2019年度中国科学十大进展揭晓！

悦智网 · 公众号 · · 2020-02-28 15:30

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发展人工通用智能（AGI）的方法一般有两种：以计算机科学为导向或以神经科学为导向，将两者结合是目前公认的最佳发展AGI的路径。由于它们的构想和编码方案有着根本的不同，这两种方法依赖于截然不同且互不兼容的计算平台，非常困难构建一个二者集成的计算平台，从而阻碍了AGI的发展。因此，发展一个能够同时支持流行的基于计算机科学的人工神经网络和受神经科学启发的模型和算法的通用平台非常重要。

清华大学施路平研究组与合作者提出了一种 天机芯片架构，它高效集成了上面的两种方法，提供了一个异构集成的协同计算平台。 该芯片采用多核结构、可重构构件和流线型数据流的混合编码方案，既能同时独立支持基于计算机科学的机器学习算法和神经科学主导的算法以及神经科学中的多种编码方案，还支持两者的异构混合建模，提供新的解决方案。研究人员仅使用一个芯片，演示了无人驾驶自行车系统中通用算法和模型的同步处理，实现了实时目标检测、跟踪、语音控制、避障、过障和平衡控制。该项研究有望为更通用的硬件平台发展铺平道路并推动AGI的发展。

项目研制的天机异构芯片

3. 提出基于DNA检测酶调控的自身免疫疾病治疗方案

病毒的种类成千上万，其感染特点和致病方式也是千变万化，但是万变不离其宗的是，当病毒入侵时，其自身的遗传物质会不可避免地被带入到宿主细胞中。机体针对这些外源遗传物质（如DNA等）迅速做出反应，甚至不惜以伤及自身为代价，这是病毒感染导致致死性炎症的主要原因。关于外源DNA诱发免疫反应的认识可以追溯到上百年之前，然而其背后的机理并不清楚。 2013年，这一领域国际上取得了重要突破，科学家鉴定发现蛋白质cGAS（环鸟苷酸-腺苷酸合成酶）是胞内DNA病毒感受器。随着cGAS被揭示，科学家发现在检测病毒入侵以外，cGAS的异常激活也直接导致一类自身免疫疾病。因此，寻找有效控制cGAS活性的手段并探究其调控机理，对抵抗病毒感染及自身免疫疾病的治疗都至关重要。

军事医学研究院（国家生物医学分析中心）张学敏和李涛研究组与合作者发现，乙酰化修饰是控制cGAS活性的关键分子事件，并揭示了其背后的调控规律。研究人员鉴定了cGAS的3个关键乙酰化位点（K384、K394和K414），发现其中任何一个位点发生乙酰化修饰，都可以致使cGAS失去活性。进而，研究者发现乙酰水杨酸（阿司匹林）可以强制cGAS在上述关键位点上发生乙酰化从而抑制其活性。此外，对cGAS调控机制的进一步探究发现，cGAS在胞内是以复合物形式存在并发挥功能的。研究人员利用蛋白质质谱技术鉴定到了cGAS的关键调控因子——G3BP1。机制研究揭示G3BP1与cGAS结合，通过帮助cGAS形成多聚物确保其能更高效地识别DNA。在缺失G3BP1的情况下，细胞中cGAS的活性明显降低。重要的是，绿茶茶多酚的主要成分、天然小分子化合物EGCG是G3BP1的抑制剂。研究人员发现EGCG能够通过干扰G3BP1与cGAS的相互作用，抑制cGAS激活。 上述研究不但揭示了机体抗病毒感染的关键调控机制，还发现了有效的cGAS抑制剂，为AGS（艾卡迪综合征）等自身免疫疾病提供了潜在治疗策略。

cGAS结构及其3个关键乙酰化位点

4. 破解藻类水下光合作用的蛋白结构和功能

光合作用利用太阳光把二氧化碳和水转换成有机物和氧气，为地球上几乎所有生物的生存提供了能源和氧气。为了适应不同的光环境，光合生物进化出了各种不同的色素分子和色素结合蛋白，由此来最大程度地利用不同环境下的光能。硅藻是一种丰富和重要的水生光合真核生物，占水生生物原初有机物生产力的40%，或地球总原初生产力的20%，在全球的碳循环中发挥了重要作用。硅藻在水生环境下成功繁殖的重要因素之一是因为它含有岩藻黄素/叶绿素结合膜蛋白（FCPs），该色素蛋白使硅藻具有独特的光捕获和光保护及快速适应光强度变化的能力。

中国科学院植物研究所沈建仁、匡廷云研究组报道了海洋硅藻——三角褐指藻FCP的高分辨率晶体结构，揭示了蛋白支架内的7个叶绿素a、2个叶绿素c、7个岩藻黄素以及可能的1个硅甲藻黄素的详细结合位点，从而揭示了叶绿素a和c之间的高效能量传递途径。该结构还显示了岩藻黄素与叶绿素之间的紧密相互作用，使能量通过岩藻黄素高效地传递和淬灭。该研究团队进一步与清华大学生命科学学院隋森芳研究组合作，解析了硅藻的光系统II（PSII）与FCPII超级复合体的分辨率为3.0埃的冷冻电镜结构。该超级复合体由两个PSII-FCPII单体组成，每个单体包含了1个具有24个亚基的PSII核心复合体和11个外周FCPII天线亚基，其中的FCPII天线以2个FCPII四聚体和3个FCPII单体存在。整个PSII-FCPII二聚体包含230个叶绿素a分子、58个叶绿素c分子、146个类胡萝卜素分子以及锰簇复合物、电子传递体和大量脂分子等。该结构揭示了硅藻PSII核心中特有亚基的特点及其与高等植物PSII-LHCII复合体明显不同的天线亚基排列方式，以及硅藻巨大的色素分布网络，为阐明硅藻高效的蓝绿光捕获、能量转移和耗散机制提供了坚实的结构基础。