矢志创新攻坚 建设科技强国
发布时间:2024-07-17 | 发布者： 东东工作室 | 浏览次数： 次
图①：乔杰（左）与团队成员交流课题进展。
北京大学第三医院供图
图②：鞠杨（左）在井下现场与技术人员研讨。
中国矿业大学（北京）供图
图③：刘庆峰在讯飞星火大模型产品发布会上演示新产品。
科大讯飞有限公司供图
图④：陈绍江（左）在田间讲授单倍体育种技术。
中国农业大学供图
国家自然科学奖二等奖“人类生殖发育表观遗传调控机制及代际传递规律研究”
“帮助育龄夫妇生育健康的宝宝”
本报记者 刘诗瑶
“生养健康的孩子，是许多家庭最朴素的心愿。但生育障碍、出生缺陷等问题，仍困扰着不少育龄夫妇。”中国工程院院士、北京大学常务副校长兼医学部主任乔杰说，“我们的使命，是用更精准、更安全的办法，帮助育龄夫妇生育健康的宝宝。”
为了让育龄妇女实现健康生育愿望，乔杰带领团队历经10余年攻关，围绕人类生殖细胞发育调控这一基础研究难题，揭示了表观重编程调节父母源基因组信息变化以驱动生殖细胞命运转变的分子机制，为精准防治生育障碍与发育源性疾病打下坚实基础。
在以往临床实践中，乔杰发现一些疑难病例患者反复出现取卵失败、胚胎发育异常，甚至一些患者经过长年治疗，仍未获得成功妊娠，原因却难以解释。“人类对自身生殖细胞及胚胎发育的分子机制认识有限。特别是表观遗传修饰调控方式多样，物种间差异大，加之人类生殖细胞数量稀少、样本珍贵，缺乏有效的技术手段。”乔杰说。
2013年，单细胞测序技术为生物发育等研究提供了新途径。该技术可以在仅有一个细胞的情况下，解析全基因组的转录及表观特征。这为多角度深入研究发育机制提供了新的切入点，也推动了乔杰和北京大学教授汤富酬开展长期联合攻关。最终，团队在自主开发的单细胞表观多组学测序技术的基础上，突破单细胞水平多维表观遗传信息解析的技术壁垒，阐明表观遗传机制如何调节人类生殖细胞命运转变，明确了临床上胚胎无创诊断中游离DNA的来源，由此解决了长期困扰临床的重要问题，并开发出优质胚胎筛选技术，助力提高临床胚胎着床率。
合作过程中，实验室显微镜一度出现故障，按常规方法，后续实验无法正常开展。但大家灵机一动，想到是否可以创新手段而达到实验目的呢？团队精心思考、改进实验方法，运用分辨率更低的显微镜，调整显微操作技巧，反而让实验效率大大提升，结果可重复性更加稳定。
临床中，曾有一位患者连续经历6次不良孕史，包括胚胎停育2次，胎儿畸形4次。她专程找到乔杰寻求治疗。团队通过家系遗传检测和表观异常分析，发现该患者受表观调控的一个基因具有一个父源位点的突变。在鉴定出表观异常基因后，团队进一步使用胚胎诊断技术，帮助患者挑选了一个不携带父源突变的胚胎进行移植，最后成功生下一个健康宝宝。
针对不同类型的临床疑难疾病，团队又陆续建立了多个胚胎诊断新技术，进一步扩大了遗传病诊断范围，拥有完全自主知识产权并已成功应用于临床。截至目前，团队已完成600余种疾病的胚胎诊断，帮助上千家庭实现健康生育的愿望。
当前，我国辅助生殖医学每年贡献新生人口的3%左右。“我们希望通过不懈努力和持续创新，取得更多原创性科研成果，为我国生育问题提供科学依据，为我国人口安全和经济社会的可持续发展提供强有力的科技支撑。”乔杰说。
国家技术发明奖一等奖“深部能源开发岩体应力场透明解析技术及应用”
“看”清岩体应力场演化
本报记者 喻思南
深地能源开发面临的重要挑战之一是开发活动可能诱发垮塌、瓦斯突出、冲击地压等工程灾害，而诱发这些灾害的根源就在于开采引起的岩体应力场演化。
然而，地下岩体不透明、结构复杂，开采扰动引发的岩体结构及应力场的变化就像一个“黑箱”，传统技术和方法难以直观、准确和量化表征，也难以对深部开采可能引发的工程灾害进行超前预警和精准治理。
为应对这一制约深部能源安全高效开发的核心难题，中国矿业大学（北京）教授鞠杨协同四川大学、深圳大学、煤炭科学技术研究院有限公司等组建研发团队，历经近20年攻关，发明了深部岩体结构及应力场透明解析技术，突破了工程扰动下岩体应力场演化“看不见、摸不着”、难以量化解析的难关。
鞠杨说，为了实现“透视”岩石复杂结构与应力场演化的目标，项目团队研发了国际首台套真三轴扰动荷载下岩石原位CT成像实验系统，解决了岩石复杂结构演化精细识别和准确刻画的难题；发明了岩石三维应力场透明解析方法与装置，攻克了现有技术无法获取扰动荷载下岩石内部三维应力场演化的难题，实现了岩石应力场透明解析方法和装置“从0到1”的突破。
“有了这些技术，我们就能像医生一样，使用CT等各种仪器设备‘透视’岩石内部结构及应力演化行为，找到引发岩石灾变的内在原因，并作出灾害的研判和预警。”鞠杨说。
该技术推广应用成效如何？国家能源集团神东保德煤矿是我国特大型高瓦斯矿井，这里开采扰动应力错综复杂，瓦斯含量高、精准治理困难。研究团队与现场工程技术人员紧密合作，指导了定向钻孔、采动卸压抽采等工艺措施，瓦斯被精准高效地抽采出来，确保了大型自动化和智能化采煤设备的安全使用。瓦斯治理理念实现了由“经验化”向“科学化”的转变，为煤矿安全高效生产提供了强有力的技术支撑。
在胜利油田，针对非常规油气开发过程中面临储层改造技术挑战多、采收效果评价难等问题，项目团队与油田技术人员密切合作攻关，运用该项目技术和成果，指导和优化了储层压裂设计方案，大幅提升了油藏采收率。
“随着能源开发不断向地球更深部进军，超高温、超高压、强扰动等更加严苛条件突显，岩体应力场演化变得愈加复杂，深部岩体灾害防控将面临更大挑战。”鞠杨说，目前，项目团队正在有针对性地开展深入研究，进一步提升和完善岩体应力场透明解析与灾变透明推演技术，以适应更严苛环境的需要。
作为一种基础通用性技术，该项目成果不仅在解决深部能源开发灾害防治等关键问题上发挥了重要作用，还拓展应用于川藏铁路、城市地铁等国家重大工程和重点民生工程，有效提升了工程安全性。
鞠杨介绍，战略性矿产资源开发、地热开发、二氧化碳地质封存与利用对保障我国能源安全和实现“双碳”目标具有重大意义，其核心技术均涉及岩体扰动应力场的定量表征问题。通过“看”清岩体结构及应力场演化，有助于实现能源安全高效开发和灾害源头治理及主动防控。
国家技术发明奖二等奖“玉米单倍体育种高效技术体系创建及规模化应用”
玉米育种跑出“加速度”
本报记者 蒋建科
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