前沿

李青　朱崇愷

研發疫苗為何這么“慢”

期待疫苗和藥物早日問世

2020年因新型冠狀病毒肺炎引起的全球性疫情是自1918年西班牙大流感之后的又一場世界性災難。目前，它已導致數十萬人感染，更糟糕的是，每天都有新的感染病例出現。情況十分危急。一方面，我們必須控制疫情繼續蔓延，另一方面，我們必須找到預防和治療的方法。為了讓人們免于遭受病毒的侵害，當務之急是盡快研發出對抗病毒的疫苗。現如今，各國科研人員都在抓緊疫苗的研制。可是，事情并不是一蹴而就的。

不知大家是否還記得天花（Small Pox）？作為一種由天花病毒引起的烈性傳染病，天花是最古老也是死亡率超高的傳染病之一。英國醫生愛德華·詹納（Edward Jenner）在牧場觀察女孩子們擠牛奶時意外發現，那些得過牛痘的女孩子們居然安然無恙，沒有被傳染上天花。于是，他在1796年成功研制出了天花疫苗，拯救了無數人，特別是孩子的生命。20世紀30年代，我們相繼研制出了對抗狂犬病、白喉、破傷風、炭疽、霍亂、鼠疫、傷寒和肺結核的疫苗;20世紀中期，由于科技的飛速發展，試驗室的條件日益完善，研發疫苗達到了一個高峰，那之后，我們有了針對腦膜炎、麻疹、腮腺炎和風疹等的疫苗。而21世紀，科學家已經可以利用DNA重組技術，更精準地研制疫苗，比如每年針對不同流感病毒特點研制出來的流感疫苗。

一般來說，研發出安全有效的疫苗需要2～5年的時間。為什么需要這么長的時間呢？首先，我們必須了解病毒在宿主（人類）中的特征和行為。這需要建立一個動物模型。其次，我們必須證明未來的這個疫苗是安全的，它只觸發人體免疫系統的某些部分而不會對人體造成損害。接著，我們要用動物模型對這個未來的疫苗進行臨床前的動物測試。在成功通過動物測試之后，接著進行人體測試，如果結果安全有效的話，需要經過醫藥監管部門的審核，然后，找到性價比最高的方法進行大規模的生產制造，最后，才能把疫苗分發到各級醫藥單位，服務大眾。研制疫苗的每一個環節都充滿了挑戰，尤其是目前這個流行全世界的新型冠狀病毒，已經發生了各種變異。研制疫苗是一項巨大的工程，并非易事，不過，如果能計劃好，也可能比我們想象的來得快！

調整光保護機制，提高農作物產量

農作物通過光合作用將二氧化碳固定在食物中。但在充足陽光直射的情況下，為了保護自身，植物會激活稱為光保護的機制，暫停光合作用，將多余的光能轉化為熱量消散。不過，當光照水平下降時，光保護機制可能需要幾分鐘到幾小時才能減緩和停止，這會浪費農作物的潛在產量。

就總產量而言，大豆是全球第四重要的農作物，也是植物蛋白最主要的來源。根據美國伊利諾伊大學RIPE（研究增進光合作用效率方法的計劃Realizing Increased Photosynthetic Efficiency）小組最新的報告，因為無法對光照強度變化進行足夠迅速的調整，光保護機制的延時效果會使大豆植物損失高達13%的生產力。聽起來可能不算多，但就全球產量而言，這是巨大的。RIPE已經開始著手解決農作物（包括大豆、木薯、豇豆和水稻）的光保護限制問題。通過增加與光保護有關的三種蛋白質的水平，就可以使農作物的生產力提高。此外，蘭開斯特大學環境中心的RIPE小組正在尋找更好的光合作用活化酶。RIPE項目及其贊助者致力于確保將這些技術提供給最需要它們的農民們。

伊利諾伊大學研究生艾爾莎·德·貝克爾（左）和博士后研究員史蒂文·伯吉斯（右）在收集大豆葉樣品

由陽光驅動的撲翼

光驅動演示

在古希臘神話中，當伊卡洛斯飛得離太陽太近較近時，蠟制的雙翼遭太陽融化而跌落。而現在，研究人員已經制作出了由太陽驅動的人造翼，人造翼上的薄膜可以將自然陽光轉換為拍打動作，而無需其他硬件。

研究人員稱這種薄膜為柔性生物蝴蝶翅膀，它是在聚合物薄板上涂納米晶金屬膜制造而成的。當將翅膀的一端固定到支架上并將模擬的陽光照在其上時，翅膀的溫度升高，由于金屬層和聚合物層之間的熱膨脹差異很大，其自由端就會卷曲;卷曲的部分遮蓋住下面的金屬層，溫度下降，翅膀展開。連續的卷曲和展開循環就產生了拍打動作，該拍打動作的頻率可以做到每秒4.49次，比自然界中的蝴蝶翅膀拍得更快。目前，研究人員已經演示了光驅動的“風車”和帆船，以及將陽光轉化為電流的設備，他們希望有朝一日柔性蝴蝶翅膀可以用于微型飛行機器人中。