2018年2月23日Science期刊精華

本周又有一期新的Science期刊（2018年2月23日）發(fā)布，它有哪些精彩研究呢？讓小編一一道來(lái)。
 

圖片來(lái)自Science期刊。

1.Science：揭秘雄心勃勃的病毒組計(jì)劃
doi:10.1126/science.aap7463

一項(xiàng)新的計(jì)劃試圖在爆發(fā)病毒性流行病之前主動(dòng)鑒定出病毒威脅、為這些威脅作好準(zhǔn)備和阻止這些威脅，而不是等到埃博拉病毒（導(dǎo)致埃博拉疫情）、SARS病毒（導(dǎo)致非典型肺炎疫情） 和寨卡病毒（導(dǎo)致寨卡疫情）等病毒爆發(fā)流行病后，世界被迫針對(duì)此作出反應(yīng)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年2月23日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“The Global Virome Project”。 病毒組計(jì)劃（The Global Virome Project）是一項(xiàng)合作計(jì)劃，旨在鑒定出地球上大部分未知病毒，并且阻止它們的傳播。論文作者們說(shuō)，這種方法可能標(biāo)志著“大流行病時(shí)代”的結(jié) 束。

病毒組計(jì)劃的想法始于2016年，當(dāng)時(shí)來(lái)自亞洲、非洲、美洲和歐洲的橫跨產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界、政府間機(jī)構(gòu)、非政府組織和私營(yíng)部門的利益相關(guān)者開(kāi)始為這一計(jì)劃設(shè)計(jì)框架。預(yù)計(jì)中國(guó)和泰國(guó) 的野外調(diào)查將于今年開(kāi)始。

2.Science：利用實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的微型腫瘤有望實(shí)現(xiàn)癌癥個(gè)性化治療
doi:10.1126/science.aao2774

根據(jù)一項(xiàng)新的研究，來(lái)自英國(guó)癌癥研究院（Institute of Cancer Research）等研究機(jī)構(gòu)的研究人員報(bào)道，利用在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的源自患者的“微型腫瘤（'mini tumour）”測(cè)試癌癥藥物有可 能幫助醫(yī)生們對(duì)患者開(kāi)展個(gè)性化治療。這項(xiàng)研究是在腸癌、胃癌和消化系統(tǒng)的其他癌癥中開(kāi)展的。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年2月23日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Patient-derived organoids model treatment response of metastatic gastrointestinal cancers”。

這些研究人員利用一系列藥物處理這些源自患者的微型腫瘤。他們隨后將這種處理效果與成功地在這些患者中進(jìn)行治療取得的效果進(jìn)行比較。在將近90%的病例中，這種方法會(huì)發(fā)現(xiàn)有機(jī)會(huì)讓患 者的腫瘤縮小的藥物。

在患者中不起作用的藥物也不會(huì)對(duì)這些微型腫瘤產(chǎn)生影響。這提示著它們可能有助于預(yù)測(cè)藥物在什么情形下不起作用。論文通信作者、英國(guó)癌癥研究院的Nicola Valeri博士說(shuō)，這種技術(shù)需要 在更大的臨床試驗(yàn)中進(jìn)行測(cè)試，但是它“有潛力協(xié)助提供真正的個(gè)性化治療。”

3.Science：揭示細(xì)胞凋亡期間，mtDNA逃離線粒體機(jī)制
doi:10.1126/science.aao6047

在一項(xiàng)新的研究中，由澳大利亞莫納什大學(xué)生物醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)研究所的Benjamin Kile教授*的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)并拍攝了在細(xì)胞死亡期間線粒體DNA（mtDNA）逃離線粒體（細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生能量 的細(xì)胞器）的確切時(shí)刻。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年2月23日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“BAK/BAX macropores facilitate mitochondrial herniation and mtDNA efflux during apoptosis”。

雖然mtDNA從線粒體中釋放出來(lái)被認(rèn)為是造成狼瘡等自身免疫疾病的原因，但它逃離線粒體的方式從未被人解釋過(guò)。莫納什大學(xué)生物醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)研究所研究員Kate McArthur博士在美國(guó)珍妮莉婭 研究學(xué)院（Janelia Research Campus）里利用一種革命性的新型顯微鏡捕捉線粒體形成“突出物（hernia）”的時(shí)刻，這種突出物將mtDNA排出到細(xì)胞的其余部分。

這種由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Eric Betzig開(kāi)發(fā)出的活細(xì)胞晶格光片顯微鏡（live-cell lattice light-sheet microscopy, LLSM）系統(tǒng)是一種新技術(shù)，它允許科學(xué)家們以一種突破性的分辨率觀察活 細(xì)胞。McArthur博士在2015～2017年之間多次前往美國(guó)珍妮莉婭研究學(xué)院，并記得她觀察到線粒體積極地驅(qū)逐它的mtDNA的時(shí)刻。

當(dāng)細(xì)胞開(kāi)始凋亡時(shí)，兩種蛋白BAK和BAX會(huì)被激活。這些研究人員實(shí)時(shí)觀察到這些專業(yè)的殺手蛋白在線粒體外膜上打開(kāi)巨大的“大孔（macropore）”，從而導(dǎo)致線粒體的內(nèi)含物向外突出，同時(shí) 將mtDNA一起帶走。

4.Science：開(kāi)發(fā)出單細(xì)胞生物發(fā)光成像系統(tǒng)
doi:10.1126/science.aaq1067; doi:10.1126/science.aas9159

螢火蟲(chóng)和水母等發(fā)光生物讓科學(xué)家們很感有趣，這是因?yàn)樗鼈兊纳锇l(fā)光分子有助于可視化觀察大量的生物過(guò)程。來(lái)源于螢火蟲(chóng)的螢光素酶催化底物D-熒光素，從而發(fā)出綠黃色的光。為了讓 這種發(fā)光過(guò)程更加，已有相當(dāng)多的研究利用合成類似物（synthetic analog）替換熒光素和改進(jìn)它們的催化速率。如今，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自日本理化研究所的Atsushi Miyawaki和 同事們?cè)噲D更進(jìn)一步，通過(guò)優(yōu)化螢光素酶和熒光素這兩種組分，構(gòu)建出在體內(nèi)使用的一種全新的經(jīng)過(guò)生物工程改造的生物發(fā)光系統(tǒng)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年2月23日的Science期刊上，論 文標(biāo)題為“Single-cell bioluminescence imaging of deep tissue in freely moving animals”。他們利用這種生物發(fā)光系統(tǒng)追蹤小鼠體內(nèi)的癌細(xì)胞和猴子體內(nèi)的腦細(xì)胞活動(dòng)。不過(guò)，它的 應(yīng)用遠(yuǎn)不局限于此。 

基于之前的研究，這些研究人員已知道一種被稱作AkaLumine-HCl的合成熒光素能夠穿透血腦屏障并產(chǎn)生在身體組織中更容易觀察到的紅光。然而，它與天然的螢光素酶不太相容，因此他們讓 這種酶發(fā)生突變，從而改善它與AkaLumine-HCl之間的配對(duì)。由此產(chǎn)生的Akaluc蛋白既是一種更加有效的底物催化劑，而且也在細(xì)胞中更加大量地表達(dá)。在小鼠大腦中，Akaluc和 AkaLumine- HCl的這種組合，被稱為AkaBLI，它們產(chǎn)生的生物發(fā)光信號(hào)比天然的熒光素酶-熒光素反應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)1000倍。在身體內(nèi)的其他部位，比如在小鼠肺部，僅一兩個(gè)發(fā)光細(xì)胞就足以是清晰可見(jiàn) 的，這可能用于監(jiān)控移植細(xì)胞。

通過(guò)使用AkaBLI，這些研究人員能夠直接地觀察大腦的活動(dòng)和結(jié)構(gòu)在一段時(shí)間內(nèi)如何隨著行為的變化而變化。在小鼠暴露于熟悉的和新的籠環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)里，他們能夠在多天的時(shí)間里記錄小 鼠海馬體中的相同神經(jīng)元。

5.Science：揭示人PRC2蛋白復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，有助闡明它的基因表達(dá)調(diào)節(jié)機(jī)制
doi:10.1126/science.aar5700

PRC2是一種對(duì)正常發(fā)育至關(guān)重要的基因調(diào)節(jié)因子?；蚪MDNA被包裝成核小體，而核小體是由DNA纏繞在組蛋白上形成的。組蛋白具有長(zhǎng)的多肽尾巴，這些尾巴能夠通過(guò)添加和除去較小的化學(xué) 基團(tuán)來(lái)加以修飾。這些修飾影響核小體彼此之間以及與細(xì)胞核中的其他蛋白復(fù)合物之間的相互作用。PRC2在細(xì)胞中的功能就是讓一種組蛋白（即組蛋白H3）發(fā)生特定的化學(xué)變化，這會(huì)關(guān)閉或 者說(shuō)沉默已被PRC2修飾的基因組區(qū)域中的基因。

在一項(xiàng)新的研究中，由勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室分子生物物理學(xué)與整合生物成像（MBIB）部們的*科學(xué)家Eva Nogales*的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)深入了解了PRC2的結(jié)構(gòu)以及它受到調(diào)控影響基因沉 默的方式。相關(guān)研究結(jié)果于2018年1月18日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“Structures of human PRC2 with its cofactors AEBP2 and JARID2”。

這些研究人員在原子水平下詳細(xì)地可視化觀察完整的PRC2的結(jié)構(gòu)。Kasinath說(shuō)，“為了獲得組成功能性PRC2的所有部分或者 說(shuō)亞基的這種高分辨率結(jié)構(gòu)和可視化觀察額外的被稱作輔因子的蛋 白亞基如何有助調(diào)節(jié)它的活性，我們開(kāi)展了3年的研究工作。非常明顯的是，當(dāng)兩種輔因子（即AEBP2和JARID2）結(jié)合到 PRC2上時(shí)，它們模擬組蛋白H3的多肽尾巴，這提示著輔因子和組蛋白尾 巴一起攜手調(diào)控PRC2功能。這項(xiàng)結(jié)構(gòu)研究表明人們有很大的希望開(kāi)發(fā)出抵抗癌癥中的PRC2功能障礙的新藥物。”

6.Science：重磅！一種血液測(cè)試方法可同時(shí)篩選8種癌癥
doi:10.1126/science.aar3247; doi:10.1126/science.aas9102

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)基梅爾癌癥中心等研究機(jī)構(gòu)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種血液測(cè)試方法，該方法一次能夠篩選八種常見(jiàn)的癌癥類型，并有助于確定癌癥所在的部位。 相關(guān)研究結(jié)果于2018年1月18日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“Detection and localization of surgically resectable cancers with a multi-analyte blood test”。 這種被稱作CancerSEEK的測(cè)試方法是一種*的非侵入性的多分析物測(cè)試方法，可同時(shí)評(píng)估8種癌蛋白的水平，以及血液中的循環(huán)DNA是否存在癌基因突變。這種測(cè)試方法旨在篩選八種常見(jiàn)的 癌癥類型。

研究人員起初探究了數(shù)百個(gè)基因和40個(gè)蛋白標(biāo)志物，zui終將它們的數(shù)量減少到16個(gè)基因和8個(gè)蛋白。這種測(cè)試方法對(duì)1005名患上非轉(zhuǎn)移性的I～I(xiàn)II期卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌、食管癌、結(jié) 直腸癌，肺癌或乳腺癌的患者進(jìn)行了評(píng)估。中位總體靈敏度（median overall sensitivity, MOS），或者說(shuō)發(fā)現(xiàn)癌癥的能力，zui高時(shí)為針對(duì)卵巢癌的98％，zui低時(shí)為針對(duì)乳腺癌的33％。對(duì)于 沒(méi)有篩查測(cè)試的這五種癌癥（卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌和食管癌）而言，它們的靈敏度為69％～98％。

7.Science：揭示讓小分子熱休克蛋白平行同源物進(jìn)化出不同功能的結(jié)構(gòu)原則
doi:10.1126/science.aam7229

許多蛋白形成復(fù)合物來(lái)發(fā)揮功能。當(dāng)編碼一種自組裝蛋白的基因發(fā)生重復(fù)時(shí)，人們可能期待平行同源蛋白（paralog，也譯作旁系同源蛋白）將保留能夠進(jìn)行共同組裝的界面。Georg K. A. Hochberg等人證實(shí)絕大多數(shù)能夠寡聚化的平行同源蛋白實(shí)際上能夠自組裝。這些自我組裝的平行同源蛋白比那些共同組裝的平行同源蛋白具有更多多樣化的功能，這提示著維持共同組裝會(huì)限 制新功能的進(jìn)化。這些作者們通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了兩種寡聚體小分子熱休克蛋白平行同源物（small heat-shock protein paralog）如何避免共同組裝，并發(fā)現(xiàn)相互作用界面之外的區(qū)域靈活性發(fā) 揮著關(guān)鍵的作用。 

8.Science：解析出人滲透性糖蛋白的分子結(jié)構(gòu)
doi:10.1126/science.aar7389

滲透性糖蛋白（permeability glycoprotein, PgP）利用來(lái)自三磷酸腺苷（ATP）水解的能量將底物運(yùn)送出細(xì)胞。它的許多底物是藥物，因此它在藥物抵抗性中起著重要的作用。人們已確定小 鼠、酵母和藻類PgP具有面向內(nèi)構(gòu)象（inward-facing conformation）的結(jié)構(gòu)。Kim和Chen解析出人類PgP具有面向外構(gòu)象（outward-facing conformation）的低溫電鏡結(jié)構(gòu)。兩個(gè)ATP分子結(jié)合 在它的兩個(gè)核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域之間。位于跨膜結(jié)構(gòu)域中的底物結(jié)合位點(diǎn)向細(xì)胞外部開(kāi)放，但是當(dāng)遭受擠壓時(shí)，沒(méi)有底物會(huì)結(jié)合上去。這提示著ATP結(jié)合而不是ATP水解促進(jìn)人類PgP轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蛲?構(gòu)象和底物釋放。

9.Science：追蹤漁業(yè)足跡
doi:10.1126/science.aao5646; doi:10.1126/science.aar7613

隨著近幾十年來(lái)人口的增長(zhǎng)，我們對(duì)海洋提供的蛋白的依賴性快速地增加。David A. Kroodsma等人利用安裝在所有工業(yè)漁船上的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)來(lái)繪制和定量世界各地的捕撈力量。世界上一半 以上的海洋都受到工業(yè)規(guī)模的捕獲，橫跨的面積是陸地農(nóng)業(yè)覆蓋面積的四倍。 此外，捕撈力量似乎不取決于經(jīng)濟(jì)或環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素，而是取決于社會(huì)和政治日程。因此，可能需要采取更積極的 措施來(lái)確保海洋資源的可持續(xù)使用。

10.Science：在本世紀(jì)結(jié)束前，珊瑚礁將加速消失
doi:10.1126/science.aao1118

攝入大氣中的人為二氧化碳會(huì)降低海洋的pH值。海洋酸化意味著碳酸鈣---用于建造珊瑚礁的材料---對(duì)有機(jī)體而言是更難產(chǎn)生的，而且將更快地溶解。Bradley D. Eyre等人報(bào)道，有些珊瑚礁已在經(jīng)歷凈沉淀物溶解。令人擔(dān)憂的是，隨著海洋酸化加劇，這種珊瑚礁消失速率將會(huì)增加。

11.Science：鈾-釷測(cè)年揭示伊比利亞洞穴壁畫(huà)具有尼安德特人起源
doi:10.1126/science.aap7778

有人提出尼安德特人和現(xiàn)代人類可能已在洞穴中畫(huà)畫(huà)。D. L. Hoffmann等人對(duì)碳酸巖殼進(jìn)行鈾-釷測(cè)年（uranium-thorium dating），結(jié)果表明來(lái)自西班牙三個(gè)不同地點(diǎn)的洞穴壁畫(huà)肯定超過(guò)6.4萬(wàn)年。這些洞穴壁畫(huà)是迄今為止世界上zui為古老的洞穴壁畫(huà)。重要的是，它們比現(xiàn)代人到達(dá)歐洲早了至少2萬(wàn)年，這提示著現(xiàn)代人肯定具有尼安德特人的起源。這種洞穴壁畫(huà)主要由紅色和黑色的繪畫(huà)組成，包括各種動(dòng)物畫(huà)像、線形符號(hào)、幾何形狀、手形模板和手印。 因此，尼安德特人擁有比以前認(rèn)為的更為豐富的象征性行為。（生物谷 Bioon.com）