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  法国科学家找到了提高塑料回收率的方法:对酶进行改造,就能将你手中的塑料瓶回收率提高3倍。相关研究于4月8日在《自然》上发表。  作为世界上最常见的塑料成分,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)全球年产量可达7000万吨。尽管许多地区都把PET塑料瓶列为可回收物,但其回收率并不尽如人意,可能只有三成被回收,并被制成低强度的新塑料。  回收时还有一个尴尬的问题:PET塑料有各种颜色,如果不加区分统一回收,高温熔化后生成的就是黑色或灰色塑料颗粒——这类颜色的塑料制品并不受包装生产商欢迎,所以这些再生品往往会被制成地毯或其他低级塑料纤维制品,最终归宿依然是被填埋或焚化。  为了解决这些问题,研究者从各种微生物中寻找能分解PET和其他塑料成分的酶。2012年,日本大阪大学的研究者在堆肥中找到了叶分支堆肥角质酶(LLC),这种酶可切割PET分子,但存在分解速度缓慢、持续性差等缺点。  于是,来自图卢兹大学的科学家与可持续塑料公司展开合作,从LLC的晶体结构入手,对其做了改造。  LLC能降解塑料,是因为它能与PET分子中连接对苯二酸酯和乙二醇的化学键结合,并使其断裂。在结合接头处,研究者发现了一种关键的氨基酸,并据此改造出数百个突变版本的LLC。为了使其在更高温度下工作,研究者还添加了热稳定酶。  综合、筛选、比对了大量突变版本后,研究者最终找出了加强版LLC,其断裂化学键的效率比原始版本高一万倍。而且,原始版本的工作最高温度是65℃,加强版将这一温度提高到72℃。  在反应器中,加强版酶可在10小时内分解200克PET塑料,分解效率达到90%。研究人员据此改造了PET原料,并发现新材料制作的塑料瓶的坚固程度和传统塑料制出的瓶子一样。  该技术已扩大应用规模,相关公司正在建设示范性工厂,预计每年可回收数百吨PET,计划于明年建成。但该技术目前还不能实现聚乙烯和聚苯乙烯等其他类塑料的回收,该技术可否成功市场化仍然未知。不过,有研究者表示,未来消费者及制造商可能愿意为同样坚固但可回收性更高的再生塑料支付稍高一些的价格。  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2149-4

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  在线教育,远程办公,无人配送,健康监测,数据研判……在新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控中,以人工智能为代表的新兴科技,渗透进社会运行的方方面面。4月9日上午,在中国科协学会学术部、中国科学报、腾讯科协和腾讯集团发展研究办公室主办的人工智能科技与经济融合新引领线上研讨会中,中国工程院院士李国杰指出,人工智能在疫情防控中发挥了巨大作用,但总体来说,仍有较大提升空间。“表现好的领域,靠的是过去的数据积累;缺数据的领域做得就不太顺,比如病毒溯源。”李国杰说。  最近,“新基建”成了热词。5G网络、工业互联网、物联网等网络基础、数据中心等数字基础、人工智能等运算基础,成为必要而普遍的新型基础设施。李国杰指出,还要高度重视“软基建”,也就是大力共建共享人工智能基础数据平台、训练平台和软硬件工具链。  深度学习克服不了对数据的高度依赖。“人工智能和大数据实际上是一对双胞胎,人工智能复兴主要是靠数据智能或者计算智能。做得好的人工智能应用,都对数据有强烈需求。”李国杰表示,缺乏高质量数据会成为人工智能发展的瓶颈。因此,要构建基础数据平台。深度学习效果的好坏,也要依赖训练,因此得充分利用搭载国产芯片的高质量人工智能训练平台,推动人工智能训练的共享,形成公共服务体系。“现在发展数字经济,就要大力发展人工智能应用需要的各种工具库、算法库、软件库,打造一个完整的工具链,大大降低人工智能应用开发门槛。”  中国科学院计算技术研究所研究员山世光也看到了软件平台的问题。“我国在基础硬件平台上的投入大,但在基础软件平台上的投入则相对较少。和国外发达国家相比,我们落后至少4—8年。”山世光指出,深度学习的主流底层框架建设在北美,虽然最近我国也有不少动作,百度、华为这样的企业都在布局,但没有形成合力。“或许再过5到10年,我们就需要大量能够完成简单但应用面较广的人工智能算法的人工智能人才。”山世光表示,在低门槛的人工智能研发平台和工具打造方面,我国应该抢占先机。  具体到人工智能的应用上,李国杰强调,应用和基础研究是两个不同的课题,有截然不同的目标和任务。在发展人工智能产业时,要强调的是技术的融合,是用技术解决实际问题。他举了个例子——健康码。码的智能含量并不高,但在疫情期间,它成了每个人的健康证明。“这就解决了最刚性的需求。”李国杰说,如果再往健康码里注入些智能,比如行为轨迹,比如何时和确诊者有接触、接触了多久……做得好了,它就能大大减轻疫情防控工作人员的负担。“企业要把人工智能当成求解的方法,它不是‘老大’。人工智能应该是蛋糕上的奶酪,要把蛋糕看得更重一些。”李国杰强调。  (原载于《科技日报》2020-04-1003版)

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  利用先进的基因编辑技术,我国科学家在治疗神经性疾病的基础研究方面,取得重要进展。首次在小鼠模型上,成功恢复永久性视力损伤小鼠的视力,同时还基本消除了帕金森模型小鼠的疾病症状。  在科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、上海市的相关项目资助下,由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杨辉研究组完成的这项研究,通过基因编辑技术,成功诱导胶质细胞“变身”为神经元。这为阿尔兹海默症、帕金森症、青光眼等众多神经退行性疾病的治疗,探索了一个新的途径。国际权威学术期刊《细胞》8日在线发表了相关研究论文。  人类的神经系统包含成百上千种不同类型的神经元。在成熟的神经系统中,神经元一般不会再生,一旦死亡,就是永久性的。而神经元的死亡,则会导致不同的神经退行性疾病。在常见的神经性疾病中,视神经节细胞死亡导致的永久性失明和多巴胺神经元死亡导致的帕金森症尤为特殊,它们都是由于特殊类型的神经元死亡所导致的。  如何在成体中让视神经节细胞和多巴胺神经元获得再生?研究人员对小鼠模型的胶质细胞进行了基因编辑,设计了一套能够特异性标记“穆勒胶质细胞”的系统,再将能诱导神经细胞形成的基因编辑系统,包装成“病毒”,注射到小鼠的视网膜。  约1个月后,研究人员在小鼠的视网膜视神经节细胞层,发现了由穆勒胶质细胞转分化而来的视神经节细胞。这些诱导而来的视神经节细胞,不仅可以对光刺激产生相应的电信号,还可以和大脑中正确的脑区建立功能性联系,将视觉信号传输到大脑,成功恢复视觉功能。  进一步的研究还表明,通过这一基因编辑技术,还能将小鼠模型中特定区域的“星形胶质细胞”非常高效地转分化为多巴胺神经元。转分化而来的多巴胺神经元,能将帕金森模型小鼠的运动障碍,逆转到接近正常小鼠的水平。  这项研究的负责人杨辉指出,尽管将胶质细胞转分化为神经元的基因编辑技术在实验室里取得重要进展,但要将研究成果真正应用于人类疾病的治疗,还有很多工作要做。人类的视神经节细胞能否再生?帕金森患者是否能通过该方法被治愈?研究人员今后将从小鼠模型转到灵长类模型,进一步深入研究。

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  需要指出的是,虽然科学家们在实验室里取得了重要进展,但是要将研究成果真正应用于人类疾病的治疗,还有很多工作要做。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心供图  中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)杨辉研究团队运用最新开发的RNA靶向CRISPR系统CasRx,特异性地在视网膜穆勒胶质细胞中敲低Ptbp1基因的表达,首次在成体中实现了视神经节细胞再生,让永久性视力损伤的模型小鼠“重见光明”;同时证明了这项技术可将纹状体内的星形胶质细胞转分化成多巴胺神经元,基本消除帕金森病小鼠的相关症状。相关成果4月8日在线发表于《细胞》。  在成熟的神经系统中,神经元一般不会再生。在神经退行性疾病中,视神经节细胞死亡导致的永久性失明和多巴胺神经元死亡导致的帕金森病是尤为特殊的两类,如何在成体中再生这两种特异类型的神经元,一直是众多科学家努力的方向。  研究人员首先在体外细胞系中筛选了高效抑制Ptbp1表达的gRNA,设计了特异性标记穆勒胶质细胞和在穆勒胶质细胞中表达CasRx的系统。所有元件以双质粒系统的形式被包装在AAV中并且通过视网膜下注射,特异性地在成年小鼠的穆勒胶质细胞中下调Ptbp1基因的表达。研究表明,在视网膜视神经节细胞层发现了由穆勒胶质细胞转分化而来的视神经节细胞。这些视神经节细胞不仅可以像正常的细胞那样对光刺激产生相应的电信号,还能通过视神经和大脑中正确的脑区建立功能性的联系,并将视觉信号传输到大脑。换言之,在视神经节细胞损伤的小鼠模型中,转分化的视神经细胞可以让永久性视力损伤的小鼠重新建立对光的敏感性。  为进一步发掘治疗潜能,研究人员证明了该策略还能特异性地将纹状体中的星形胶质细胞高效地转分化为多巴胺神经元,并证明了转分化的多巴胺神经元能够展现出和黑质中多巴胺神经元相似的特性。在行为学测试中,研究人员发现“华丽转型”的多巴胺神经元“再就业”成功——可以弥补黑质中缺失的多巴胺神经元的功能,从而将帕金森模型小鼠的运动障碍逆转到接近正常水平。  相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.024  (原载于《中国科学报》2020-04-10第1版要闻)

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  缓解全球气候变化,需要清洁能源和有效清除大气中的碳。近日,由自然保护协会和中国科学院昆明植物研究所等联合进行的一项研究,首次将土壤在全球森林、湿地、农业和草原上的碳减排潜力汇总在一起,计算出全球土壤在碳储存方面的巨大潜力。研究成果在线发表于《自然》子刊《自然-可持续发展》(Nature Sustainability)上。  气候变化及其引起的干旱、暴雨、洪灾等极端气候事件的增加,正在极大地改变人类生存环境,而减缓气候变化,是应对气候变化的主要内容之一。虽然大自然在缓解失控的气候变化方面有着强大的作用,但与对森林或红树林等减缓作用的关注相比,土壤作为自然气候解决方案在历史上所受的重视程度一直较低。  由于具有农业方面的相关利益,增加土壤碳含量是增加碳汇和减少排放的一种有效的方法。但是,土壤碳气候战略的实际实施滞后于其潜力,部分原因是人们对潜在规模以及如何利用这种机遇缺乏明确的认识。昆明植物研究所山地中心的研究人员量化了陆地为主的土壤碳在自然气候解决方案中的作用,并回顾了一些可利用潜力的项目设计机制。  研究表明,土壤占全球自然气候解决方案总潜力的25%,其中40%是对现有土壤碳的保护,而60%是对濒危种群的重建。土壤碳占森林缓解潜力的9%、湿地的72%、农业和草地的47%。除减缓气候变化外,土壤碳对于陆地上防止碳排放,清除大气中二氧化碳和提供生态系统服务的贡献也很重要。  研究及时提醒,人类不应忽视土壤和改良土壤管理具有储存碳的巨大潜力,以及这些生态系统能为气候、野生动物和农业带来的诸多好处。  此外,农林复合经营是增加土壤有机碳最重要的途径之一,具有巨大的全球减缓气候变化的潜力。以改善土壤健康为基础的良好农业生产,不仅可有效增加农业生物多样性和生计多样化,还可提高农场和生态系统的恢复力。对农业部门来说,更有效地管理土壤,就是在为减缓气候变化作出的最大贡献。  (原载于《科技日报》2020-04-0906版)

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