汇总！2月Science不得不看的亮点研究
2017-02-24 MedSci MedSci原创
2月即将过去，Science有哪些精彩研究成果呢？让小编一一道来。【1】Science：生物界“新宠”基因驱动，消除疟疾的“利器”作为一种可以修饰DNA遗传的方法，“基因驱动”可以使蚊子的遗传物质发生改变，最后甚至导致其数量骤减。科学家正在使用该方法来降低疟疾传播率，以保护非洲儿童免受疟疾侵袭。近日，来自亚利桑那州大学（Arizona State University）的进化生态学家詹姆斯·科
2月即将过去，Science有哪些精彩研究成果呢？让小编一一道来。
作为一种可以修饰DNA遗传的方法，“基因驱动”可以使蚊子的遗传物质发生改变，最后甚至导致其数量骤减。科学家正在使用该方法来降低疟疾传播率，以保护非洲儿童免受疟疾侵袭。
近日，来自亚利桑那州大学（Arizona State University）的进化生态学家詹姆斯·科林斯（James Collins）在美国科学促进会年度会议（AAAS）上关于“基因驱动”消除疟疾的专访被Science刊发。
基于基因组编辑技术CRISPR的进步，“基因驱动”在抗寄生虫领域也得到了重要运用。但如美国科学、工程、医学院（ National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine ）去年所言：由于对整个人口的遗传信息的改造可能产生的意想不到的后果，因此其在释放到任何环境中时都应该采取广泛的测试。
你可能检测到了一个“假突变”！2月17日，科学家们在Science上表示，在DNA样本中检测到的的一些序列突变实际上可能是样本处理过程中遭受损伤所造成，诱导损伤引发的突变占据了大多数的低频及中频突变。更重要的是，他们发现，被广泛使用的测序数据集中也存在着DNA损伤的印迹，包括***基因组计划数据集（1000 Genomes Project ）和Atlas癌症基因计划数据集（The Cancer Genome Atlas）。这些损伤直接混淆了数据集中体细胞突变的鉴定。
研究人员已经设计出了一个算法，能够计算出DNA测序样本中的损伤程度。该算法的依据是超声波降解法过程中氧化损伤将鸟嘌呤（G）突变为8 -羟基鸟嘌呤。在序列读取时8 -羟基鸟嘌呤与胸腺嘧啶（T）十分相似，因此比较两条互补链的序列时，若存在错配，鸟嘌呤（G）的突变就可以被检测到：一条链读取出胸腺嘧啶（T），但互补链中配对的是胞嘧啶（C），这就说明在自然情况下发生了鸟嘌呤（G）到胸腺嘧啶（T）的突变。因此，这种算法比较第一次和第二次测序的read来揭示胸腺嘧啶（T）错配程度来确定DNA损伤的量。
当应用于***基因组计划数据集和Atlas癌症基因组数据集时，该算法确定了41%的***基因组计划数据集存在不同得分的诱导损伤，71%的Atlas癌症基因组数据集表现出广泛的诱导损伤。
作者认为，这种算法得出来的评分有助于为识别潜在低频突变设置严格的门槛。
美国Jackson实验室教授和Howard Hughes医学研究所的研究员Simon W.M. John在2月17日的Science上报道了他们团队的新发现：通过将维生素B3添加到饮用水中去对遗传性青光眼倾向的小鼠有防止疾病的作用。
在小鼠身上的实验体现服用维生素是如此惊人地有效，它消除了绝大多数与年龄有关的分子变化，并为防止青光眼提供了一个显著且强大的保护。它为青光眼患者开发廉价和安全的治疗提供了希望。
通过理解通常的衰老机制，能够开发出保护很多人免受衰老相关疾病困扰的新疗法。结合基因组学、代谢分析、神经生物学和其它方法对遗传易感青光眼小鼠进行研究，与对照组相比，研究人员发现随着年龄的增长NAD（在神经元和其它细胞的能量代谢中非常重要的分子）会降低。NAD水平的下降减少了神经元能力代谢的稳定性，特别是在压力下眼压升高。在本质上维生素B3（烟酰胺）的治疗能促进老化的视网膜神经节细胞代谢的稳定性，让它们更长时间保持健康。
John解释了他们做这项研究的出发点：“我们想确定和年龄相关的关键易感因素，这些因子增加了对疾病尤其是神经性疾病的脆弱性。”
文章的第一作者Pete Williams介绍：“维生素B3能让这些老化的视网膜神经节细胞仍然健康，仍旧代谢旺盛。甚至在高眼压的状况下，它们也能更好地抵御损伤的过程。”
研究人员还发现运用Nmnat1（从烟酰胺合成NAD酶的基因）进行单基因治疗能够在这种模式小鼠中防止青光眼的发展。Williams说：“对于病人尤其是老年人，每天服用正确剂量的药物是一个问题。所以基因治疗可能是一次性解决问题的保护性措施。”他指出注射到眼部的基因疗法，已经被批准作为治疗少数非常罕见的人类遗传眼疾的有效手段。所以他们发现的重要的年龄相关因子能让基因疗法来治疗更普通的眼睛疾病成为可能。
John说，研究小组正在寻求临床合作伙伴检测维生素B3治疗青光眼患者的效果，他们也在探索维生素B3在涉及神经退行行疾病的其它疾病实施的可能。
2月16日，Science网站上一则关于“5日节食有助于对抗疾病和延缓衰老”的新闻吸人眼球，让“节食能延长寿命”的观点再次活跃于公众视线。这则新闻的源头来自《科学转化医学》杂志上的最新研究，研究者们发现，一个月内连续5天限制卡路里的摄入量能带来以下好处：减少体重和总体脂、降低血压、降低胰岛素样生长因子1的水平，这有助于预防或治疗衰老相关的疾病，也支持了“少吃有助于健康”的观点。
在国外，最为知名的间歇性禁食方法为5：2Diet，它提倡在一周中正常进食5天，在剩下的2天里，将卡路里限制在500-600。另一种较为知名的方法是由南加州大学生物化学家Valter Longo及其同事发明的禁食模拟饮食（fasting-mimicking diet，FMD），即在一个月的大部分时间里，尽可能多的摄入自己想要的食物，然后连续5天每天将卡路里的摄入限制在700至1100。节食期每日坚持同样的食物，包括炸土豆条、能量棒以及汤，这些食物存在鲜明的特点——不饱和脂肪含量高，碳水化合物和蛋白质含量低，两者结合可以刺激身体自行修复和燃烧储存的脂肪。
在发明禁食模拟饮食方法的两年后，Longo团队报告称，采用这种饮食的啮齿类老鼠寿命更长，并且表现出其他积极的效应，如降低血糖和减少肿瘤。同时，他们还提供初步数据表明这种饮食对人类所带来的健康益处。
2月9日，《Science》期刊发表文章揭示了细菌抗药性形成的关键机制。当接触多次、高致死量抗生素，细菌会以“休眠”的方式暂时性躲避抗生素的攻击，从而形成耐药性（tolerance）。更重要的是，暂时性休眠阶段，细菌会快速累积抵抗抗生素的基因突变，最终形成抗药性（resistance）。
这是细菌抗药性形成机理的最新发现。科学家们相信，解决抗生素耐药性问题迫在眉睫，而抗药性进化史的挖掘有助于新型抗生素的研发。
研究团队发现，多次、高剂量抗生素处理细菌，会促使它们休眠，从而躲避抑制它们生长的抗生素。更重要的是，一旦细菌进入休眠状态，它们会获得耐药性（tolerance），并且在此期间快速累积抵抗抗生素的基因突变，最终形成抗药性（Resistance）。
研究人员强调，耐药性是细菌形成抗药性的关键“铺垫”。休眠阶段（即耐药阶段），细菌基因组发生大量突变，加快了抗药性的形成。细菌休眠不仅仅暂时性躲避了药物的攻击，还能促使细菌从耐药性 “快速升级”至抗药性阶段。
这一最新发现有望给新抗生素的研发提供指示，科学家们可以研发出靶向耐药性细菌的抗生素，从而延缓抗药性的形成过程。
2月10日的Science上哈佛大学和MIT的研究人员合作发表的一篇文章显示结合基因组和生物化学知识可以揭示菌群中的未知酶途径。使用一个新的工作流程，他们发现了反式-4-羟基-L-脯氨酸（在人体蛋白和膳食成分中常见的修饰氨基酸）的普遍代谢途径。
这篇研究论文设计了一个途径来从消化道菌群中，鉴定可能和人体中生物医学相关的酶。他们将每个序列相似性网络的蛋白数据和人体微生物计划中健康人的消化道菌群数据相比较。他们选择了两个在消化道宏基因组中特别普遍的两个蛋白家族。
通过严谨的生化实验，作者在这些家族中，确定了一个在生产L-脯氨酸通路上代表性的反式-4-羟基脯氨酸脱水酶。反式-4-羟基脯氨酸在膳食成分和人体蛋白质中都很丰富，作者发现这种酶在每个肠道宏基因组样本都存在。因此，通过结合基因组酶学和宏基因组学，作者不仅发现了一种新的酶活动，能够证明它在肠道微生物无处不在的作用。脯氨酸代谢可能是肠道微生物与人类健康之间重要的联系，因为人类中的脯氨酸代谢与细胞对应激与癌症的反应有关。
这篇文章不仅解释了关于脯氨酸代谢在人类与肠道微生物的相互作用的几个问题。他们的方法也开辟了一些新的研究方向。GRE的超家族的许多其它酶在人类肠道微生物是普遍的，可能有新的功能，研究不同家族的酶无疑有助于发现众多其他未开发的代谢途径。此外，这种方法可以为探索其它环境微生物的生物化学途径开拓新的道路。例如，检索来自污染土壤的宏基因组可以识别毒素降解的途径。
分析在像温泉那样极端的环境中工作的宏基因组，可以不用培养个别微生物而揭示菌群的新陈代谢。最后，比较患慢性疾病的人和健康受试者的微生物的蛋白质家族不同丰度将是一个理解人类微生物相互作用分子基础的步骤。
据悉，美国社会存在一种很普遍的刻板效应，即男性比女性更聪明。由于存在这种偏见，有的女性对自己的智商没自信，也导致某些领域的女性比例显著低于男性，造成性别失衡。
为进一步了解这种性别偏见，研究人员针对400名5至7岁美国儿童设计了一系列测试，这一年龄段被认为是性别偏见开始形成的时期。他们给小朋友讲述了一个“非常聪明”的人，但小朋友并不知道故事主角的性别。然后，研究人员给孩子们看4张图片——两男两女，并让他们猜测哪张图片是故事里描绘的人物。
结果显示，男孩和女孩在5岁时，都会更倾向于选择自己的性别，他们认为自己的性别非常聪明。但是，女孩到6岁时，这种倾向就会减弱。女孩选择女性的概率低于男孩选择男性的概率。
之后，研究人员向孩子们介绍了一款新游戏，并告诉他们只有“非常聪明”的小朋友才能在游戏中取得好成绩。然后他们测量了孩子们对游戏感兴趣的程度。结果显示，男孩和女孩5岁时都非常想参与这项游戏，但6到7岁的女孩对这项游戏的兴趣低于同龄男孩。
但科学家还有一个惊人发现，就是男孩和女孩都认为女孩能取得更好成绩，这表明孩子们不认为学习成绩好和聪明有必然联系。研究人员下一步希望弄清孩子们的这些有关智力的观点来源于哪里。
发表在国际学术期刊Science上的一项新研究发现脑部的内嗅皮质区域在其中发挥着新的独立作用。奥地利科学技术研究所的科学家们发现大鼠的内嗅皮质能够进行运动记忆的重放不需要经过海马体。
当空间记忆形成，内嗅皮质区域的细胞特别是网格细胞会发挥导航系统一样的作用。它们为海马体提供位置信息并提供一些动物移动距离和方向的提示，大鼠通过海马体内形成的神经元网络编码位置和移动信息。当海马体的神经元网络以一种高度同步的方式激活就会发生记忆的唤醒，直到现在一直认为海马体是记忆重放的发起者，负责协调记忆的巩固，而内嗅皮质只负责将信息转播到其他脑部区域。
在这项研究中，研究人员对大鼠的记忆唤醒过程进行了研究。他们发现位于内嗅皮质外表层的神经元会在记忆任务中发生激活，并进行路径编码，这部分神经元中包括网格细胞，可以向海马体输入信号。令人意外的是，研究人员发现内嗅皮质表面区域神经元的重新激活不会伴随海马体神经元的重新激活。无论是在睡眠时间还是清醒阶段，内嗅皮质表面区域神经元都只会触发自身的重新激活，独立于海马体进行记忆的唤醒和巩固。
文章第一作者Joseph O`Neill对上述结果如何改变我们对记忆形成过程的认识进行了解释：“单靠海马体本身并不能完全决定记忆的形成和唤醒。内嗅皮质和海马体可能是负责记忆形成和唤醒的两套系统。尽管两者存在关联，这两个区域仍然可能独立工作。它们可能通过不同途径发挥不同作用。”
在一项新的研究中，来自美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员首次描述非常大的病毒在感染期间如何重编程细菌细胞内的结构。这一重编程过程让这些外来入侵的病毒诱导细胞产生上百个新的病毒，最终让它们感染的细胞因发生爆裂而死亡。相关研究结果发表在2017年1月13日那期Science期刊上，论文标题为“Assembly of a nucleus-like structure during viral replication in bacteria”。
加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学教授Elizabeth Villa和加州大学旧金山分校生物化学与生物物理学教授David Agard采用一种被称作低温电子断层扫描术（cryo-electron tomography, cryo-ET）的技术捕捉Chaikeeratisak和Nguyen起初在非常高的放大倍数下发现的那些过程的图像。
这些图像表明新的噬菌体颗粒在细菌的细胞核样区室（nucleus-like compartment）周围进行组装。最终，这些新的病毒颗粒让细胞发生爆裂并扩散出去，从而感染附近的细胞。
在一项新的研究中，来自美国斯克里普斯研究所（TSRI）的研究人员发现一种新的蛋白微调参与衰老的细胞时钟。相关研究结果于2017年1月12日在线发表在Science期刊上，论文标题为“TZAP: A telomere-associated protein involved in telomere length control”。
这种新的蛋白被称作TZAP，结合到染色体的末端上，决定着端粒（保护染色体末端的DNA片段）的长度。理解端粒长度是至关重要的，这是因为端粒设定着体内细胞的寿命，决定着衰老和癌症发病率等关键性的过程。
论文通信作者、TSRI副教授Eros Lazzerini Denchi说，“端粒代表着一个细胞的时钟。你出生时具有某种长度的端粒。细胞每分裂一次，它就丢失一小部分端粒。一旦端粒变得太短，细胞就不能够再分裂。”
自然地，科学家们想知道延长端粒是否能够延缓衰老，而且很多人研究过利用一种特定的被称作端粒酶的酶“微调”这种细胞时钟。一种不足之处在于人们发现不合乎自然规律地延长端粒长度是癌症产生的一种风险因素。
Lazzerini Denchi说，“需要对这种细胞时钟进行微调以便允许发生足够多的细胞分裂而在我们的体内产生分化组织和维持可再生的组织，与此同时限制癌细胞增殖。”
在这项新的研究中，研究人员发现TZAP控制一种被称作端粒修剪（telomere trimming）的过程，从而确保端粒不会变得太长。在过去几十年来，已知特异性地结合到端粒上的蛋白是端粒酶和一种被称作Shelterin复合体的蛋白复合体。发现特异性地结合到端粒上的TZAP是令人吃惊的，这是因为这个领域的很多科学家们认为不再存在结合到端粒上的其他蛋白。这项研究打开了许多新的令人关注的问题
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#SCIE#
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路过。。。。。。。
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细菌说我要睡一觉，太有意思了
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