科学的未来

在过去几年里，我们见证了许多科学家曾梦寐以求的突破与发现。从研发出挽救生命的新冠疫苗，到美国国家航空航天局（NASA）通过撞击小行星成功改变其轨道，显然，短时间内就能涌现出诸多重大成就。

随着科学界的快速发展，我们聚焦当下正在崛起的趋势，并向专家探寻：科学的未来将走向何方？

在气候多变的世界中养活全球人口

据估算，到 2050 年，全球粮食产量需增加 60% 才能满足不断增长的人口需求 —— 这一要求很可能会给本已疲惫不堪的农业行业带来压力。要满足如此高的需求，必须进行重大变革，但我们该从何入手呢？

一种可行的方法是通过 “破解” 光合作用来基因改造耐热作物。光合作用利用阳光、水和二氧化碳制造植物所需的糖分及其他分子，但在炎热干燥的环境下，水和二氧化碳的需求成了难题。植物要吸收二氧化碳，就必须打开气孔，但这会导致水分流失，最终可能使植物死亡。

遗传学家正通过破解这一系统，努力培育水稻、小麦、玉米等能耐受极端温度的作物；同时，对于茄子、甘薯、秋葵等本身就具有较高耐热性的蔬菜，也在对其进行基因改造，以使其能承受更长时间的高温并提高产量。

就在本月，《自然》杂志发表的一项研究提到，研究人员从芬兰一个古老生态系统中发现了 200 万年前的 DNA—— 当时该地区的温度与气候变化与我们之后可能面临的温度水平相当。研究人员希望利用这些数据，了解古代植物物种是如何适应环境的，从而为改良现代转基因物种以抵御当前不断升高的温度提供依据。

科学家还鼓励投入资源开发更充足、营养更丰富、易于获取的食物。塔夫茨大学亚历山大・麦克法兰营养学教授帕特里克・韦伯博士表示，这需要在农业之外采取行动。

“如今生产的许多食物从未到达消费者手中，” 他说，“约 30% 的食物被损失或浪费，此外还有大量食物被用作牲畜饲料，而牲畜会产生温室气体排放。部分食物被用于制造酒精和乙醇，更多则被用于生产营养价值极低的加工食品。我们需要改变供应链中对食物的处理方式，帮助引导人们对更高质量饮食的需求，以支持农业领域已在开展的行动。”

基因编辑在医疗领域占据核心地位

近年来，CRISPR-Cas9 等基因编辑技术的发展势头愈发强劲。2020 年诺贝尔化学奖共同授予了埃马纽埃尔・沙尔庞捷教授和珍妮弗・杜德纳教授，以表彰她们发现了基因技术中最精准的工具之一 ——CRISPR-Cas9 基因技术。

基于 CRISPR 的治疗方法的临床试验数量逐年增加，目前该技术正被用于测试治疗癌症、血液疾病、代谢性疾病甚至尿路感染。

2022 年，首次使用 CRISPR 疗法治疗失明的临床试验取得了积极成果。该疗法针对 CEP290 基因的突变 —— 这种突变会导致一种罕见的、无法治愈的失明症，即 LCA10。临床试验中，研究人员将 CRISPR 工具注入患者体内以修复 CEP290 基因突变。2020 年 3 月接受治疗的 6 名参与者中，有 2 人现在对光线的感知能力明显增强，其中 1 人甚至能在昏暗光线下走出迷宫。

另一项近期研究测试了一种一次性治疗方法，通过体外途径纠正镰状细胞病和 β- 地中海贫血背后的缺陷基因。具体而言，研究人员提取患者的细胞，使用 CRISPR-Cas9 对其进行改造，使其产生胎儿血红蛋白。在欧洲血液学协会（EHA）大会上公布的研究结果显示，两名 β- 地中海贫血患者在治疗后的血红蛋白水平分别为 14.2 克 / 分升和 12.5 克 / 分升，而健康成年人的正常范围为 12-15 克 / 分升。参与者在接受治疗后三年内仍能持续获益，这种方法被认为是比供体异体移植更安全的潜在治疗选择。

尽管 CRISPR-Cas9 的创新性在某些临床试验中已被证明是成功的，但该技术仍面临着伦理、精准度和可及性方面的障碍。其中包括难以将该技术递送到大量成熟细胞中，这最终可能影响其准确性和效率。

2014 年，欧盟《临床试验条例》禁止了任何可能导致对生殖细胞进行可遗传的编辑的基因治疗临床试验，原因是出于伦理和安全方面的担忧。此外，“脱靶” 编辑 —— 即非特异性和非预期的基因修饰 —— 可能会产生严重后果，尤其是在临床环境中。

2017 年，美国国家科学院和国家医学院发布了一份 258 页的报告，聚焦人类基因编辑。报告就如何最好地应对基因编辑技术的进步，向美国政府及世界各国政府提出了建议，其中包括基础实验室研究方面的建议，如在投入资源前需广泛征求公众意见，目前将临床试验限制在疾病或残疾的预防和治疗范围内等。

委员会还讨论了基因编辑技术的公平性和可及性问题 —— 由于研发需要长期且昂贵的投资，该技术目前价格高昂。在全球范围内，必须确保残疾人拥有平等的话语权和公平的获取机会。报告表明，随着越来越多的人了解新兴的 CRISPR 疗法并提出需求，不可避免地会出现瓶颈。

全球疫苗接种工作的进展

传染病仍是低收入国家人口的主要死因。一项近期研究显示，疟疾和呼吸道合胞病毒（RSV）导致每 50 名儿童中就有 1 人死亡。但专家们乐观地认为，免疫研究以及新疫苗的上市将在未来几年缓解这一状况。

“我对名为 R21 的新型疟疾疫苗感到兴奋，” 杜克大学全球健康与公共政策教授加文・亚米博士说。“这种疫苗由牛津大学的科学家研发，在临床试验中，其预防幼儿疟疾的有效率高达 80%。我们尚不清楚该疫苗在实际应用中是否能达到同样的效果，但如果它在真实世界条件下被证明是高效的，可能会产生巨大的影响。”2021 年，该疫苗成为首个达到世界卫生组织（WHO）疟疾疫苗路线图目标（有效率至少 75%）的疫苗。

亚米博士表示，及时提供 R21 等疫苗和医疗服务对于预防疾病至关重要。他补充说，要确保更好地获取疫苗和健康资源，可能的解决方案是在所有国家建立强大的初级医疗体系，为所有有需要的人提供预防、治疗和康复服务。疫苗公平性在其中发挥着重要作用。

世界卫生组织宣布已增加资金投入，支持在疾病高发国家扩大疫苗生产的举措；同时，数据科学家正利用技术更好地理解和预测可能源自动物的潜在病毒爆发，最终目标是预防未来任何大流行病的爆发。

“我们需要全球化的疫苗生产能力，以便所有地区在需要时都能生产大流行病疫苗，” 亚米补充道，“我们需要预先就疫苗剂量的公平全球分配达成一致，并且需要分享未来任何大流行病疫苗的知识产权。”

拓展意识类药物走向主流

过去十年间，医用大麻的使用日益普及，但研究人员现在正探索迷幻药在治疗多种神经和精神疾病方面的潜力。

“许多被用于娱乐的药物可能对治疗疾病有帮助，或者正在接受临床试验以确定其安全性和有效性，” 迷幻药多学科研究协会（MAPS）主任贝蒂・奥尔德沃思说，“事实上，所有精神活性药物类别中的药物都是如此。”

尽管仍处于研究阶段，且不允许用于常规临床实践，但一些精神活性药物已显示出治疗神经疾病的潜力。2019 年的一项研究显示，在两周内六次给予 0.5 毫克 / 公斤剂量的氯胺酮（一种常用于诱导和维持麻醉的分离性药物）后，患者的抑郁和焦虑症状得到了显著改善。安非他明等兴奋剂在减轻注意力缺陷多动障碍（ADHD）症状方面也显示出效果，这些药物通过提高大脑中多巴胺和去甲肾上腺素的水平发挥作用。

2023年 11 月中旬，MAPS 公益公司宣布，由 MAPS 赞助的第二项 MDMA 辅助治疗创伤后应激障碍（PTSD）的 III 期临床试验已完成。“在第一项 MDMA 辅助治疗 PTSD 的 III 期临床试验中，88% 的参与者 PTSD 症状得到了临床上的显著减轻，67% 的参与者不再符合 PTSD 的诊断标准，” 奥尔德沃思说，“裸盖菇素辅助治疗难治性抑郁症的研究已进入 III 期临床试验。”

奥尔德沃思表示，尽管目前尚无迷幻药获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，但迄今为止的临床试验已取得了可喜的成果，未来几年很可能获得 FDA 批准：“FDA 的批准也将有助于打破几十年来与迷幻药相关的虚假信息、误解和污名。”

总结

随着科学未来的不断发展和该领域的日趋成熟，利用技术解决全球重大问题将是成功的关键。正如米尔顿・H・塞耶 Jr. 所写的那样，仅仅关注科学本身是不够的，还必须认识到它最直接影响的人群：“科学让我们认识到我们彼此之间以及与其他生物之间的共同之处。”