节血糖和食欲的激素）分泌的蛋白。研究团队观察到，小鼠中FFAR4的水平低与更爱吃糖有关。他们还发现，FFAR4水平低会降低肠道微生物普通拟杆菌（B.vulgatus）及其代谢物泛酸盐的肠道丰度。小鼠模型实验表明，泛酸盐负责GLP-1分泌以及后续FGF21的分泌，FGF21是一种直接作用于下丘脑的肝激素，而下丘脑是控制喂食行为的脑区。通过向糖尿病小鼠喂食泛酸盐，和在糖尿病小鼠中种植普通拟杆菌，都能显著减少它们寻求糖的行为。

这些发现揭示了一种新型糖偏好形成的内在调控机制：肠道脂肪酸受体通过调节肠道关键菌群B.vulgatus的丰度及其代谢产物泛酸，进而诱导体内激素分泌以维持糖摄食行为平衡。该研究为糖尿病预防提供了一种有效策略，提出进一步开发FFAR4组织特异性激动剂或靶向调节B.vulgatus可能是预防糖尿病的一种方法，未来还需要进一步的临床研究，来验证这一肠-肝-脑轴作为营养感知途径调控代谢性疾病的潜在应用价值。

相关论文：https://www.nature.com/articles/s41564-024-01902-8

已知寿命最短的超重原子核

在一项1月14日发表于《物理评论快报》的研究中，研究人员测量到一种名为-252（Rf-252）的核素半衰期仅60纳秒（1纳秒 = 1×10^（⁻⁹）秒）。这是目前已知寿命最短的超重原子核。

在新研究中，物理学家使用GSI/FAIR UNILAC加速器生成钛-50（Ti）离子束，轰击由铅-204（Pb）制成的箔靶。他们通过尝试四种不同能量的离子束，成功使钛原子核与铅原子核融合产生-254。-254不稳定，会失去一个中子形成-253，或失去两个中子形成-252。

反应产物随后通过“超锕系元素分离器和化学仪器”（TASCA），该装置能选择性地将原子从加速器其他反应产物中分离出来，并将其移入一个特殊的半导体检波器中。通过测量元素衰变时的辐射即可准确鉴定出原子种类。最终，研究团队共观测到27个-252离子，其表观半衰期为13微秒。通过先进的检测和数据采集系统，研究人员发现13微秒的寿命主要归因于-252的激发态（同核异能态），而基态半衰期仅60纳秒。

这一结果刷新了已知超重核寿命的下限，比此前记录短了近两个数量级。研究团队指出，正是由于-252的激发态存在较长的寿命，才使得其基态的短寿命得以被观测和测量。-252是最缺乏中子的同位素。这一发现为改进裂变行为的理论模型提供了重要数据，同时也为预测富含中子的超重核裂变半衰期提供了参考。（原理）

SpaceX“星舰”第七次试飞，飞船解体；新格伦火箭首飞

美国太空探索技术公司（SpaceX）新一代重型运载火箭“星舰”1月17日实施第七次试飞。发射后不久，该火箭第一级助推器再次实现“筷子夹火箭”回收，但火箭第二级飞船快速解体。

直播画面显示，美国中部时间16日16时37分（北京时间17日6时37分），“星舰”从位于美国得克萨斯州博卡奇卡的基地发射升空。两分多钟后，火箭第一级“超重型”助推器和第二级飞船成功分离。随后助推器返回发射场，被发射塔上的机械臂在半空中“捕获”回收。但第二级飞船在飞行约8分半钟后与地面团队失去联系，飞船直播画面中断。

SpaceX公司在社交媒体X上发文说，第二级飞船在上升期间经历了“快速、意外解体”。任务团队将继续研究当天的飞行测试数据，以更好了解出现问题的根本原因。该公司称，当天的试飞能够帮助任务团队提高“星舰”的可靠性。

SpaceX公司创始人埃隆·马斯克在社交媒体X上表示，初步迹象显示，“星舰”飞船引擎防火墙上方的空腔中发生燃料泄漏，泄漏量过大导致其产生的压力超过通风口容量可承受的范围。下一步除了检查泄漏状况外，任务团队还将在该空腔内增加灭火装置，并可能加大通风口面积。

据介绍，此次发射的“星舰”飞船进行了系列升级，包括飞船前襟翼尺寸缩小，位置更靠近飞船前端、远离隔热罩；对推进系统进行了重新设计；隔热瓦使用新一代瓦片等。这些升级将提高飞船性能、续航力和可靠性。此次试飞的重点目标包括“筷子夹火箭”陆地回收、“星舰”首次在太空进行卫星模拟部署测试等。由于飞船失联，此次任务只实现了第一个目标。

另一方面，北京时间1月16日15时03分许，美国蓝色起源公司研制的“新格伦”重型运载火箭首飞。该火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军基地发射升空。随后火箭一二级分离。发射约13分钟后，蓝色起源公司确认火箭第二级及其搭载的“蓝环探路者”飞行器进入预定的中地球轨道。火箭第一级原计划降落到距发射场约1000公里的大西洋上的回收船上，但海上回收失败。

据介绍，“新格伦”火箭以美国首个完成绕地球轨道飞行的宇航员约翰·格伦的名字命名，火箭高98米，第一级配有7台强大发动机，设计目标是至少进行25次飞行。“蓝环探路者”飞行器固定在火箭第二级上，将随火箭一起进行约6个小时的绕地球轨道飞行。“蓝环探路者”将测试和验证蓝色起源公司“蓝环”轨道飞行器的关键技术，包括核心飞行、地面系统、运行能力以及轨道到地面的通信能力等。

蓝色起源公司在社交媒体X上表示，该公司为“新格伦”首飞进行了充分准备，但无论多少次地面测试或任务模拟都无法与正式飞行相比。当天任务的首要目标是火箭安全进入地球轨道。

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