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十大突破就反映出科学发展的三大趋势,生物学

2019-08-29 08:49

科学家对医疗预印本服务器计划褒贬不一

预印本:生物学的未来? 预印本兴起正在生命科学领域激起极大热情

生物学家期待拥抱预印本

中国化工仪器网 行业动态】每到年底,国际科学界公认的刊物美国《科学》杂志都会评选十大科学突破,这不仅是对年度科技大事的年终盘点,从中更能看出近些年来科学界的前沿热点研究方向。 今年的十大突破就反映出21世纪以来科学发展的三大趋势:一是大科学工程解决特定大科学问题作用显著;二是生命科学持续升温,一些重病难病不再是不治之症;三是预印本网站兴起改变科研成果的传播模式。 在今年十大突破中,有两项来自物理学领域,分别是人类“看到”引力波和便携式中微子探测器。 当选为头号突破的“看到”引力波是典型的大科学工程项目,美国在过去几十年为此累计投入11亿美元,今年的论文仅署名作者就有3674人,他们来自全球953个机构。便携式中微子探测器的背后,也有着来自4个国家20多个机构的80余名科学家。 事实上,没有大科学工程,过去20年里物理学领域的另两大突破也难以实现。2015年获诺奖的中微子振荡发现,依靠的是日本超级神冈探测器和加拿大萨德伯里中微子观测站。而2013年获诺奖、被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的发现,是欧洲核子研究中心大型强子对撞机的实验成果。 《科学》杂志主编杰里米·伯格在题为《科学的大与小》的社论文章里总结道,有着明确目标的大科学计划似乎要比那些目标模糊的大科学计划更成功。发现引力波的美国“激光干涉引力波天文台”项目就是一个典型例子,它有着坚实的理论基础、明确的目标、充足的时间和资金,还有一支相当重视管理工作的团队。 但伯格也指出,就像今年十大突破反映的那样,大量的重要发现还是来自人数较少的小型研究团队,这些团队会提出更多开放式但有时影响深远的问题。 “小科学项目可以探索各种各样的问题,可以在探索中视情况相对容易地调整科研方向,”伯格说,“小科学项目的一些发现能为需要更多协调的大科学项目奠定基础。事实上,广义相对论的发展、干涉仪的发明以及黑洞和中子星概念的提出与发现,都是带来今年头号突破成果的必要条件。” 四项生命科学成果中,除了冷冻电镜技术外,另三项分别是基因疗法、基因编辑和广谱抗癌药,多多少少都与基因有着关联,反映出围绕基因做文章是当前一大热点。统计数据表明,全球迄今已开展约2400种基因疗法的临床试验。 而在美国,今年一下子有三种基因疗法获得批准,其中两种治疗癌症,一种治疗遗传病。美国食品和药物管理局局长斯科特·戈特利布评价说,基因疗法正处于一个“转折点”,“我相信基因疗法将成为治疗甚至治愈许多重病难病的支柱”。 生物学预印本兴起的入选也许出乎许多人的意料。预印本是指未经同行评审就上传至公共平台供人查阅的论文草稿,其好处是时间发表,有助跟同行及时交流,快速获得反馈。 而传统的学术刊物在发表论文前大多要经过同行评议,其好处是文章质量有保证,但审稿过程一般较漫长,需要数月甚至数年时间,以至于“论文发表出来时,所有的兴奋通常已消失殆尽”。 早的预印本网站是1991年建立的阿奇夫论文预印本网站,主要针对物理学,如今70%的粒子物理论文都先以预印本方式发表。近30年后,生物学领域的预印本也开始兴起。2013年上线的bioRxiv网站现在每月上传论文近1500篇,今年该网站还获得了美国陈-扎克伯格倡议公司的资金支持。 《科学》杂志说,许多期刊已允许作者把他们提交的论文先以预印本方式发表,还有一些编辑甚至到bioRxiv上寻找可供发表的论文。欧美许多研究资助机构也出台政策鼓励使用预印本。同时,预印本还能帮助年轻科学家迅速建立学术记录。这些都表明,预印本已带来“科学传播文化的重大变化”。 有意思的是,今年火得不行的人工智能研究并未入选,这可能在情理之中,因为人工智能的产业化才刚刚开始,人们看到的更多是这个领域的潜力。 另外,量子通信和量子计算技术也没有上榜,这同样可以理解,因为它们距实际应用仍有距离。不过,中国量子卫星项目科学家潘建伟入选2017年英国《自然》杂志十大科学人物,彰显出量子技术正受到科学界的高度关注。 编辑点评 当今世界科学技术突飞猛进。知识经济已见端倪,国力竞争日趋激烈。宇宙之大,浩瀚无垠,相信随着不断探索,终有一天我们能回答那些现在还未可知的疑问。 (原标题:新闻分析:十大科学突破反映三大趋势)

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402com永利1站,癌症光疗法研究等临床实验或许将有自己的预印本服务器。图片来源:David Higginbotham

图片来源:DAVIDE BONAZZI/SALZMAN AR

自2013年创建起,已有3100余篇预印本被贴在bioRxiv上。 图片来源:John Inglis/biorxiv

医学家可能很快就有了发布未出版论文的预印本服务器了。美国耶鲁大学和耶鲁大学医学院的研究人员正准备启动服务器MedArXiv,专门发布临床研究成果。

2014年5月的一天,当生物学家Nikolai Slavov正在保加利亚看望父母时,他坐在笔记本电脑前并且打开了名为bioRxiv的科学论文免费在线档案。随后,Slavov点击“上传”按钮,将撰写的论文草稿提交上去。这篇论文涉及其在美国麻省理工学院的博士后研究工作,主题是细胞的蛋白质制造机——核糖体的多样化结构。Slavov说,对于分享尚未得到审稿人评议的发现,“我很激动,但也有点紧张”。

物理学家在做,计算机科学家、数学家和经济学家也在做。近日,一次由知名生物医学研究人员和出版商参加的会议,谈论了说服生命科学家也这么做——将他们的研究在同行评议和正式期刊出版前在线发布——还需要什么。

但近日在第八届国际同行评议和科技出版会议上,人们对耶鲁大学心脏病学家Harlan Krumholz提出的这个计划褒贬不一。医学界的许多人都不确定在网上发布预印是否是个好主意。主要的担忧基于这些文章可能会影响临床实验,或者在评审者看到这篇文章之前,就已促使患者自行尝试新疗法。

不过,他并没有担心太久。在几个小时内,论文草稿出现在网络上并且供全世界的人查看。几周内,文章被下载上百次并逐渐获得很多评论。它还为Slavov带来了工作机会。2015年7月,在这篇论文的同行评议最终版出现在《细胞报告》期刊上的数月前,他获得了东北大学的终身教职职位。

此次会议名为生物科学和出版促进会,其动力来自一些研究人员对在生物学期刊上发表文章的速度过慢而日益增加的失望感。美国加州大学旧金山分校细胞生物学家Ron Vale表示,这种耽搁可能持续好几年,从而严重影响了科学家的事业,因为他们无法获得对其工作的认可,直至文章被发表。

“如果能确保不会产生伤害,这个想法将很有帮助。”美国医学会杂志总编辑Howard Bauchner在会上指出。

Slavov说,将论文初稿,或者说预印本贴到网上,“显然在我找工作时帮了大忙”。他还表示,自此以后发布到网上的6篇预印本助推了职业生涯的发展。科学记者报道了他的工作,同行向他寻求合作,期刊编辑邀请他提交论文。

身为ASAPbio协办者之一的Vale认为,解决方法是让生物学家拥抱预印本:将出版前的原稿在网上发布。这会加快论文传播的速度,促进讨论和新想法的产生,从而加速并改善生命科学研究。

目前,物理学家已经在arXiv上发布了超过20年的预印本,并且2013年发布的生命科学预印本服务器bioRxiv上的论文数量正呈指数级增长。Krumholz认为医学界是时候跟上潮流了。“这将加速相关研究。”他说。而且,临床研究数据通常在发表之前就已经公布出来了,比如在新闻发布会和医学会议上。“为什么不把全部结果公开呢?”Krumholz说。

Slavov代表了一场横扫生命科学领域的运动的前景。尽管近30年来物理学家一直在发表预印本,但很多生物学家刚刚开始广泛分享其未经评审的论文。这一转变之所以加快,部分原因在于知名科学家对于预印本发表的支持,以及纽约冷泉港实验室在2013年发起的非营利性预印本bioRxiv。如今,bioRxiv存放了1.5万余篇论文。不过,和预印本在没有太多宣传或者争议的情况下起飞的物理学相比,生物学向预印本的飞跃正在生命科学这个竞争激烈的领域激起强烈的热情。

有迹象表明,一些生物学家已准备效仿其在物理科学领域的同事。在发表前将研究成果提交到于25年前创建的arXiv预印本服务器,如今这已是物理科学领域的常规做法。唯一针对生命科学领域的预印本服务器——bioRxiv创建于2013年,而其受欢迎程度正迅速增加,尤其是在计算生物学、基因组学等数据密集型领域。

尽管bioRxiv接受了某些临床论文,但Krumholz表示MedArXiv将会是医学研究人员自己的存储库。“我不确定临床研究界是否会觉得bioRxiv是他们的家,在应用临床方面,许多人甚至从未听说过它。”他说。

为何生物学预印本现在起飞?

该网站共同创始人、纽约冷泉港实验室出版社执行编辑John Inglis介绍说,目前网站上贴出超过3100篇预印本。诸如在线的F1000Research等其他期刊也鼓励在同行评议前将生命科学领域的原稿贴出来。

如果主流医学杂志编辑认为他们不会出版这些预印本的最终版本论文,那么MedArXiv将很难吸引到论文。目前,《英国医学杂志》和《柳叶刀》杂志是为数不多的明确表示发表预印并不妨碍最终论文出版的医学期刊。偶尔发表医学研究成果的《自然》和《科学》也有相同政策。

今天的繁荣酝酿已久。上世纪60年代,美国国立卫生研究院向一群生物学家发送论文手稿的影印本。这个短命的项目启发物理学家在1991年成立arXiv。这是一个如今位于康奈尔大学的非营利性预印本服务器。1999年,诺贝尔奖获得者、NIH时任院长Harold Varmus提议为生物学领域设立类似服务器,但期刊出版商认为这是一个威胁。不过,2003年,arXiv开设了定量生物学专区。2007年,自然出版集团启动名为《自然科学进展》的服务器。在2012年被关闭前,它整理了2000余篇论文手稿。

不过,Vale表示,预印本对生物学家来说仍是一块不熟悉的阵地。纽约洛克菲勒大学神经生物学家Leslie Vosshall认为,如果此类网站在生命科学领域流行起来,研究人员将不得不克服一些常有的顾虑。比如,预印本可能导致科学家的成果被竞争对手抢先发布,并且错失提出某个想法的功劳。Vale和Vosshall均认为,此类担忧是错误的。“我认为,大多数生物学家并不了解预印本。或者说,如果他们了解的话,也只是在非常肤浅的层面上听说过,导致他们并没有真正地理解预印本。”Vale表示。

但美国医学会杂志系列还在就此问题进行激烈争论。“两方各执一词,我怀疑我们会考虑出版张贴在预印服务器上的论文,但我们将会阻止这种做法。”Bauchner说。

这一概念真正获得广泛关注是在2013年11月。当时,CSHL发起bioRxiv,将其作为一种促进科学交流的方法。它的背后有CSHL支持,同时几十名志愿者承诺将自己的预印本发表在bioRxiv上并且帮助筛选提交的论文。最近,bioRxiv获得财力雄厚的陈—扎克伯格计划的支持。CZI由“脸谱”共同创始人马克:扎克伯格和他的妻子、儿科医生普莉希拉:陈出资成立。

《中国科学报》 (2016-02-24 第3版 国际)

无论如何,Krumholz表示,最初计划是在会议当天开放服务器,作为耶鲁大学开放数据访问项目的一部分。但启动计划最后被推迟,与期刊的争论还在继续。“但我们的目标不是满足业主和独裁者。”他说。

CSHL并非预印本的唯一推动者。其他服务器也在如雨后春笋般出现。去年年初,一个名为ASAPbio的非营利性服务器在旧金山成立,并且开始部署预印本“大使”——向同行宣传该服务器的热心人。ASAPbio还举办关于资助者和期刊如何看待预印本等类似主题的会议。

与此同时,大多数研究资助者开始将预印本“合法化”。目前,英国医学研究理事会、惠康信托基金会、NIH以及霍华德:休斯医学研究所都鼓励受资助者在基金申请书中引用预印本而不只是经过同行评议的论文。CZI甚至将在论文被提交给期刊的同时发表预印本作为对受资助者的要求。

谁在发表生物学预印本?

很多科学家都在发表。BioRxiv拥有1.1万余名通讯作者,其中56%来自美国以外的国家。上百名生命科学家在其他免费的非营利性以及PeerJ预印本等商业服务器上发表文章。诸如生物信息学、基因组学等计算领域的研究人员是bioRxiv的早期采用者。神经科学家在迎接这项服务时比较迟缓,但目前该领域是bioRxiv的最大分类之一,占全部论文的15%。

一些预印本作者是拥有很多追随者的知名研究人员,包括布罗德研究所基因学家Eric Lander以及加州大学合成生物学家George Church和古DNA研究人员David Reich。预印本的粉丝还有:研究CRISPR基因编辑工具的两名领军者——来自布罗德研究所的Feng Zhang和来自加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna。更多的支持者没有这么出名。根据自我描述,一名多产的bioRxiv作者是印度一位独立的生物信息学研究人员,同时是一名和尚。

纽约洛克菲勒大学神经科学家Leslie Vosshall将自己描述为扩散预印本革命的“菲德尔:卡斯特罗”。她认为,主要有两类人欢迎预印本:处于职业生涯中期、有一定名气的科学家以及愿意分享一切事情的“千禧一代”。

预印本服务器还成为对争议性发现寻求公开批评的研究人员的首选出口。来自CSHL的bioRxiv共同创始人John Inglis介绍说,期刊可能对发表这种对多数人持有的观点进行反对的研究并不感兴趣。同时,网络世界使快速反应成为可能:在基因组学先锋J. Craig Venter所在的圣地亚哥人类长寿研究所上个月发表文章称其能利用DNA预测脸部后,批评者在一天之内作出了回应:在bioRxiv上发表了一篇预印本,对此项研究进行了猛烈抨击。很快,Venter在bioRxiv上发表另一篇预印本,进行了回击。

预印本支持者表示,一个优势是你能在论文被同行评议的期刊接收的数月甚至几年前,便将其和同行分享。华威大学细胞生物学家Stephen Royle表示,这种速度有助于研究人员保持热情。“发表论文是一个如此漫长的过程,以至于等它出现在期刊上时,所有的兴奋通常都消失殆尽。”Royle认为,“在你仍然感到兴奋时,论文发表了。这是一种了不起的感觉。”一项对提交给arXiv的论文进行的研究发现,对一项发现的早期关注会在随后获得回报:最终在期刊上发表的预印本似乎被引用得更快。

为最新发现获得时间戳记也形成了部分吸引力。诸如bioRxiv、PeerJ预印本等服务器会为提交的论文提供发表日期和数字对象标识符,本质上是为建立优先级树立一面旗帜。与此同时,“这也引发了一些困扰,因为我们并未真的拥有决定谁应当对某项发现获得优先权的标准。” 塞恩斯伯里实验室植物病理学家Sophien Kamoun表示,“一些人坚持认为,首先在同行评议期刊上发表论文更加重要。”

由于预印本可被引用,因此它们能帮助年轻科学家迅速建立学术记录。这会让正在寻求资助或者工作的人受益。预印本作者可能收到对其研究产生兴趣的期刊编辑的来信:一些编辑会浏览bioRxiv寻找论文。

有时,预印本会促进健康的竞争。看到有个团队发表了关于基因改造蚂蚁的预印本后,Vosshall对其进行了引用。另一个开展类似工作的团队看到了这篇论文,并且很快发表了自己的预印本。两个团队将它们的论文提交给《细胞》杂志,而后者在上个月将两项研究一起发表。

预印本还能促进合作。3个研究相同细胞蛋白的团队同意协调预印本的发表时间,从而使它们在一两天内依次出现在bioRxiv上。加州大学旧金山分校生物化学家Adam Frost介绍说,3个团队在一次会议上对彼此有了了解,并且决定同时发表预印本“是最公平的”。

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