阿秒X射线是探测微观超快电子动力学的核心工具，中国科学院上海高研院联合德国团队，在连续波太瓦阿秒X射线光源领域取得重要突破。
针对工程菌应用的潜在生物扩散风险，中国科学院微生物所团队开发新型CRISPR生物封控技术，为工程微生物安全应用提供了全新解决方案。
基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第184期。
1.《Ultrafast Science》丨阿秒激光迈入太瓦时代
阿秒X射线脉冲可同时实现原子尺度空间分辨与阿秒级时间分辨，是研究微观体系中超快电子动力学的核心工具。近年来，自由电子激光技术的发展将X射线脉冲推进至阿秒量级，大幅拓展了超快X射线科学的研究边界。
中国科学院上海高等研究院联合德国电子同步加速器研究所，依托上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）取得关键进展。团队系统论证了我国首台连续波X射线自由电子激光装置SHINE，具备在兆赫兹重复频率下稳定输出高强度阿秒X射线脉冲的潜力，并创新提出“自啁啾”方案：仅通过优化束流动力学，利用电子束自身集体效应形成强能量啁啾，经极端纵向压缩获得超短高峰值流强束团，最终辐射出高峰值功率阿秒X射线脉冲。数值模拟显示，该方案可在6keV硬X射线波段产生脉宽约300阿秒、峰值功率0.8太瓦的脉冲，1keV软X射线波段可实现太瓦级峰值功率输出。
该成果为高重频、高峰值功率阿秒X射线光源提供了全新技术路径，未来将有力推动强关联材料电子动力学、量子相干X射线谱学、原子尺度超快成像等领域的发展。
2.《Nucleic Acids Research》丨工程菌有了超稳“双保险”安全锁
工程微生物在生物制造、疾病治疗、环境修复等领域前景广阔，但环境扩散带来的生物安全风险，始终是制约其落地应用的核心痛点。目前主流的CRISPR“自杀开关”，在长期培养和强选择压力下，易因基因突变失效，出现不受管控的逃逸细胞，无法满足实际应用的安全要求。
中国科学院微生物研究所研究团队，基于前期CRISPR护卫系统CreTA的原创发现，开发出名为ATTACH的生物封控新策略，打造了一套遗传稳定的双层生物安全开关。该系统采用“双保险”机制：核心层以CRISPR-Cas系统为杀伤模块，诱导条件下可通过Cas3介导的染色体大规模降解，快速杀灭工程菌；备份层为毒素-抗毒素模块，一旦CRISPR系统因突变失活，便会释放毒素触发细胞死亡，彻底清除逃逸细胞，大幅提升封控的稳定性与效率。同时，团队优化出无抗生素筛选标记的ATTACH3系统，测试显示，小鼠肠道模型中诱导168小时后，工程菌逃逸率低至10⁻⁹，超出美国NIH推荐的生物安全标准10倍。
该系统不影响工程菌的正常生长与产物合成，还可在多种细菌中跨物种“即插即用”，为工程微生物的安全应用提供了关键技术支撑。
3.《Postharvest Biology and Technology》丨SlERF.F4基因可提升番茄灰霉病抗性
番茄灰霉病是由致病真菌灰葡萄孢菌引发的严重采后病害。现有防治方法普遍存在局限，深入探究番茄果实的抗病分子机制，对开发高效新型防控技术、降低采后损耗、提升果实保鲜品质，具有重要的科学与应用价值。
番茄果实成熟过程中，对灰葡萄孢菌的易感性会逐渐增强，该病菌诱导的病害响应受乙烯响应因子的精细调控。中国科学院武汉植物园研究发现，SlERF.F4基因在番茄果实绿熟期表达水平较高，且其表达受灰葡萄孢菌感染的强烈诱导。团队通过对比实验证实，敲除或敲低SlERF.F4的番茄果实，对灰霉病的敏感性明显增强，过表达该基因的果实抗病性则有所提升，明确了该基因对番茄抗灰霉病的正向调控作用。研究进一步揭示，SlERF.F4能在番茄的免疫防御与抗氧化防御间搭建关键桥梁，既能诱导抗病基因表达直接抵御病原菌，还能通过调控相关酶活性维持活性氧稳态，抑制氧化损伤。
值得关注的是，该基因在增强番茄抗病性的同时，对果实成熟进程及采后品质均无不利影响，是培育抗病番茄新品种的理想靶标。
4.《Journal of the American Chemical Society》丨破译蛋白隐藏构象攻克不可成药靶点难题
Ras超家族蛋白的致病突变，大多会诱发微小且高度动态的构象变化，进而导致蛋白功能紊乱，这类靶标长期被归为“不可成药”靶点。而X射线晶体学等传统结构解析方法，通常只能捕捉非生理状态下的静态结构，无法反映蛋白在生理溶液中的真实功能构象，存在明显技术局限。
3月16日，中国科学院上海药物研究所联合大连化学物理研究所，创新性整合非变性质谱、紫外激光解离技术及X射线晶体学，破解了这一难题。团队针对弥漫性胃癌相关的RhoAY42C突变体展开研究，此前通过晶体学解析得到两种结构，无法确定其真实致病的分子机制。
借助新技术，团队以单氨基酸级分辨率明确了该突变体在溶液中的主导构象，证实Y42C突变会产生“Mg²⁺锁定效应”，还发现构象变化会导致蛋白GTP水解能力受损，同时暴露了一个隐藏的全新结合口袋。基于此，团队筛选出共价抑制剂LC-RhoAY42Cin。该抑制剂可选择性修饰突变位点，以剂量依赖方式抑制核苷酸交换，为靶向高动态“不可成药”蛋白建立了新研究范式。
5.《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》丨机器人获指尖级六维力精准感知能力
触觉是机器人实现精准灵巧操作与安全人机交互的核心能力。当前主流的指尖触觉方案，多依赖阵列传感单元或柔性电子皮肤，普遍存在布线复杂、数据处理负担重、曲面适配性与抗冲击能力不足等痛点。
中国科学技术大学团队另辟蹊径，提出以嵌入式六轴力/力矩传感器为核心、结合几何模型的内生触觉感知方案，用更简洁的系统实现实时接触信息感知，成功研制出微型传感OriCube。该传感器体积仅14×14×12mm³、重量4g，在23N量程下实现3mN级分辨率，可直接嵌入机器人灵巧手指尖。OriCube采用折纸式三维线圈阵列与电涡流耦合技术，搭配模块化硅胶“微弹簧”弹性体，兼顾了小型化封装、低轴间串扰与高测量精度，还可灵活平衡灵敏度与量程。测试显示，该传感器功耗低、抗冲击、抗磁场干扰，能感知羽毛轻触的微弱力，长时间运行漂移极小。
团队将其嵌入仿生指尖，成功实现接触位置与力矢量的实时精准感知，为机器人复杂环境下的灵巧操作提供了低成本、高可靠的触觉感知新方案。
6.《Physical Review Letters》丨快离子束导向技术实现跨越式提升
离子束在先进制造、肿瘤治疗、诱变育种、微生物工程等领域具有不可替代的作用，精准操控是其落地应用的核心前提。
中国科学院近代物理研究所在离子束操控技术领域取得重要进展，既揭示了制约快离子束自适应导向的关键物理机制，又成功实现了快离子束的稳定导向，为研发无需外部供电、自适应的“离子束导管”扫清了核心障碍。团队探明，制约导向效果的核心是电场饱和问题：高能离子撞击导向通道内壁时，在沉积电荷的同时会溅射出大量二次离子，这些二次离子在电场作用下落到对面内壁，沉积后会削弱用于导向离子束的自组织电场，最终导致导向失效。针对这一机制，团队设计了带深槽结构的导向通道，将对面内壁的电荷沉积比例从最高98%抑制到7%以下，同时构建隐藏式电阻网络，解决了传统通道在离子辐照下电导率不稳定的痛点。
基于上述方案，团队成功实现指定参数氧离子束的稳定导向，导向电势差较此前提升两个数量级，流强提升三个数量级，为“离子束导管”的实用化奠定了坚实基础。
针对工程菌应用的潜在生物扩散风险，中国科学院微生物所团队开发新型CRISPR生物封控技术，为工程微生物安全应用提供了全新解决方案。
基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第184期。
1.《Ultrafast Science》丨阿秒激光迈入太瓦时代
阿秒X射线脉冲可同时实现原子尺度空间分辨与阿秒级时间分辨，是研究微观体系中超快电子动力学的核心工具。近年来，自由电子激光技术的发展将X射线脉冲推进至阿秒量级，大幅拓展了超快X射线科学的研究边界。
中国科学院上海高等研究院联合德国电子同步加速器研究所，依托上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）取得关键进展。团队系统论证了我国首台连续波X射线自由电子激光装置SHINE，具备在兆赫兹重复频率下稳定输出高强度阿秒X射线脉冲的潜力，并创新提出“自啁啾”方案：仅通过优化束流动力学，利用电子束自身集体效应形成强能量啁啾，经极端纵向压缩获得超短高峰值流强束团，最终辐射出高峰值功率阿秒X射线脉冲。数值模拟显示，该方案可在6keV硬X射线波段产生脉宽约300阿秒、峰值功率0.8太瓦的脉冲，1keV软X射线波段可实现太瓦级峰值功率输出。
该成果为高重频、高峰值功率阿秒X射线光源提供了全新技术路径，未来将有力推动强关联材料电子动力学、量子相干X射线谱学、原子尺度超快成像等领域的发展。
2.《Nucleic Acids Research》丨工程菌有了超稳“双保险”安全锁
工程微生物在生物制造、疾病治疗、环境修复等领域前景广阔，但环境扩散带来的生物安全风险，始终是制约其落地应用的核心痛点。目前主流的CRISPR“自杀开关”，在长期培养和强选择压力下，易因基因突变失效，出现不受管控的逃逸细胞，无法满足实际应用的安全要求。
中国科学院微生物研究所研究团队，基于前期CRISPR护卫系统CreTA的原创发现，开发出名为ATTACH的生物封控新策略，打造了一套遗传稳定的双层生物安全开关。该系统采用“双保险”机制：核心层以CRISPR-Cas系统为杀伤模块，诱导条件下可通过Cas3介导的染色体大规模降解，快速杀灭工程菌；备份层为毒素-抗毒素模块，一旦CRISPR系统因突变失活，便会释放毒素触发细胞死亡，彻底清除逃逸细胞，大幅提升封控的稳定性与效率。同时，团队优化出无抗生素筛选标记的ATTACH3系统，测试显示，小鼠肠道模型中诱导168小时后，工程菌逃逸率低至10⁻⁹，超出美国NIH推荐的生物安全标准10倍。
该系统不影响工程菌的正常生长与产物合成，还可在多种细菌中跨物种“即插即用”，为工程微生物的安全应用提供了关键技术支撑。
3.《Postharvest Biology and Technology》丨SlERF.F4基因可提升番茄灰霉病抗性
番茄灰霉病是由致病真菌灰葡萄孢菌引发的严重采后病害。现有防治方法普遍存在局限，深入探究番茄果实的抗病分子机制，对开发高效新型防控技术、降低采后损耗、提升果实保鲜品质，具有重要的科学与应用价值。
番茄果实成熟过程中，对灰葡萄孢菌的易感性会逐渐增强，该病菌诱导的病害响应受乙烯响应因子的精细调控。中国科学院武汉植物园研究发现，SlERF.F4基因在番茄果实绿熟期表达水平较高，且其表达受灰葡萄孢菌感染的强烈诱导。团队通过对比实验证实，敲除或敲低SlERF.F4的番茄果实，对灰霉病的敏感性明显增强，过表达该基因的果实抗病性则有所提升，明确了该基因对番茄抗灰霉病的正向调控作用。研究进一步揭示，SlERF.F4能在番茄的免疫防御与抗氧化防御间搭建关键桥梁，既能诱导抗病基因表达直接抵御病原菌，还能通过调控相关酶活性维持活性氧稳态，抑制氧化损伤。
值得关注的是，该基因在增强番茄抗病性的同时，对果实成熟进程及采后品质均无不利影响，是培育抗病番茄新品种的理想靶标。
4.《Journal of the American Chemical Society》丨破译蛋白隐藏构象攻克不可成药靶点难题
Ras超家族蛋白的致病突变，大多会诱发微小且高度动态的构象变化，进而导致蛋白功能紊乱，这类靶标长期被归为“不可成药”靶点。而X射线晶体学等传统结构解析方法，通常只能捕捉非生理状态下的静态结构，无法反映蛋白在生理溶液中的真实功能构象，存在明显技术局限。
3月16日，中国科学院上海药物研究所联合大连化学物理研究所，创新性整合非变性质谱、紫外激光解离技术及X射线晶体学，破解了这一难题。团队针对弥漫性胃癌相关的RhoAY42C突变体展开研究，此前通过晶体学解析得到两种结构，无法确定其真实致病的分子机制。
借助新技术，团队以单氨基酸级分辨率明确了该突变体在溶液中的主导构象，证实Y42C突变会产生“Mg²⁺锁定效应”，还发现构象变化会导致蛋白GTP水解能力受损，同时暴露了一个隐藏的全新结合口袋。基于此，团队筛选出共价抑制剂LC-RhoAY42Cin。该抑制剂可选择性修饰突变位点，以剂量依赖方式抑制核苷酸交换，为靶向高动态“不可成药”蛋白建立了新研究范式。
5.《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》丨机器人获指尖级六维力精准感知能力
触觉是机器人实现精准灵巧操作与安全人机交互的核心能力。当前主流的指尖触觉方案，多依赖阵列传感单元或柔性电子皮肤，普遍存在布线复杂、数据处理负担重、曲面适配性与抗冲击能力不足等痛点。
中国科学技术大学团队另辟蹊径，提出以嵌入式六轴力/力矩传感器为核心、结合几何模型的内生触觉感知方案，用更简洁的系统实现实时接触信息感知，成功研制出微型传感OriCube。该传感器体积仅14×14×12mm³、重量4g，在23N量程下实现3mN级分辨率，可直接嵌入机器人灵巧手指尖。OriCube采用折纸式三维线圈阵列与电涡流耦合技术，搭配模块化硅胶“微弹簧”弹性体，兼顾了小型化封装、低轴间串扰与高测量精度，还可灵活平衡灵敏度与量程。测试显示，该传感器功耗低、抗冲击、抗磁场干扰，能感知羽毛轻触的微弱力，长时间运行漂移极小。
团队将其嵌入仿生指尖，成功实现接触位置与力矢量的实时精准感知，为机器人复杂环境下的灵巧操作提供了低成本、高可靠的触觉感知新方案。
6.《Physical Review Letters》丨快离子束导向技术实现跨越式提升
离子束在先进制造、肿瘤治疗、诱变育种、微生物工程等领域具有不可替代的作用，精准操控是其落地应用的核心前提。
中国科学院近代物理研究所在离子束操控技术领域取得重要进展，既揭示了制约快离子束自适应导向的关键物理机制，又成功实现了快离子束的稳定导向，为研发无需外部供电、自适应的“离子束导管”扫清了核心障碍。团队探明，制约导向效果的核心是电场饱和问题：高能离子撞击导向通道内壁时，在沉积电荷的同时会溅射出大量二次离子，这些二次离子在电场作用下落到对面内壁，沉积后会削弱用于导向离子束的自组织电场，最终导致导向失效。针对这一机制，团队设计了带深槽结构的导向通道，将对面内壁的电荷沉积比例从最高98%抑制到7%以下，同时构建隐藏式电阻网络，解决了传统通道在离子辐照下电导率不稳定的痛点。
基于上述方案，团队成功实现指定参数氧离子束的稳定导向，导向电势差较此前提升两个数量级，流强提升三个数量级，为“离子束导管”的实用化奠定了坚实基础。
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