研究揭示尿路上皮癌进化的核心基因密码

尿路上皮癌是恶性肿瘤，具有易复发、多灶性生长、高度遗传异质性等特点。目前，驱动尿路上皮癌异质性演化的遗传机理尚未阐明。 近日，中国科学院杭州医学研究所科研团队联合中外团队协同攻关，在尿路上皮癌研究领域取得进展。该研究发现名为ecDNA的物质如同肿瘤的“幕后黑手”一般，掌握着这种肿瘤的核心基因密码，在尿路上皮癌的演变过程中发挥了重要作用。在肿瘤恶性转化与复发进程中，ecDNA能够快速改变自身以适应肿瘤微环境，这解释了尿路上皮癌难以治疗的原因。 该研究分析了大量中国患者的基因数据，精确检测和重构了尿路上皮癌中的ecDNA，发现了ecDNA在肿瘤晚期发挥作用甚至在早期就参与调控。进一步，研究揭示了ecDNA如何同时驱动肿瘤的异质性和免疫逃逸。这意味着ecDNA使肿瘤变得更加多样化，并让肿瘤能够躲避免疫系统攻击。研究证实，检测患者尿液样本可有效识别ecDNA，为尿路上皮癌的临床诊断和治疗提供了新思路。 上述研究为开发针对ecDNA的精准治疗策略奠定了基础。 相关研究成果发表在《癌症发现》（Cancer Discovery）上。 ecDNA驱动的肿瘤进化及免疫逃逸机制示意图

科研人员研发出DNA数据活字存储打印系统

在大数据时代，全球数据量呈指数级增长，海量数据是AI解锁大模型的钥匙。当前，硬盘、磁带、U盘等硅基存储介质存在寿命短、能耗高、占用空间大等问题，难以满足日益增长的数据存储需求。 DNA作为天然的数据信息编码存储材料，因高密度、长寿命、低能耗等优点，成为具有潜力的解决大数据存储困境的替代方案。但是，多数DNA数据存储技术采用类似雕版印刷的设计策略，存储用DNA使用一次、合成一次，合成成本高，耗时长，限制了DNA存储技术的实际应用。 为突破现有DNA存储技术的应用瓶颈，中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）陈非团队、计算技术研究所谭光明和卜东波团队以及中科计算技术西部研究院段勃团队，借鉴我国古代四大发明之活字印刷术的逻辑，提出了经济高效的DNA活字存储设计思路。它的核心是DNA活字，由预制的20nt短双链DNA片段构成，可编码1字节的内容、地址或校验数据信息，且每个片段两端带有4nt的粘性末端，通过一步多级酶连技术形成DNA活字块。这些活字块可通过活字块两端的限制性酶切位点克隆到质粒中直接体外保存，亦可通过转化大肠杆菌体内保存。 进一步，为实现DNA活字存储流程自动化，该团队研发了可实现DNA活字高通量打印写入的设备——DNA活字喷墨打印机“毕昇一号”。“毕昇一号”可以打印存储并100%精准解码文本、图片、音频和视频等类型的计算机数据存储文件。 类似于活字印刷的复用性和灵活性，上述DNA活字存储技术展现出成本和效率优势。这一成果为DNA数据存储技术的未来发展提供了新的思考范式。 相关研究成果作为封面文章发表在《先进科学》（Advanced Science）上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。 DNA活字存储流程图

研究揭示重离子治癌重要微观机理

中国科学院近代物理研究所科研人员及合作者，在重离子治癌微观机理研究方面取得进展。该团队在生物分子团簇中观测到重离子辐照导致的分子间能量及质子转移级联机制。这一机制被认为是重离子治癌生物学效应优异的重要原因。 当前，重离子治癌是最先进的放射性治疗手段之一。重离子治癌的生物学效应优于X射线等传统放射疗法，但这一特性的微观机理尚不清晰。为研究这一问题，科研人员发展先进的混合团簇源技术，选取DNA中基本结构单元即嘧啶分子作为模型，制备出尺寸可控的水合嘧啶团簇（C4H4N2-nH2O）来模拟机体组织环境。 该实验在兰州重离子加速器冷却储存环和320kV高电荷态离子综合研究平台完成，并利用反应显微成像谱仪探测末态电子和离子碎片。实验清晰辨别了团簇尺寸，获得了电子和碎片离子动能分布。 实验结果显示，重离子辐照导致低能电子产额增强。研究结合分子能级计算和动力学模拟等理论手段分析发现，水分子与嘧啶分子之间的分子间库仑衰变导致观察到的电子增强现象。内壳层电离的水分子通过分子间库仑衰变将能量传递给嘧啶分子，使得嘧啶分子电离并释放一个低能电子。分子间库仑衰变过程会进一步诱发水分子之间的质子转移，产生强氧化性的羟基自由基。 一般认为，内壳层电离的水分子主要通过自身解离方式衰变，并不直接作用于DNA。但是，该研究表明，机体组织中内壳层电离的水分子能够直接作用于DNA并将其电离，在其邻近区域倍增出低能电子和羟基自由基等有杀伤力的次级粒子。这一级连衰变过程增大了DNA双链同时被破坏的可能性。同时，重离子辐照使水分子内壳层电离的比例高于电子、X射线和质子等其他射线。 该研究发现的分子间能量及质子转移级连衰变机制是重离子辐照的生物学效应优于其他放射疗法的重要原因之一。同时，这一微观机制对探讨辐射损伤的分子机制以及促进放射治疗新技术的发展等具有重要意义。 3月11日，相关研究成果作为亮点论文，发表在《物理评论X》（Physics Review X）上，并被美国物理学会Physics杂志在线报道。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院相关项目以及俄罗斯联邦科学教育部等的支持。该工作由近代物理所主导，联合中国科学技术大学、西安交通大学、兰州大学、俄罗斯伊尔库茨克国立大学、德国海德堡大学等共同完成。 兰州重离子加速器大科学装置和反应显微成像谱仪示意图 重离子辐照诱发分子间级连衰变示意图

可预测肝癌复发的“肝癌免疫预警系统”成功构建

中国科学技术大学孙成研究组与合作者开发出全新的“肝癌免疫预警系统”——TIMES评分系统。TIMES评分系统如同肿瘤免疫的“天气预报”，可以提前判断肝癌是否会复发，为医生提供更精准的治疗决策。 肿瘤宛若一座复杂的城市，而免疫细胞是城市中的“警察”，它们分布在不同的街区，守护着健康。但是，目前多数医生在判断肿瘤风险时，只能看到城市的“平面地图”即普通组织切片，而无法看到“警察”在城市里的具体分布，容易导致误判发生。 TIMES评分系统的独特之处在于它能够像“卫星导航”一样，立体呈现出肿瘤内部的免疫细胞分布情况。研究发现，SPON2、ZFP36L2、ZFP36、VIM和HLA-DRB1五种关键“警察”的位置和数量可以直接影响肝癌的复发风险。特别是SPON2+NK细胞，它们就像是“特种部队”，可以精准打击肿瘤细胞，帮助控制病情。 为了让这一预警系统更加智能，该研究利用人工智能和机器学习技术，分析了61名肝癌患者的肿瘤组织。研究运用多重免疫荧光技术收集海量数据，并利用XGBoost算法进行训练，使TIMES评分系统的预测准确率达82.2%，特异性达85.7%，远超传统方法。 进一步，该团队开发出在线免疫评分工具（https://sun.times.ustc.edu.cn/）。医生或研究人员只需上传病理切片图像，系统便可以自动分析并生成详细的风险评估报告。该系统犹如“智能医生”一样，可以帮助医生制定个性化治疗方案。 SPON2+NK细胞在TIMES评分系统中扮演着核心角色。一是，它们就像“特种部队”，能够主动出击。3D实验显示，SPON2能够增强NK细胞的机动性，让它们更快找到并攻击肿瘤细胞。二是，它们的“武器”更强大。杀伤实验表明，这些细胞能够释放更强的“武器”即细胞毒素，并激活CD8+T细胞，让免疫系统整体战斗力更强。三是，它们能够影响“战局”。研究通过实验小鼠验证，SPON2能够促进IFN-γ分泌，让NK细胞更深入肿瘤内部，从而有效抑制肿瘤生长。换句话说，SPON2+NK细胞不仅是TIMES评分系统的关键“侦察员”，而且是对抗肿瘤的“精英战士”。 TIMES评分系统的出现，如同为医生提供了“夜视仪”和“战术地图”，可以帮助医生看清肿瘤内部的免疫动态，更精准地制定治疗策略。这一系统在提高肝癌复发预测研究方面迈出了重要一步，为未来基于空间免疫分析的癌症研究提供了全新思路。 3月12日，相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。研究工作得到国家重点研发计划等的支持。 TIMES标志物及CD57在非复发与复发组织中的多色免疫组化染色结果 非复发和复发组织中的多色免疫组化染色：与复发肝癌相比，非复发肝癌患者的肿瘤侵袭前缘区域NK细胞更丰富 在线免疫评分工具

【新华社】中国下一代“人造太阳”关键系统验收 达到国际先进水平

3月9日，专家组对聚变堆主机关键系统综合研究设施八分之一真空室及总体安装系统进行测试和验收。新华社记者 周牧 摄 3月9日，专家组对聚变堆主机关键系统综合研究设施八分之一真空室及总体安装系统进行测试和验收。新华社记者 周牧 摄 3月9日，专家组对聚变堆主机关键系统综合研究设施八分之一真空室及总体安装系统进行测试和验收。新华社记者 周牧 摄 3月9日，专家组对聚变堆主机关键系统综合研究设施八分之一真空室及总体安装系统进行测试和验收。新华社记者 张端 摄 3月9日，科研人员及专家在八分之一真空室及总体安装系统主体平台边留影。新华社记者 张端 摄 3月9日拍摄的聚变堆主机关键系统综合研究设施八分之一真空室及总体安装系统主体平台。新华社记者 周牧 摄 3月9日拍摄的聚变堆主机关键系统综合研究设施八分之一真空室及总体安装系统主体平台。新华社记者 周牧 摄 3月9日拍摄的聚变堆主机关键系统综合研究设施八分之一真空室及总体安装系统主体平台（无人机照片）。新华社记者 张端 摄 中国下一代“人造太阳”又建成一项关键系统！记者9日从中国科学院合肥物质科学研究院获悉，该院大科学团队研制的聚变堆主机关键系统综合研究设施——八分之一真空室及总体安装系统通过专家组测试与验收，系统研制水平及运行能力达到国际先进水平。 太阳发光发热源于其内部的核聚变反应，“人造太阳”顾名思义，就是要造出一个“太阳”实现聚变发电。核聚变材料在地球上极为丰富，且排放无污染，被人们认为是打开“能源自由”之门的钥匙。 安徽合肥西北角，“夸父”聚变堆主机关键系统综合研究设施园区实验厂房内，一个形似巨型“橘子瓣”的装置巍然矗立，这就是刚通过验收的八分之一真空室及总体安装系统主体平台。它采用D型截面双层壳体结构，总高20米，真空室壳体采用50毫米厚的超低碳不锈钢材料，重295吨。未来，8个这样的“橘子瓣”合而为一，下一代“人造太阳”将在其中“燃烧”。 “在聚变堆中，真空室是离堆芯最近的核安全屏障。它不仅能保障上亿度等离子体在装置中的运行，也为超导磁体提供安全屏障，对精度、焊接水准、磁导率等提出了超高要求。”中国科学院合肥物质科学研究院等离子体所研究员、八分之一真空室及总体安装系统负责人刘志宏介绍，这一系统是聚变堆主机关键系统综合研究设施19项子系统中的关键一项，通过完成八分之一真空室的研发，团队已完全掌握未来聚变堆完整的环形真空室的关键技术。 从预研、研制、调试到正式建成并通过验收，科研团队历时十年攻关，形成40余项发明专利。这一系统不仅为未来聚变堆主机真空室内部部件的安装、检测、调试和遥操作研究提供一个全尺寸的综合实验平台，相关技术还拓展应用于粒子加速器、精密机械、电子科技、半导体等领域。 据介绍，随着聚变堆主机关键系统综合研究设施各子系统相继研制成功及投入运行，从基础研究到技术验证和工程应用的完整链条正逐步形成，为聚变堆的设计、建设、运行奠定了坚实的科学技术基础。

突破性进展！我国科学家发现活性氧超氧阴离子是药物分子合成催化剂

近期，中国科学院天津工业生物技术研究所等在酶催化机制解析方面取得重大突破性进展，发现了活性氧超氧阴离子是药物分子合成的催化剂，为人工设计高效生物催化剂开辟了全新路径，在生物制药、绿色化工及新型能源开发等领域具有重大应用潜力。这一成果今天（6日）在国际学术期刊《自然》发表。 一直以来，活性氧超氧阴离子都被贴上“健康杀手”的标签，这个在细胞代谢中产生的活性氧自由基，肆意切割DNA、破坏蛋白质，甚至被证实与癌症、衰老等重大疾病密切相关。正因如此，全球科研力量都在竞相研发清除它的“护盾”。但是这项研究发现，活性氧超氧阴离子参与麦角碱药物分子的酶催化合成，证实超氧阴离子可以作为酶的催化工具生产药物分子，突破了超氧阴离子现有“负面”功能的传统认知，证明自然界的智慧远超人类想象，那些我们普遍认为的“有害分子”，或许正是打开未来科技的钥匙。 该研究成果将为开发新型酶制剂开发、重构天然产物合成途径提供宝贵的分子进化蓝本；同时将加速麦角生物碱等抗抑郁药物的新药开发和绿色制造的过程。相关酶制剂的开发将为传统化学合成提供绿色低碳的可持续替代方案，推动医药制造向高效、环保的范式转变。 责任编辑：蒋雪鸿

“祖冲之三号”创造新纪录 量子计算研究获新突破

中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志等，与上海量子科学研究中心、河南省量子信息与量子密码重点实验室、中国计量科学研究院、济南量子技术研究院、西安电子科技大学微电子学院以及中国科学院理论物理研究所等单位合作，成功构建了105比特（包含105个可读取比特和182个耦合比特）超导量子计算原型机“祖冲之三号”，实现了对“量子随机线路采样”任务的快速求解。 与现有最优经典算法相比，“祖冲之三号”处理量子随机线路采样问题的速度，比目前最快的超级计算机快15个数量级，超过谷歌公司2024年10月公开发表的最新成果6个数量级。继超导量子计算原型机“祖冲之二号”后，再一次打破超导体系量子计算优越性纪录。 量子计算优越性验证了量子计算系统能够超越传统超级计算机的可行性，是量子计算研究实力的直接体现，也是量子计算具备应用价值的前提条件。 2019年，谷歌公司率先宣称实现量子计算优越性。谷歌公司53比特处理器在200秒内完成的随机线路采样任务，用当时最快的超级计算机进行模拟需要约一万年。 2023年，中国科学技术大学演示了更先进的经典算法，用1400余块A100 GPU仅需约14秒即可完成同样的任务。如果用“前沿”超算并配备更大的内存，则预计只需1.6秒即可完成。因此谷歌公司当时的“量子计算优越性”宣称已被中国科学技术大学推翻。 以最优经典算法为比较标准，中国科学技术大学于2020年实现国际上首个被严格证明的量子计算优越性。而超导体系首个被严格证明的量子计算优越性，同样由中国科学技术大学在2021年实现。 研究团队在66比特“祖冲之二号”的基础上，大幅提升了各项关键性能指标。实现了105个数据比特、182个耦合比特的“祖冲之三号”， 量子比特相干时间达到72微秒，并行单比特门保真度达到99.90%，并行两比特门保真度达到99.62%，并行读取保真度达到99.13%，综合性能达到国际领先水平。 为测试其性能，研究团队在“祖冲之三号” 系统上完成了83比特32层的随机线路采样，以目前最优经典算法为比较标准，为目前超导体系最强量子计算优越性。 相关成果于北京时间3月3日以封面论文的形式发表在国际学术期刊《物理评论快报》上。审稿人高度评价这一工作，认为其“构建了目前最高水准的超导量子计算机”“是对此前66比特处理器（祖冲之二号）的重大升级”。 目前研究团队正继续开展量子纠错、量子纠缠、量子模拟、量子化学等多方面探索，将为实现大规模量子比特的集成和操纵铺平道路。 “祖冲之三号”芯片示意图。105个可读取比特和182个耦合比特集成在同一个芯片上执行量子随机线路采样任务。 “祖冲之三号”。图片来源：中国科学技术大学“墨子沙龙”

“祝融号”新发现火星中低纬度地区曾存在古代海洋

中国科学院空天信息创新研究院研究员方广有团队等发现，位于火星北半球乌托邦平原南部“祝融号”着陆区的地下10米至35米深处存在多层倾斜沉积结构。这些地质特征与地球海岸沉积物高度相似，为火星中低纬度地区曾存在古代海洋提供了迄今最直接的地下证据。 火星因与地球相似的地质特征、季节性变化和昼夜节律而被科学家视为人类星际移民的首选目标。过去数十年，人类对火星的探测已取得诸多成果，但这些发现聚焦于环境极端寒冷的火星高纬度或极地区域。关于火星北部低地是否曾存在浩瀚海洋存有争议。因此，获取火星古海洋的直接证据至关重要。 中国首辆火星车“祝融号”于2021年5月15日着陆于乌托邦平原南部，搭载空天院研制的火星次表层穿透雷达，以探测地下结构和可能存在的水冰。“祝融号”行驶路线位于前人提出可能存在的古海洋海岸线以北约280公里处，海拔比该海岸线低约500米。 该研究通过分析“祝融号”雷达低频通道实测数据，在火星车沿途地表以下10米至35米深度范围内识别出76个地下倾斜反射体。这些发射体空间分布广泛且均匀，覆盖范围超过1.3公里，所有反射体均呈现向北方低地方向倾斜的特征，倾角介于6°至20°之间，平均倾角为14.5°，且在相同位置的不同深度可观测到多个平行分布的反射体。这些层理结构与地球沿海沉积物的雷达成像结果相似，其一致性和物理特性排除了风成沙堆、熔岩管道或河流冲积等其他成因。这些沉积物的大规模存在表明，风浪驱动的沿岸输送为海岸线提供了稳定的泥沙净流入并形成了海岸线前积层。这种结构只有在持久稳定的大型水体环境中才能形成，而非仅仅是局部和短暂的融水现象。 上述成果提供了火星北部平原曾存在古代海洋的关键地下证据，揭示了火星曾经经历过长期温暖湿润的气候期。这意味着火星可能曾长期维持适宜液态水存在的温度和气压条件，远超之前估计的短期融水事件。同时，研究发现的海岸线沉积物电介质特性与地球上由细砂和中砂颗粒的介电常数一致，证实了其海洋沉积物的性质。 该研究将火星液态水的证据从火星人迹罕至的极地地区扩展到更适合人类活动的中低纬度地区，证实火星可能曾经是宜居的。如果这一区域曾存在海洋，那么随着气候变迁，大量水分可能以地下冰的形式被封存，有望为未来火星基地的水资源利用提供可能。同时，这些古海洋沉积物保存了火星气候变化的历史记录。研究这些沉积物可以帮助我们探讨火星如何从温暖湿润转变为寒冷干燥，进而指导人类如何改造火星环境，以实现火星的长期可持续居住。 2月25日，相关研究成果以《火星成像发现古海洋地下沉积层》（Ancient ocean coastal deposits imaged on Mars）为题，发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家航天局、我国首次火星探测任务（天问一号）团队的支持，并获得国家自然科学基金和广东省基础与应用基础研究基金的资助。该工作由中国科学院、广州大学、同济大学、美国宾夕法尼亚州立大学、美国加利福尼亚大学伯克利分校等合作完成。 乌托邦平原地图、“祝融号”火星车着陆点和四条可能的古海岸线 火星上探测到的倾斜反射与地球海洋沉积物对比 “祝融号”着陆点倾斜沉积结构形成过程示意图

科研人员观测到高能宇宙射线费米加速的单步过程

中国科学院紫金山天文台联合中国科学技术大学等，在高能宇宙射线费米加速的实验室研究方面取得进展。该团队利用上海“神光II”高功率激光装置，首次观测到磁化无碰撞冲击波中“费米加速循环”的单次反射加速过程产生的准单能离子。2月12日，相关研究成果以Laboratory observation of ion drift acceleration via reflection off laser - produced magnetized collisionless shocks为题，在线发表在《科学进展》（Science Advances）上。 无碰撞冲击波是宇宙中最强大的粒子加速器。带电粒子在无碰撞冲击波上下游之间反射时获得加速，上下游之间多次循环加速产生幂律谱的高能宇宙射线。最早由费米提出的磁化无碰撞冲击波中“费米加速循环”，被认为是宇宙中高能带电粒子的主要加速机制。在进入“费米加速循环”前，带电粒子必须被预加速到足够大的回旋半径以实现在磁化无碰撞冲击波上下游之间反射。因此，学术界提出了一些预加速机制解决这一“注入问题”。但是，由于空间探测不足，对无碰撞冲击波的形成和演化以及高能宇宙射线的加速过程缺乏全面理解。当前，利用高功率激光装置进行研究，在可控性和重复性方面形成了优势，弥补了空间探测不足，但对高能宇宙射线“费米加速循环”的单次反射加速过程缺乏实验观测，对于哪种预加速机制占据主导的问题仍存在较大争议。 该研究利用“神光II”大型激光装置烧蚀靶物质产生的高速等离子体流，在磁化背景等离子体中驱动产生速度~400km/s、磁声马赫数~6的超临界磁化无碰撞冲击波，测量到2倍至4倍于冲击波速度的准单能离子。这是首次在实验室内观测到磁化无碰撞冲击波中“费米加速循环”对离子的单次反射加速现象，与卫星在地球“弓激波”中探测到的现象一致。研究发现，漂移加速主导实验和地球“弓激波”中的离子加速，这相较于传统的冲浪加速机制具有更高的加速效率。结果显示，实验室研究可以补充遥感及飞行器探测的不足，有望促进高能宇宙射线研究的发展。实验引入数特斯拉的磁场可以提高离子加速效率，为改进激光驱动的离子加速器设计提供了参考。 研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项等的支持。 “神光II”激光装置的磁化无碰撞冲击波离子加速实验

科学家发现中生代蝎化石——龙城热河蝎

热河生物群因发现多种特异埋藏化石而闻名于世，包括带羽毛的恐龙、早期鸟类、多样化的哺乳动物、翼龙、节肢动物、植物化石等，被誉为20世纪全球最重要的古生物发现之一。热河生物群的节肢动物主要以昆虫和甲壳类为主。 近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究员黄迪颖及博士生宣强等，报道了在热河生物群发现的中生代蝎化石——龙城热河蝎 （Jeholia longchengi gen. et sp. nov.）。这是热河生物群首次报道的蝎化石，新发现填补了中国中生代蝎化石的空白。相关研究成果发表在《科学通报》（Science Bulletin）上。 这块蝎化石之所以称为龙城热河蝎，是由于其来源于热河生物群，种名指示正模标本的存储地属于辽宁省朝阳市龙城区。此前，中国仅报道了山东山旺中新世的山东中华蝎、湖北省泥盆纪的纤跗湖北蝎和内蒙古乌达地区二叠纪的始蝎三块蝎类化石。 这一龙城热河蝎标本基本完整，部分前体缺失，保存于灰黄色泥岩中。它须肢纤细，足胫节与跗节较长，胸板呈五边形，毒刺尾针较长，根据这些特征可归入杀牛蝎小目Buthida，但因缺少毛序及螯肢等特征，科级单元未定。 研究发现，龙城热河蝎化石体型较其他国家中生代蝎类化石更大。根据分析，该蝎化石长度达10厘米，体型相对较大，或是热河生物群食物网中的次级或三级消费者，或以昆虫和蜘蛛为食，甚至可能捕食小型脊椎动物的幼体，亦或成为一些中大型脊椎动物的食物如早期鸟类、哺乳动物和恐龙等。 科研人员通过初步重建热河生物群的食物网发现，龙城热河蝎在生态网络中具有较高的“介数中心性”，表明它可能与当时陆地生态系统的多个物种产生复杂的生态互动。这一成果为探讨热河生物群食物网的复杂性提供了新证据。 这一标本现保存于辽宁省朝阳市化石谷博物馆。研究工作得到国家自然科学基金的支持。 龙城热河蝎Jeholia longchengi gen. et sp. nov. 正模标本 热河生物群古食物网的初步重建（a）与龙城热河蝎的生态复原图（b）