2019年3月29日Science期刊精华
来源：本站原创 2019-04-14 22:22
2019年4月14日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2019年3月29日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。图片来自Science期刊。1.Science：重大进展！首次利用定制细胞器让细胞产生新的功能doi:10.1126/science.aaw2644在一项新的研究中，德国研究人员首次通过基因改造将复杂的生物学翻译过程导入到活的哺乳动物细胞中的定制细胞器
2019年4月14日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2019年3月29日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。
1.Science：重大进展！首次利用定制细胞器让细胞产生新的功能
doi:10.1126/science.aaw2644
在一项新的研究中，德国研究人员首次通过基因改造将复杂的生物学翻译过程导入到活的哺乳动物细胞中的定制细胞器（designer organelle）内。他们利用这种技术构建出一种无膜细胞器，这种无膜细胞器可利用天然的和合成的氨基酸产生具有新功能的蛋白。他们的研究结果使得科学家们能够更详细地研究、调整和控制细胞功能。相关研究结果发表在2019年3月29日的Science期刊上，论文标题为“Designer membraneless organelles enable codon reassignment of selected mRNAs in eukaryotes”。
在进化过程中，由于能够将细胞过程分选到特定的热点，新细胞器的产生使得细胞和有机体变得更加复杂。论文共同第一作者Christopher Reinkemeier解释道，“我们的工具可用于对蛋白翻译进行改造，但也可能对诸如转录和翻译后修饰之类的其他细胞过程进行改造。这可能允许我们设计出新类型的细胞器，从而扩展天然的复杂生命系统的功能库。比如，我们可能整入荧光构成单元（building block），这就可使用成像方法对细胞内部进行观察。”
论文共同第一作者Christopher Reinkemeier说道，“这种无膜细胞器可以通过使用合成的非经典氨基酸制造蛋白。相比于天然存在的20种氨基酸，目前我们已知道300多种不同的非经典氨基酸。我们不再局限于天然的氨基酸。我们引入的新颖性是能够在狭小的空间中使用这种细胞器，从而最大限度地减少对宿主的影响。”
2.Science：利用一种新的工具来绘制丰富的细胞和组织功能图谱
doi:10.1126/science.aaw1219; doi:10.1101/563395
在一项新的研究中，来自美国布罗德研究所的研究人员开发出的一种新的技术让人们对组织中的细胞组成（cellular organization）有了前所未有的了解。这种称为Slide-seq的方法利用基因测序来绘制详细的三维组织图谱，不仅揭示出组织中存在哪些细胞类型，而且还揭示出它们所处的位置和它们正在做什么。Slide-seq方法是在布罗德研究所研究员Evan Macosko和Fei Chen的实验室中开发出来的。相关研究结果发表在2019年3月29日的Science期刊上，论文标题为“Slide-seq: A scalable technology for measuring genome-wide expression at high spatial resolution”。
鉴于这种技术并不需要专门的成像设备，因此它可被生物学、遗传学和医学等多个领域的科学家使用，这是因为他们想要研究组织中的细胞结构，或者观察特定基因在组织、器官和甚至整个有机体中有活性时所处的位置。这样的平台让人们对组织中的细胞结构、基因在不同组织所起的作用以及损伤或其他扰动对组织的影响有了前所未有的了解，从而为科学家们提供了前所未有的丰富的组织功能图谱。
3.Science：细菌或会与病毒“狼狈为奸” 共同引发慢性伤口感染
doi:10.1126/science.aat9691
近日，一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中，来自斯坦福大学医学中心的科学家们通过研究发现，常见的致病菌铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）或会产生一种病毒从而大大增加病原体感染人类机体的能力，铜绿假单胞菌能对其驻留的病毒进行武装，从而利用机体免疫系统对细菌和病毒感染的独特反应。
文章中，研究者观察到噬菌体诱导免疫系统产生抗病毒反应的过程，当研究者开发针对病毒感染的疫苗时他们发现，这同时也会大大降低细菌感染小鼠伤口的能力。
铜绿假单胞菌常会被名为Pf的噬菌体感染，这项研究中，研究者发现，Pf在被铜绿假单胞菌感染的伤口中非常常见，研究者对111名微生物感染伤口未愈合的患者进行分析发现，其中37名患者感染了铜绿假单胞菌，而且在铜绿假单胞菌感染的患者伤口中有三分之二都携带有Pf噬菌体。为了证明Pf能够促进细菌感染而不是与细菌共存，研究者在小鼠的伤口中接种了携带或不携带Pf的铜绿假单胞菌，随后他们观察两种不同情况下细菌建立伤口感染的能力，结果表明，如果缺少Pf的话，建立伤口感染的可靠细菌感染剂量是携带Pf的50倍。
随后研究者想观察Pf到底如何与免疫细胞相互作用来影响铜绿假单胞菌引发持续性的感染，在实验室的培养皿中研究者发现，细菌中Pf的存在能够降低10倍被小鼠或人类吞噬细胞所吞噬的入侵细菌的数量，即免疫细胞吞噬并且消化入侵的细菌。研究者表示，噬菌体的遗传物质会诱发吞噬细胞的分子检测器激活，从而控制免疫系统产生抗病毒及抗细菌反应。
4.Science：钾离子影响T细胞的抗肿瘤免疫反应
doi:10.1126/science.aau0135; doi:10.1126/science.aaw8800
T淋巴细胞是强大的免疫细胞，可以摧毁肿瘤，但是癌症已产生了逃避杀伤的技巧。Vodnala等人发现肿瘤微环境中的钾离子起着影响T细胞效应功能和干性（stemness）的双重作用。 钾离子的增加会损害T细胞代谢和营养物摄取，从而导致它们进入一种称为自噬的饥饿状态。增加的钾离子还能够保持T细胞处于干细胞样状态（stem-like state），在这种状态下，它们保持分裂的能力。这些看似不同的过程与乙酰辅酶A的细胞分布有关，当加以操纵时，乙酰辅酶A能够恢复人T细胞消除小鼠体内肿瘤的能力。
5.Science：探究膜蛋白的精确包装
doi:10.1126/science.aav7541
虽然非极性氨基酸侧链在膜蛋白中高效地包装，但是人们很难确定这对膜蛋白稳定性的贡献程度。人工设计的膜蛋白很大程度上依赖于其他的稳定化相互作用，比如金属-配体相互作用和氢键。Mravic等人揭示了天然蛋白受磷蛋白（phospholamban）折叠背后的空间包装代码，他们用它来设计出稳定的具有非极性界面的膜蛋白。他们认为非极性氨基酸残基的包装在许多膜蛋白的折叠和稳定性中起作用。
6.Science：跨界的人类活动影响破坏了塞伦盖蒂-马拉生态系统
doi:10.1126/science.aav0564
保护区是保护生物多样性和生态系统功能的重要工具。但是这些地区能够承受周围环境中人类活动的压力吗？Veldhuis等人研究了东非塞伦盖提-马拉（Serengeti-Mara）生态系统的长期数据。边界地区的人类活动导致动物集中在保护区的核心，这最终降低土壤碳储存和固氮率，并增加对极端干旱的脆弱性。许多（如果不是全部的话）大型保护区都可能存在类似的模式。
7.两篇Science探究大脑中的奖励和内嗅图谱
doi:10.1126/science.aav4837; doi:10.1126/science.aav5297; doi:10.1126/science.aaw8829
最近的研究结果表明网格细胞（grid cell）在大脑中的作用比简单地编码空间更为复杂。负责编码空间信息的内嗅皮层（entorhinal cortex）中的网格图谱并不像最初想象的那样严格，并且能够因环境修复而发生扭曲。Butler等人比较了大鼠在自由觅食任务期间和空间记忆任务期间的网格细胞编码。 他们发现内嗅空间图谱发生重组以便把学习到的奖励的位置写入进去。Boccara等人测试了行为相关信息对大鼠内侧内嗅皮层中因网格细胞放电而产生的认知图谱的影响。他们发现网格细胞参与了目标所在位置而不是整个环境的神经编码。
8.Science：人类的影响降低了黑猩猩的行为多样性
doi:10.1126/science.aau4532
我们经常根据减少的个体数量或物种不存在的区域数量来判断对动物物种产生的负面的人类影响。然而，人类活动可能以比这些数字所能捕获的更复杂的方式影响物种。 Kühl等人研究了与我们亲缘关系最为接近的黑猩猩的行为和文化多样性。他们发现人类介导的扰乱正在减少这些复杂的特征。因此，人类的影响远远超出了种群或物种的简单减少，即便在种群持续存在的情况下也会导致行为改变。
9.Science：通过引入一种蓝光反应性的离子通道增加植物气孔的开启和关闭速率
doi:10.1126/science.aaw0046
植物的细胞代谢迅速适应光照条件的变化，但是它的气孔（stomata）---允许气体在叶子中交换的孔---反应较慢。由于滞后的反应，光合作用效率较低，并且通过开放的气孔损失了过量的水。Papanatsiou等人将一种蓝光反应性的离子通道引入到小芥菜植物拟南芥的气孔中。 在光照条件下，这种离子通道增加了气孔的开启和关闭速率。这些经过基因改造的植物产生更多的生物量，特别是在室外生长的典型波动光条件下。
10.Science：蛙壶菌导致灾难性的和持续性的生物多样性丧失
doi:10.1126/science.aav0379; doi:10.1126/science.aax0002
疾病的快速传播是我们相互联系的世界所面临的一种危险。大约20年前，两栖动物群体中发现了壶菌真菌---蛙壶菌（Batrachochytrium dendrobatidis），它已在全球范围内造成死亡和物种灭绝。 Scheele等人发现这种真菌在除了它在亚洲的起源地之外的地区导致了两栖动物种群的减少。大多数物种和种群仍在下降，但有证据表明某些物种出现了有限的恢复。这一分析还提出了一些预测恢复力的条件。（生物谷 Bioon.com）
图片来自Science期刊。
1.Science：重大进展！首次利用定制细胞器让细胞产生新的功能
doi:10.1126/science.aaw2644
在一项新的研究中，德国研究人员首次通过基因改造将复杂的生物学翻译过程导入到活的哺乳动物细胞中的定制细胞器（designer organelle）内。他们利用这种技术构建出一种无膜细胞器，这种无膜细胞器可利用天然的和合成的氨基酸产生具有新功能的蛋白。他们的研究结果使得科学家们能够更详细地研究、调整和控制细胞功能。相关研究结果发表在2019年3月29日的Science期刊上，论文标题为“Designer membraneless organelles enable codon reassignment of selected mRNAs in eukaryotes”。
在进化过程中，由于能够将细胞过程分选到特定的热点，新细胞器的产生使得细胞和有机体变得更加复杂。论文共同第一作者Christopher Reinkemeier解释道，“我们的工具可用于对蛋白翻译进行改造，但也可能对诸如转录和翻译后修饰之类的其他细胞过程进行改造。这可能允许我们设计出新类型的细胞器，从而扩展天然的复杂生命系统的功能库。比如，我们可能整入荧光构成单元（building block），这就可使用成像方法对细胞内部进行观察。”
论文共同第一作者Christopher Reinkemeier说道，“这种无膜细胞器可以通过使用合成的非经典氨基酸制造蛋白。相比于天然存在的20种氨基酸，目前我们已知道300多种不同的非经典氨基酸。我们不再局限于天然的氨基酸。我们引入的新颖性是能够在狭小的空间中使用这种细胞器，从而最大限度地减少对宿主的影响。”
2.Science：利用一种新的工具来绘制丰富的细胞和组织功能图谱
doi:10.1126/science.aaw1219; doi:10.1101/563395
在一项新的研究中，来自美国布罗德研究所的研究人员开发出的一种新的技术让人们对组织中的细胞组成（cellular organization）有了前所未有的了解。这种称为Slide-seq的方法利用基因测序来绘制详细的三维组织图谱，不仅揭示出组织中存在哪些细胞类型，而且还揭示出它们所处的位置和它们正在做什么。Slide-seq方法是在布罗德研究所研究员Evan Macosko和Fei Chen的实验室中开发出来的。相关研究结果发表在2019年3月29日的Science期刊上，论文标题为“Slide-seq: A scalable technology for measuring genome-wide expression at high spatial resolution”。
鉴于这种技术并不需要专门的成像设备，因此它可被生物学、遗传学和医学等多个领域的科学家使用，这是因为他们想要研究组织中的细胞结构，或者观察特定基因在组织、器官和甚至整个有机体中有活性时所处的位置。这样的平台让人们对组织中的细胞结构、基因在不同组织所起的作用以及损伤或其他扰动对组织的影响有了前所未有的了解，从而为科学家们提供了前所未有的丰富的组织功能图谱。
3.Science：细菌或会与病毒“狼狈为奸” 共同引发慢性伤口感染
doi:10.1126/science.aat9691
近日，一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中，来自斯坦福大学医学中心的科学家们通过研究发现，常见的致病菌铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）或会产生一种病毒从而大大增加病原体感染人类机体的能力，铜绿假单胞菌能对其驻留的病毒进行武装，从而利用机体免疫系统对细菌和病毒感染的独特反应。
文章中，研究者观察到噬菌体诱导免疫系统产生抗病毒反应的过程，当研究者开发针对病毒感染的疫苗时他们发现，这同时也会大大降低细菌感染小鼠伤口的能力。
铜绿假单胞菌常会被名为Pf的噬菌体感染，这项研究中，研究者发现，Pf在被铜绿假单胞菌感染的伤口中非常常见，研究者对111名微生物感染伤口未愈合的患者进行分析发现，其中37名患者感染了铜绿假单胞菌，而且在铜绿假单胞菌感染的患者伤口中有三分之二都携带有Pf噬菌体。为了证明Pf能够促进细菌感染而不是与细菌共存，研究者在小鼠的伤口中接种了携带或不携带Pf的铜绿假单胞菌，随后他们观察两种不同情况下细菌建立伤口感染的能力，结果表明，如果缺少Pf的话，建立伤口感染的可靠细菌感染剂量是携带Pf的50倍。
随后研究者想观察Pf到底如何与免疫细胞相互作用来影响铜绿假单胞菌引发持续性的感染，在实验室的培养皿中研究者发现，细菌中Pf的存在能够降低10倍被小鼠或人类吞噬细胞所吞噬的入侵细菌的数量，即免疫细胞吞噬并且消化入侵的细菌。研究者表示，噬菌体的遗传物质会诱发吞噬细胞的分子检测器激活，从而控制免疫系统产生抗病毒及抗细菌反应。
4.Science：钾离子影响T细胞的抗肿瘤免疫反应
doi:10.1126/science.aau0135; doi:10.1126/science.aaw8800
T淋巴细胞是强大的免疫细胞，可以摧毁肿瘤，但是癌症已产生了逃避杀伤的技巧。Vodnala等人发现肿瘤微环境中的钾离子起着影响T细胞效应功能和干性（stemness）的双重作用。 钾离子的增加会损害T细胞代谢和营养物摄取，从而导致它们进入一种称为自噬的饥饿状态。增加的钾离子还能够保持T细胞处于干细胞样状态（stem-like state），在这种状态下，它们保持分裂的能力。这些看似不同的过程与乙酰辅酶A的细胞分布有关，当加以操纵时，乙酰辅酶A能够恢复人T细胞消除小鼠体内肿瘤的能力。
5.Science：探究膜蛋白的精确包装
doi:10.1126/science.aav7541
虽然非极性氨基酸侧链在膜蛋白中高效地包装，但是人们很难确定这对膜蛋白稳定性的贡献程度。人工设计的膜蛋白很大程度上依赖于其他的稳定化相互作用，比如金属-配体相互作用和氢键。Mravic等人揭示了天然蛋白受磷蛋白（phospholamban）折叠背后的空间包装代码，他们用它来设计出稳定的具有非极性界面的膜蛋白。他们认为非极性氨基酸残基的包装在许多膜蛋白的折叠和稳定性中起作用。
6.Science：跨界的人类活动影响破坏了塞伦盖蒂-马拉生态系统
doi:10.1126/science.aav0564
保护区是保护生物多样性和生态系统功能的重要工具。但是这些地区能够承受周围环境中人类活动的压力吗？Veldhuis等人研究了东非塞伦盖提-马拉（Serengeti-Mara）生态系统的长期数据。边界地区的人类活动导致动物集中在保护区的核心，这最终降低土壤碳储存和固氮率，并增加对极端干旱的脆弱性。许多（如果不是全部的话）大型保护区都可能存在类似的模式。
7.两篇Science探究大脑中的奖励和内嗅图谱
doi:10.1126/science.aav4837; doi:10.1126/science.aav5297; doi:10.1126/science.aaw8829
最近的研究结果表明网格细胞（grid cell）在大脑中的作用比简单地编码空间更为复杂。负责编码空间信息的内嗅皮层（entorhinal cortex）中的网格图谱并不像最初想象的那样严格，并且能够因环境修复而发生扭曲。Butler等人比较了大鼠在自由觅食任务期间和空间记忆任务期间的网格细胞编码。 他们发现内嗅空间图谱发生重组以便把学习到的奖励的位置写入进去。Boccara等人测试了行为相关信息对大鼠内侧内嗅皮层中因网格细胞放电而产生的认知图谱的影响。他们发现网格细胞参与了目标所在位置而不是整个环境的神经编码。
8.Science：人类的影响降低了黑猩猩的行为多样性
doi:10.1126/science.aau4532
我们经常根据减少的个体数量或物种不存在的区域数量来判断对动物物种产生的负面的人类影响。然而，人类活动可能以比这些数字所能捕获的更复杂的方式影响物种。 Kühl等人研究了与我们亲缘关系最为接近的黑猩猩的行为和文化多样性。他们发现人类介导的扰乱正在减少这些复杂的特征。因此，人类的影响远远超出了种群或物种的简单减少，即便在种群持续存在的情况下也会导致行为改变。
9.Science：通过引入一种蓝光反应性的离子通道增加植物气孔的开启和关闭速率
doi:10.1126/science.aaw0046
植物的细胞代谢迅速适应光照条件的变化，但是它的气孔（stomata）---允许气体在叶子中交换的孔---反应较慢。由于滞后的反应，光合作用效率较低，并且通过开放的气孔损失了过量的水。Papanatsiou等人将一种蓝光反应性的离子通道引入到小芥菜植物拟南芥的气孔中。 在光照条件下，这种离子通道增加了气孔的开启和关闭速率。这些经过基因改造的植物产生更多的生物量，特别是在室外生长的典型波动光条件下。
10.Science：蛙壶菌导致灾难性的和持续性的生物多样性丧失
doi:10.1126/science.aav0379; doi:10.1126/science.aax0002
疾病的快速传播是我们相互联系的世界所面临的一种危险。大约20年前，两栖动物群体中发现了壶菌真菌---蛙壶菌（Batrachochytrium dendrobatidis），它已在全球范围内造成死亡和物种灭绝。 Scheele等人发现这种真菌在除了它在亚洲的起源地之外的地区导致了两栖动物种群的减少。大多数物种和种群仍在下降，但有证据表明某些物种出现了有限的恢复。这一分析还提出了一些预测恢复力的条件。（生物谷 Bioon.com）
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