2024高考生物试题热点素材汇总

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1）2023年诺贝尔生理学或医学奖

2）线粒体置换技术——“三亲婴儿”惹争议

3）教科书上的“人造子宫”有了新进展，成功孕育300多只小羊羔，正在申请人造子宫人体试验

4）《科学》杂志将GLP-1药物评选为2023年度十大科学突破之首！

5）施一公最新研究：手机辐射影响发育！

6）登上Cell Stem Cell封面：我国学者成功在猪体内培养出实体人源器官

7）支原体肺炎感染

2023年诺贝尔生理学或医学奖

2023年诺贝尔生理学或医学奖授予Katalin Karikó和Drew Weissman，以表彰他们在核苷碱基修饰方面的发现，这些发现促使开发出有效的mRNA疫苗来对抗COVID-19。

灭活病毒疫苗一般只能引起体液免疫，因此防护力大约在70~80%，而mRNA疫苗由于能够和病毒一样可以进入人体细胞，能够更加充分的利用体液免疫和细胞免疫，产生的防护力会更高，双重作用机制，因此可以使有效率达到95%以上。

表：各类疫苗的特点

mRNA疫苗制备的科学探索史：

早在1990年代，科学家将体外转录的mRNA注射到小鼠体内，发现其可在小鼠体内表达，产生相关蛋白且具有剂量依赖性，并能够诱导免疫反应，这也就是mRNA疫苗的雏形。因此当编码抗原蛋白的mRNA被注射进人体后，能够在体内合成抗原蛋白，从而引起人体免疫反应对抗病原体感染，即为mRNA疫苗。

虽然mRNA可以发挥疫苗的作用在1990年代就被发现，但是随后的发展并不顺利。

遇到的第一个障碍就是人体对外源RNA的防御措施：在我们的血液、汗水和眼泪中存在着一种叫做“RNA 酶”的物质，这种酶可以迅速分解细胞外发现的任何 RNA。不列颠哥伦比亚大学的生物工程专家Anna Blakney 这样形容：“在不断的进化中，人类的身体已经学会使用各种手段来检测和防御 RNA 病毒。”以至于它们还未来得及表达所需的蛋白质就被破坏了，那我们想要得到的抵御病毒的免疫反应也就无从说起了。

关键突破：体外产生的 mRNA 会引起炎症反应。

Karikó 和 Weissman 注意到，树突细胞会把于体外环境转录的 mRNA 识别为外源物质，进而导致树突细胞的激活和炎症信号因子的释放。他们惊讶于为何体外环境转录的 mRNA 会被树突细胞识别，而哺乳动物细胞转录的 mRNA 则并不会引发同样的反应。Karikó 和 Weissman 意识到，树突细胞一定是靠某些重要特征区分了不同类型的 mRNA。

Karikó 和 Weissman 探知，哺乳动物细胞中的 RNA 核苷酸碱基常存在化学修饰，而体外环境转录的 mRNA 并非如此。体外环境转录的 mRNA 中碱基修饰的缺失可以解释非预期炎症反应的发生。

在不断的研究中Katalin Karikó惊喜发现mRNA的胞兄tRNA能成功躲过免疫系统的追踪。反复比对mRNA和tRNA后，其中端倪慢慢浮出水面：原来tRNA携带一种反免疫侦查功能的分子，名为伪尿苷。

mRNA 包含四种不同碱基，缩写分别为 A、U、G、C。诺贝尔奖获得者发现了核苷碱基修饰后的 mRNA 可以用来阻断炎症反应的激活（信号分子的分泌），并增加 mRNA 传送至细胞时的蛋白质合成。

在2005年，宾夕法尼亚大学的Katalin Karikó和Drew Weissman成功对mRNA进行化学修饰，使其可以躲避细胞内的免疫检测：将伪尿苷添加到mRNA中，修饰过的mRNA就可潜伏进入细胞，逃逸免疫系统攻击。由于被细胞防御机制破坏的mRNA数目大大减少，蛋白质产量增加了近1000倍。卡里科和魏斯曼发表了论文的同时申请了专利。（这一个核心技术专利也是我国以后科研要面临的一个挑战）

今年诺贝尔奖遗忘的另一项关键技术—脂质体包裹

mRNA是一种极为脆弱的分子，人体环境中的酶会很快将它切碎。而且从其性质上看，mRNA分子带有大量负电荷，很难直接进入细胞。就算这些mRNA再怎么能减少免疫反应，再怎么能产生更多蛋白，如果不能进入细胞，那也是白搭。

一个潜在的解决思路是往脂质体中添加带有正电荷的脂类，这正好可以与带有负电荷的核酸形成稳定平衡。但这个思路的短板也很明显——自然界中没有带有阳离子的脂质。

如果使用永久带有正电荷的人造脂质，则会带来巨大的毒性，因为这些脂质会破坏细胞膜结构。MacLachlan博士等科学家的策略是使用可电离的脂质。它们在正常的血液中呈现中性，减少其毒性。而在酸性环境下，这些脂质又能带上正电荷。

此外，这支团队还开发了一种全新的生产技术。他们将脂质溶解在乙醇里，核酸溶解在酸性缓冲液里，再用微流体技术进行混合。当两种液体一接触，就会自发产生纳米脂质颗粒。与脂质体不同，这种纳米脂质颗粒里富含用脂质包裹起来的核酸，十分适合作为递送的载体。这一简洁而优雅的方法，也成了纳米脂质颗粒技术的核心。

当然这还没有完全解决问题。第一代可电离的脂质依旧有着不小的毒性，且这些纳米脂质颗粒的降解速度较慢。如果反复注射，就会在体内富集，引起潜在副作用。于是，来自多家公司的科学家们进行了一系列的后续优化工作。

▲一个脂质纳米颗粒的示意图，内含四种不同的脂类，以及核酸分子（图片来源：参考资料[5]；Credit: Genevant Sciences）

如今，这些用于mRNA疫苗的脂质纳米颗粒包含四种成分：首先是在特定环境下产生正电荷的可电离脂质，能与带有负电荷的mRNA紧密结合；其次是一类聚乙二醇化的脂质，负责稳定纳米颗粒的结构；最后两种分别是磷脂和胆固醇分子，填充纳米颗粒的结构。这四种简单的成分将mRNA包裹起来，不让它们进行降解，并将它们送到细胞之内。

在细胞里，脂质纳米颗粒通过内吞途径，会进入到一种叫做“内体”（类似溶酶体）的细胞器中。在那里，酸性环境会让可电离的脂质带上正电荷。这些正电荷也会改变脂质纳米颗粒的形状，让mRNA能够离开内体，最终进入细胞质，指导蛋白质的合成。

来源：Nik Spencer/Nature；改编自U. Şahin et al. Nature Rev. Drug Discov. 13, 759–780 (2014)和X. Hou et al. Nature Rev. Mater.  (2021).

线粒体置换技术——“三亲婴儿”惹争议

每出生5000名婴儿中就有1人患有线粒体DNA有害突变引起的疾病，线粒体替代疗法是一个充满争议的技术，但也是唯一有希望阻断线粒体基因代际遗传的技术。

但是，该技术的安全性还有待研究，且并不是完全保证突变线粒体不传递给后代，同时，其涉及的细胞核移植技术与体细胞克隆技术十分相似，引起了极大的争议。

“三亲婴儿”，又称3P婴儿(3P即英文three parents的缩写)，是英国新的基因技术。为了避免夫妻把生理缺陷遗传给孩子，医生去除女性捐赠者的卵子中的细胞核，接着用母亲卵细胞中对应的遗传基因取而代之，最后再按照标准的试管婴儿技术进行培育。这样诞生的孩子将会继承一位父亲和两位母亲的遗传基因。简单地说，就是这名婴儿有三名血缘亲代，即两母一父。

线粒体内有一套独立于细胞核的遗传物质——线粒体DNA（mtDNA），线粒体DNA包括了37个基因，其中13个编码蛋白质，24个产生非编码RNA。线粒体DNA的突变可能导致线粒体功能障碍，从而引发疾病。由于线粒体在人体细胞中不可或缺的重要功能，这些疾病往往比较严重。

“三亲婴儿”用线粒替体代疗法来实现，可用三种方法：原核移植，纺锤体移植和极体移植。

教科书上的“人造子宫”有了新进展，成功孕育300多只小羊羔

早前关于人造子宫，最大的挑战就是要解决胎儿脑出血的风险，因为人造子宫内发育会使用抗凝药物，就会增加早产儿脑出血的风险。

2017年时的“人造子宫”事实上，是一个模拟胎盘封闭的无菌体环境，里面的小羊通过脐带和类似管子一样的装置连接，形成完整的血液循环。里面的液体是人工羊水，不仅能提供氧气，将废物排出，还能提供胎儿发育所需的激素和营养。研究人员会将人造子宫安放在一个黑暗、恒温的环境里，同时还会为其播放母亲的心跳声。在2017年，费城儿童医院的研究人员，就已经初步取得了成功，当时小羊胎儿能在这个生物袋中成功存活28天。

2024年，根据《儿科研究》的最新研究，密歇根大学的研究人员已经开发出了一种不依赖全身抗凝就能体外孕育的创新技术，而且已经在小羊身上进行了测试。

人造子宫研究的主要障碍突破了，该团队也取得了更大的成果。在生物袋中，成功“孕育”了300多只小羊胎儿，它们的运动、睡眠状态、呼吸、吞咽，都和母体内发育是一样的。不仅如此，它们还发育出了健康的肺部、大脑和其他身体器官。

在人造子宫里的发育随时被监测，这意味着可以将孕育过程可视化，可以更好干预早产儿的身体情况。如果再往长远考虑，实现体外孕育，那就可以解放女性，甚至有人觉得能促进性别平等。

但缺点也是很明显的，最大的问题，目前所有成功的案例，只针对羊。

目前，关于人造子宫人体试验的申请，还没有通过，美国FAD和其他权威机构，以及医学专家们，正在多方讨论中。预计，会在2024年宣布结果。

《科学》杂志将GLP-1药物评选为2023年度十大科学突破之首！

肥胖既是一场个人的战斗，也是一场全民健康危机。在美国和欧洲，分别有大约70%和超过50%的成年人受到超重的影响，而在中国，这一数字约为34.8%。

一种名为胰高血糖素样肽-1（GLP-1）的肠道激素，GLP-1最初是为治疗糖尿病开发的，它可显著减轻体重，且副作用大多可控。GLP-1的减肥机制是通过与胃肠道GLP-1受体结合，抑制胃肠蠕动、延缓胃排空；并通过与中枢GLP-1受体结合，增强饱腹感、抑制食欲。今年，临床试验发现，它们还可以减轻心力衰竭的症状以及降低心脏病发作和中风的风险。这是迄今最令人信服的证据，证明这些药物除了减肥之外还有其他主要的健康益处。基于这些原因，《科学》杂志将GLP-1药物评选为2023年度十大科学突破之首！

GLP-1是必须终身服用的药物吗？

目前看来，尽管没有定论，但答案也许是肯定的。研究人员报告称，在人们停止治疗一年后，其减轻的体重的三分之二又反弹了回来。对于越来越多将肥胖视为慢性疾病的研究人员来说，持续治疗的必要性并不奇怪。

随着GLP-1故事的继续，有一件事是明确的：这些新疗法不仅重塑了肥胖的治疗方式，而且重塑了人们对肥胖的理解：将其视为一种源于生物学的慢性疾病，而不仅仅是简单的意志力薄弱——这一崭新的理解与药物研发同等重要。

施一公最新研究：手机辐射影响发育！

西湖大学校长施一公及其团队深入探究了电磁信号的影响，得到了“惊心”的结论——24小时的低频电磁刺激明显改变了细胞的生长状态，也就是说，电脑、手机等电子设备所包含的10kHz电磁信号恐会显著影响细胞生长！该研究发表在Bioelectrochemistry上。

研究团提出了一种微制造的、配备3D三维晶体管的低频电磁刺激芯片实验室，可用于显微镜下观察电磁对细胞系的影响。

先前，施一公及其团队还曾深入探究了RF EMR对大脑中特定细胞的影响。结果显示：RF EMR以波形和细胞类型依赖的方式调节了大脑中少突胶质细胞的转录因子C/EBPβ表达和功能，可能会产生意想不到的生物效应。

在中枢神经系统中，神经元是神经系统最基本的结构和功能单位，亦是负责信息传递的重要细胞。从结构来看，在神经元细胞的轴突外面包绕着的一层膜称为髓鞘，它决定了神经元动作电位的速度和效率。

髓鞘主要由少突胶质细胞构成，但后者的作用远不止于此。除了轴突绝缘能力外，少突胶质细胞还为神经元提供新陈代谢的支持，并诱导钠通道的聚集，为跳跃传导打下基石。此外，少突胶质细胞在肌萎缩性脊髓侧索硬化症等神经退行性疾病中发挥着重要功能，同时能够调节抑郁障碍、睡眠和觉醒以及胶质母细胞瘤等。

而在少突胶质细胞中，存在着这样一个转录因子——C/EBPβ。它能够调节多种生理活动，包括自噬、髓系分化、炎症、突触可塑性以及胶质母细胞瘤的病因。C/EBPβ，也是本论文中的重点研究对象。

神经元的结构（图源：百度百科）

长时间暴露于常见的无线电子设备释放出来的2.4GHz电磁辐射，会减少非快速眼动睡眠（NREM）和快速眼动睡眠（REM）时间，并相应增加清醒时间。

可见，长期无线范围的电磁辐射暴露确实能够引起生物体的特定生理反应，但不同频率的电磁辐射可能存在着不同的生物效应，比如10kHz恐限制细胞生长，而2.4GHz可能会诱发脑肿瘤以及影响睡眠。

登上Cell Stem Cell封面：我国学者成功在猪体内培养出实体人源器官

2023年9月7日，中科院广州生物医学与健康研究院赖良学研究员、戴祯研究员、Miguel A. Esteban研究员、潘光锦研究员等在Cell子刊Cell Stem Cell上发表了题为：Generation of a humanized mesonephros in pigs from induced pluripotent stem cells via embryo complementation的研究论文，该论文还被选为当期封面论文。

该研究成功制造出包含人细胞和猪细胞的嵌合胚胎。移植到代孕母猪体内28天后，发育中的人源肾脏结构和肾小管形成正常。这是科学家们第一次能够在另一个物种体内培养出一个实体人源器官。

其一直在研究如何克服物种间嵌合体效率极低的问题。而在这项研究中，我们发现了几个关键因素，通过促进细胞竞争来促进种间嵌合体的形成。

该团队的技术包括3个关键组成部分：

首先，研究人员利用CRISPR基因编辑技术对单细胞猪胚胎进行改造，使其缺失肾脏发育所需的两个基因，从而在猪胚胎中创造了一个空位，使人细胞不必与猪细胞竞争；

其次，研究人员改造了人类多能干细胞，通过暂时关闭细胞凋亡，使它们更容易整合，更不容易自我毁灭。然后将这些细胞培养在一种特殊的培养基中，转化为类似于早期人类胚胎细胞的“天然”细胞；

第三，在将发育中的胚胎植入代孕母猪之前，研究人员在能为人细胞和猪细胞提供独特营养和信号的最优条件下培养了嵌合体，因为人细胞和猪细胞通常有不同的需求。

研究人员共将1820个胚胎移植给了13头母猪。在25天或28天后，终止其妊娠并提取胚胎，以评估嵌合体是否成功地产生了人源肾脏。

研究人员收集了5个嵌合胚胎（植入后25天的2个和植入后28天的3个）进行分析，发现它们具有发育阶段结构正常的肾脏，并且由50%-60%的人类细胞组成。在第25-28天，肾脏进入中肾期（肾脏发育的第二阶段），形成了小管和细胞芽，这些最终将发育成连接肾脏和膀胱的输尿管。

胚胎内的人源化肾细胞（红色荧光）与野生型猪胚胎对比

研究团队还研究了人类细胞是否在整个胚胎中对其他组织有影响，这可能具有伦理启示，特别是如果在猪仔的神经或生殖系组织中发现大量的人类细胞。他们发现，人细胞绝大部分位于肾脏，而胚胎的其余部分则由猪细胞组成。

如果在猪胚胎中创造一个空位，那么人细胞就会自然地进入这些空间。我们在大脑和脊髓中只发现了很少的人类神经细胞，在生殖嵴中没有发现人类细胞，这表明人类多能干细胞没有分化成生殖细胞。而通过敲除人类多能干细胞中的更多基因，可以进一步防止这种情况的发生，这可以在未来的研究中进行测试。

现在，该研究团队已经优化了在人猪嵌合体中生长人源肾脏的条件，并希望能让肾脏发育更长的时间。他们还计划在猪身上培育其他人体器官，例如心脏和胰腺。由于器官由多种类型的细胞和组织组成，在猪身上培养一个功能齐全的人源器官还需要一些额外的步骤。这项研究仅为一种细胞亚群创造了一个空位，这意味着肾脏中含有猪血管细胞，如果用于移植，可能依然会导致排异。

支原体肺炎感染

支原体感染由于和新冠肺炎类似而逐渐地进入人们的视野，它既不是细菌也不是病毒，而是一类没有细胞壁、高度多形性（能形成丝状与分枝形状）、大小介于细菌和病毒之间的一种非典型微生物。

支原体肺炎（MPP），又称肺炎支原体肺炎（mycoplasmal pneumonia）是由肺炎支原体感染引起的肺部炎症，可以累及支气管、细支气管、肺泡和肺间质。以发热、咳嗽为主要临床表现，可伴有头痛、流涕、咽痛、耳痛等。易在人群密集的环境中发生，可通过飞沫和直接接触传播。

肺炎支原体主要通过呼吸道传播，一年四季均可发生，主要感染5~18岁的人群。近年来，因为环境中支原体的广泛传播，5岁以下儿童也易感染。

因为肺炎支原体无细胞壁，因此对抑制细胞壁合成的抗生素不敏感（如青霉素类、头孢菌素类），大环内酯类抗菌药物通常作为儿科用药首选（如红霉素、罗红霉素和阿奇霉素）。大环内酯类是由链霉菌产生的弱碱性抗菌素，因分子中含有一个内酯结构的14或16元环而得名，红霉素是本类药物最典型的代表。大环内酯类作用于细菌细胞核糖蛋白体50s亚单位，阻碍细菌蛋白质合成，属于生长期抑制剂。主要作用于需氧革兰阳性菌和阴性球菌、厌氧菌，以及军团菌、胎儿弯曲菌、衣原体和支原体等

结语：生物新高考对于情景和题目的结合越来越多，新闻中的重大报道大致如本文所述，当中对于一个生活、生产和科学研究当中的新情景如何改造和融入到新高考试题当中，依旧存在着很多的研究之处，大体依旧是以高中生物教材内容为基，打牢基础，提升素养，全面备考依旧是不二法门。祝大家都能考一个好成绩。