新聞及香港科大故事

Boundless：科大團隊在DICER核酸酶上有什麼最新發現？ 阮教授：我們的研究帶來了重大的新發現。DICER是一種在基因沉默中起關鍵作用的酶，我們發現它其實擁有一種「雙口袋」機制，可以精確地量度RNA長度，從而決定切割的位置，猶如一把「精密剪刀」。這個發現顛覆了科學界對DICER如何與RNA鏈相互作用的傳統認知。Boundless：什麼是「基因沉默」？ 阮教授：基因沉默是指減少或抑制特定基因表現的現象。這個過程可以在細胞內自然發生，也可以通過人工手段誘導實現。基因沉默技術可用於阻止目標基因製造蛋白質，幫助科學家探索基因功能、研究疾病成因，並開發基因治療方法。Boundless：為什麼DICER對基因調控如此重要？ 阮教授：DICER在RNA干擾過程中擔當重要角色。RNA干擾是細胞利用小型RNA分子來實現基因沉默的一種機制︰DICER負責把長鏈RNA切割成微小RNA（microRNA），藉此調控基因表現，確保細胞正常運作。Boundless：這次研究的主要突破是什麼？阮教授：我們首次發現了DICER中有一個「偏好辨識尿嘧啶結合口袋」（G-favored binding pocket），能夠識別以鳥嘌呤開頭的RNA鏈。在此之前，科學界以為DICER只有一種排斥鳥嘌呤的口袋。我們的新發現改寫了這個觀念，為DICER的運作機制提供了全新視角。Boundless：研究團隊使用了哪些研究方法？ 阮教授：我們結合了大數據分析與高解析度成像技術，通過大量切割實驗，觀察了數千種RNA變體與DICER互動的情形，並利用低溫電子顯微鏡（Cryo-EM）技術，在原子級別上清楚呈現DICER與RNA結合的過程。Boundless：研究過程中遇到了哪些挑戰？ 

由香港科技大學（科大）化學系講座教授及國家人體組織功能重建工程技術研究中心（香港分中心）主任孫建偉教授領導的研究團隊，近日在有機合成與藥物化學領域取得突破性進展——研發出一種基於空氣穩定型手性膦催化劑的對映選擇性合成方法，成功製備出高對映體純度的 S（IV）手性乙烯基亞磺醯胺。這類有機硫化合物此前研究較少，卻展現出良好的抗病毒應用潛力。手性硫中心化合物在藥物研發與有機合成中的重要性毋庸置疑。在市面上暢銷的小分子藥物中，超過四分之一含有硫原子；而具有S（IV）手性的手性亞磺醯胺，更是藥物化學、不對稱合成助劑及催化配體領域的關鍵合成砌塊。然而，目前製備高對映體純度亞磺醯胺的方法均依賴過渡金屬催化，並需使用有機金屬親核試劑，高效的有機催化策略長期處於空白狀態，成為這一高價值化學領域的關鍵短板。為解決這一難題，孫建偉教授團隊在《自然・化學》發表標誌性研究成果，詳細闡述了一款基於SPHENOL手性骨架設計合成的新型 C₂對稱手性膦催化劑——QianPhos。該催化劑兼具優異的空氣穩定性與結構剛性，可催化森田 - 貝利斯 - 希爾曼（MBH）酯與亞磺醯胺之間發生 [3+2] 環加成反應，實現高化學選擇性、高對映選擇性與高非對映選擇性的碳 - 硫鍵建構。與傳統過渡金屬催化方法不同，該有機催化策略通過原位生成磷葉立德作為乙烯基親核試劑，為製備高對映體純度的手性環狀乙烯基亞磺醯胺提供了一條機理獨特的新路徑。這類環狀乙烯基亞磺醯胺能與新冠病毒突變刺突蛋白（SARS-CoV-2）及人類免疫缺陷病毒 1 型（HIV-1）的 ENV 蛋白高效結合，凸顯出這一尚未被充分探索的化學領域在抗病毒藥物研發中的巨大潛力。團隊結合密度泛函理論（DFT）計算與核磁共振（³¹P、¹⁹F NMR）機理實驗，揭示了該反應的核心機理特徵：膦鎓物種為催化劑的休眠態，而亞磺醯胺則兼具雙重作用——既是反應底物，又可作為促進劑推動關鍵催化中間體膦鎓的形成。這一尚未見報道的機理特徵，正是該反應具備高選擇性的核心原因。 

香港科技大學（科大）研究團隊在生物學 RNA 沉默機制研究中取得突破性發現，發現人類體內關鍵核酸酶DICER能精準調控微小核糖核酸（microRNAs, miRNA）的機理。這一科研突破將有助推動基因調控研究的發展，為深入了解癌症、免疫系統疾病及遺傳疾病機制提供全新角度。這項研究由科大生命科學部副教授阮俊英教授（Tuan Anh NGUYEN）領導，並由博士生Minh Khoa NGO與Cong Truc LE共同完成，並以《DICER cleavage fidelity is governed by 5′-end binding pockets》為題撰寫論文刊登於國際級學術期刊Nature。人類生命的訊息由DNA基因組負責編碼，並透過信使RNA（核醣核酸）傳遞與執行 DNA的遺傳訊息。RNA通常是單股，由核醣與 A（腺嘌呤）、U（尿嘧啶）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶）四種核糖核苷酸組成。RNA參與許多細胞的重要功能，包括製造蛋白質、調控基因表現，甚至在某些病毒中充當遺傳物質。在RNA的世界中，DICER 核酸酶扮演關鍵的「精密剪刀」角色，它會將雙股RNA切割成極短的小片段，使這些小RNA能進入細胞的沉默系統，用來辨識並關閉錯誤或不需要的基因訊息，猶如在文章中標記與刪除錯字。

香港科技大學（科大）研究團隊成功開發人工智能（AI）工具GrainBot，能從顯微圖像中自動提取並量化多種材料的微結構特徵。GrainBot旨在應對材料科學領域對數據驅動及自主研究流程日益增長的需求，提供系統化的方法將複雜圖像信息轉化為可量化數據，從而加速新一代材料的研發進程。微結構的定量分析一直是材料科學多個領域的關鍵難題。儘管先進顯微技術能夠獲取高質量的材料圖像，但其中蘊含的信息往往難以通過可靠且高效的方式進行分析。現有方法多聚焦於識別簡單特徵或進行圖像分類，難以揭示不同微結構參數之間的互動關係，阻礙了研究人員深入理解材料結構與性能的關聯，減緩新材料的設計與優化。為突破此瓶頸，由科大化學及生物工程學系副教授周圓圓教授領導的團隊設計出GrainBot，為分割、特徵測量和結構相關性分析提供一體化解決方案。研究團隊利用卷積神經網絡實現精確的晶粒分割，並結合自研算法測量晶粒面積、晶界溝槽以及表面起伏凹陷等特徵。GrainBot能將顯微圖像轉化為多維度的豐富的數值指標，有助研究人員建立大型及標準化微結構數據庫，擺脫僅依賴定性觀察的限制。研究團隊將GrainBot應用於一款高效太陽能電池關鍵材料——金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜，以驗證工具的效能。透過分析不同底部表面形貌樣本的原子力顯微鏡圖像，GrainBot成功建構涵蓋數千顆獨立晶粒的數據庫，每顆晶粒均標註多項微結構參數。配合統計分析，便能找出晶粒普遍分佈的規律，以及不同特徵之間過往難以量化的關係，例如晶粒尺寸、溝槽幾何形狀與表面粗糙度等的隱藏關聯性。除分析統計外，研究更結合可解釋的機器學習模型，以揭示微結構特徵的相互影響機制。團隊以選定的晶粒測量參數為目標，訓練基於梯度提升的決策模型，並運用特徵重要性分析與特徵影響關係圖等解析工具，便能探討晶粒表面積與晶界溝槽等參數如何共同影響表面凹深或凸脊高度。

香港科技大學（科大）化學系助理教授黃敬皓教授領導的研究團隊近日透過生物工程技術取得重大突破，研發出新型的聚糖靶向系統，稱為「凝集素定向蛋白聚集療法（LPAT）」。透過這項技術，研究團隊成功在小鼠模型中開發出能夠預防轉移性乳腺癌形成及生長的治療方法。靶向抗癌療法具有難以替代的臨床價值，其通過更嚴格篩選、更精準的方式消除癌細胞，可避免傳統化療常有的嚴重副作用。現時，癌症靶向療法主要採用單克隆抗體技術，該技術通常被設計用於識別癌細胞表面過度表達的特定生物標誌物。儘管抗體在靶向治療領域的影響無可比擬，但其亦存在一項眾所周知的局限——無法有效區分癌細胞相關的聚糖與正常健康組織中的聚糖。因此，眾多靶向聚糖的抗體藥物均未能通過臨床試驗。許多癌組織在生長和轉移至身體其他部位時，其細胞表面聚糖水平會顯著升高，然而目前針對該靶點的有效干預策略仍屬空白，未能充分實現靶向糖基化治療的潛力。為攻克此難題，黃教授的研究團隊近期於《Biomaterials》期刊發表一項研究，提出一種新策略：透過生物工程設計的蛋白質療法，選擇性地結合富含唾液酸（即高唾液酸化）的乳腺癌細胞。該治療劑利用高轉移性癌細胞分泌的天然蛋白酶釋放活化蛋白，隨後該活化蛋白可自組成六聚體蛋白複合物，從而強力結合高唾液酸化乳腺癌細胞。反之，當遇到正常細胞如紅血細胞時，治療劑因無法滿足激活條件而結合能力極弱。研究顯示，該技術能顯著抑制高轉移性乳腺癌細胞的黏附、侵襲及遷移活性。此外，研究團隊還證明該療法能完全抑制轉移性肺腫瘤在小鼠體內形成。回顧這項成果，黃教授表示：「我們在這項研究中觀察到的聚糖識別精度，是抗體技術難以輕易實現的。鑒於目前僅觸及該技術的表層，我們非常期待進一步探索轉移預防療法的可能性。」

香港科技大學（科大）研究團隊透過分析香港、北京、紐約等全球29個大城市的廚餘數據，建立了一套創新的城市廚餘管理框架。研究指出，在廚餘含水量較高的「濕廚餘城市」如香港，將廚餘攪碎並導入污水系統進行處理，比單靠依靠堆填更具效益，此舉更可令整體溫室氣體排放量降低約 47%，同時減少約 11%的廢物處理成本。該研究為全球城市的廚餘管理提供全新的量化依據。研究由科大土木及環境工程學系講座教授陳光浩教授領導，團隊成員包括博士後研究員郭洪驍博士及博士生鄒旭等，並與華中科技大學研究團隊合作。研究成果以〈Redefining separate or integrated food waste and wastewater streams for 29 large cities〉為題，在國際學術期刊《Nature Cities》上發表。隨着全球都市人口上升，廚餘量亦不斷增加。目前，大部分城市仍採用堆填或焚化的方式處理廚餘，然而高含水量的廚餘顯著增加運輸成本及能源消耗。例如在美國，堆填區中的廚餘產生的甲烷佔整體堆填區排放量的58%，已成為主要的溫室氣體污染來源之一。研究團隊通過收集全球29個大城市的廚餘組成、污水量、能源消耗與處理成本等數據進行科學分析，發現影響廚餘處理效益的關鍵因素並非廚餘重量及種類，而是其含水量（moisture load）。含水量愈高，固體廢物處理系統的負荷愈大，相應的處理成本和排放量也會隨之增加。

香港科技大學（科大）研究團隊研發出一項突破性的污水處理技術。該技術結合了基於生物沉積形成的生物膜濾網與超音波空蝕清洗技術，能在厭氧條件下於3.8秒內完成濾網清洗，其處理污水量較現行傳統生物膜反應器（MBR）高出10至20倍。新技術不僅在極低能源消耗下維持高效運作，經處理後的水質亦高於國際及本地標準，每立方米污水的處理成本亦更低至傳統MBR的50%。這項創新技術為處理生活和工業污水帶來可持續性的嶄新方案。研究團隊由科大土木及環境工程學系講座教授陳光浩教授領導，團隊成員包括土木及環境工程學系博士後研究員郭洪驍博士及博士生羅宇等人，研究以「瞬態空化實現濾網式生物反應器中濾餅層的超快速去除，從而高效完成污水處理過程中的泥-液分離」為題於《自然 – 水》期刊發表。MBR為現時全球最普遍應用的二級污水處理技術之一，利用微生物經好氧或厭氧方式，分解污水中的有機物。以香港渠務署所制訂的標準為例，經二級處理污水的總懸浮固體（TSS）須符合每升30毫克或以下的排放標準。雖然MBR技術在分離水與懸浮生物方面表現出色，但膜污染（fouling）問題嚴重，需要定期清洗和更換，導致營運成本相對高昂。科大團隊設計的生物膜網狀濾網（Mesh bioreactors, MeBRs），採用10至200微米的網狀結構，利用微生物自然沉積形成的薄膜進行固液分離，並使用壓電式超聲波換能器（piezoelectric ultrasound transducers），透過超聲波產生氣泡並瞬間破裂所造成的空蝕現象（cavitation），迅速剝離網面上的污染物（biocake）。在好氧情況下能在10秒內完成清理程序，至於在處理家用污水的厭氧情況下，清洗時間更縮短至 3.8 秒。

香港科技大學（科大）理學院開設的「國際科研課程」（International Research Enrichment，簡稱IRE），專為懷抱科學夢想、渴望探索未知的學生而設。自2014年創立以來，IRE為理科學生提供了一條系統化的科研進階之路，使他們在本科早期已能接觸和參與科學研究，並於二年級甚或更早之前，便獲得導師指導並確立研究方向。課程最大特色是著重培養學生的國際經驗和視野，通過專設獎學金資助必修的海外科研實習科（SCIE3900），並靈活結合交流學期，讓學生能投入更長時間於國際研究實習，累積更豐富經驗。這項課程已為眾多優秀學生開啟寶貴機遇，塑造其學術之路。校友黃德軒和林嘉聰正是其中的傑出例子。黃德軒——化學界的創新先鋒 黃德軒在2025年香港桂冠論壇上分享其化學研究成果。