中美两国实现空间科技合作0的突破 课题是人体组织在太空中的微进化

北京时间4日凌晨5点07分，由北京理工大学邓玉麟教授团队开发的“空间环境中聚合酶链反应中DNA错配研究的科学有效载荷”通过美国佛罗里达州肯尼迪航天中心的龙型航天器上的SpaceX的猎鹰9号火箭，由负责操作国际空间站科学研究平台的“纳米背包”送往国际空间站。有效载荷将在空间辐射和微重力环境下对轨道中的抗体编码基因进行突变研究。这一搭载项目的成功实施，是中国空间科学项目首次进入国际空间站，标志着中美空间科学合作“零”突破。根据双方达成的协议，美方将把北方理工学院的旗帜带到国际空间站，该空间站将由宇航员发射。这是中国大学国旗首次出现在国际空间站，意义深远。

数据图表:由SpaceX开发的猎鹰9号火箭发射和一次海上回收示意图。

在科技部重大科学仪器开发项目和国防科学技术局民用航天项目的支持下，由北京理工大学生命学院教授、国际宇航科学院院士邓玉麟团队自主研发的在国际空间站上发射的北方理工大学空间生命科学有效载荷。这是继2011年神舟八号、2016年长征七号和2017年天舟一号运载火箭之后的又一次太空旅行。北方技术研究所的有效载荷将被送入国际空间站的美国实验舱，实验数据将被送回北方技术研究所的研究人员进行后续科学研究。

“小实验”打破中美太空“大合作”

美国搭载和进入国际空间站的能力不仅因为北方理工大学在空间生命科学研究领域取得的成就而得到国际社会的充分认可，也得益于中国团队对相关法律的认真研究和突破。2011年，美国国会颁布了《沃尔夫法案》(Wolff Act)，禁止美国国家航空航天局(美国航天局)和与美国航天局和中国航天工业有合同关系的美国航天企业进行任何接触和合作。该法案是组织中美空间合作的“障碍”。北方理工大学生命科学学院的邓玉麟教授团队，以北方理工大学特有的“敢做世界第一”的创新精神，于2015年8月以商业合作的方式大胆尝试与美国纳米背包公司签订协议，并通过各种评审将中国的第一个项目带到国际空间站，引起各方的广泛关注。

此次发射是30年来中美在太空领域的首次合作，具有“破冰”的意义。通过商业合作模式实现中美空间站合作，也为中美空间合作开辟了新的途径，开创了中美空间合作的新局面。

“小”负荷进行“大”研究

北方工学院的空间负荷从关注宇航员的生命和健康开始，扩展到探索空间环境对微观(分子)进化的影响。宇航员在太空飞行中会面临多种健康威胁，其中空间辐射和微重力是导致宇航员生理机能障碍的重要因素。团队负责人邓玉麟介绍说:“在神舟八号有效载荷实验的研究中，我们发现了空间环境中的一些新的DNA突变现象，从而推断出空间环境可能与基因突变和生物分子进化有重要联系。鉴于抗体是人体内相对保守和重要的生物元素，我们提出了大胆和创新的想法，并以抗体编码基因片段为模型进行了空间实验，研究空间环境对分子进化的影响。”

北京科技大学生命学院副教授李晓琼是该团队的关键成员之一，他表示，该项目的任务是利用微流控聚合酶链反应仪来扩增轨道中抗体DNA片段的基因，从而模拟人类生命的延续和发展。航天飞行后，分析了基因突变规律，探讨了空间辐射和微重力环境下基因突变的机理。

“这是一项具有重大科学意义的基础生命科学研究。这个团队在世界上第一次利用太空环境进行“微观进化”研究。一方面，它有助于我们理解空间环境对生物进化规律的影响。另一方面，当我们掌握基因突变规律并对其进行相应的改变和修饰以更好地适应环境时，对疾病的预防和控制具有重要意义，并对人类的发展产生重要影响。”生命学院的团队成员王睿博士介绍说。

这次太空实验不仅有理论创新，而且在技术上也有许多新的探索。据介绍，该团队利用微流控芯片模拟人体发育过程，利用扩增技术模拟细胞内基因复制，实现生命扩增和发育的动态过程模拟，从而掌握环境对基因扩增的影响。与此同时，该团队突破了空间变温条件下基因扩增的技术难题，“过高的温度会给芯片带来巨大的压力，从而容易被破解。我们在2011年搭载八神时克服了这一困难——使用微流控芯片实现变温聚合酶链反应扩增技术，并在“窄”负载仪器中进行“大量”科学研究。”李晓琼说。这次有两组，12个芯片和60个频道。将在太空环境中研究20个基因的突变规律。“在如此恶劣的负载条件下，研究20个基因的突变规律也是世界领先的技术。”王睿说。

它今后还将与欧洲航天局合作。

八神、长旗、天舟一号和国际空间站……每次发射都表明，北方国防科技工业新的交叉学科空间生物学和医学工程在仪器仪表、自动控制、信息电子学、生命科学和医学的交叉融合中形成了自己的特色，显示出强大的技术实力，在人才培养和队伍建设方面也取得了可喜的成绩。这项任务由一个10人以上的团队完成，分为两个部分:科学和负荷，每个部分由年轻的老师和学生组成。邓玉麟用“敢想、敢做、敢创新”来形容团队中的师生。他说:“我们在科学和负荷方面都有许多创新。面临一个又一个难题，如空间辐射、复杂机理、难以把握规律、整体实验设计、核心芯片开发等。从老师到博士生，每个人都非常努力，严格按照时间节点完成。该团队开发了一个有效的模式，“青年教师+学生”，并与企业紧密联系，这可以说是一个非常成功的典范。”

邓玉麟坦言，科研项目的开发不仅产生了丰富的科研成果，而且培养了学生克服困难的科研态度，增强了师生的国际交流能力。他们体验了大局意识和大局精神，为未来的独立科研和技术发展提供了难得的机遇。

近年来，北京科技大学瞄准世界科技前沿，立足服务国家的大战略，充分发挥多年来在国防科技领域积累的工程技术优势，加强生物医学工程学科建设，注重深层次的跨学科融合，实现了空间生命科学领域的快速发展。在国家重大项目的资金支持和上级及兄弟单位的大力支持下，公司抓住机遇，在北方空间技术研究所承担多种生活载荷，为中国深空探测研究做出贡献，并在国际空间研究领域形成影响力。在下一阶段，北方技术研究所和欧洲航天局(欧空局)之间关于国际空间站的合作已经开始。人们相信，在未来，北方理工学院将在人类探索太空的伟大旅程中书写自己辉煌的一笔。