2020年12月18日Science期刊精华
来源：本站原创 2020-12-24 23:43
2020年12月24日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年12月18日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。Science：新研究组装出改进的恒河猴参考基因组doi:10.1126/science.abc6617在一项新的研究中，一个来自美国、意大利和德国的大型研究团队改进了对恒河猴参考基因组的组装。相关研究结果发
2020年12月24日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年12月18日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。
1.Science：新研究组装出改进的恒河猴参考基因组
doi:10.1126/science.abc6617
在一项新的研究中，一个来自美国、意大利和德国的大型研究团队改进了对恒河猴参考基因组的组装。相关研究结果发表在2020年12月18日的Science期刊上，论文标题为“Sequence diversity analyses of an improved rhesus macaque genome enhance its biomedical utility”。在这篇论文中，他们描述了使用先进的测序技术来构建恒河猴参考基因组，以及为什么他们认为这种新的参考基因组将对医学科学家如此重要。
正如这些研究人员所指出的那样，由于恒河猴的生物学特征与人类的生物学特征重叠，因此恒河猴是医学科学中最常研究的动物模型。例如，通过对恒河猴的研究，人们更好地了解了HIV病毒，以及如何治疗感染了HIV病毒的人。在开展与埃博拉疫苗相关的工作中，以及在开发治疗神经系统疾病的疗法中，该物种也发挥了很大的作用。他们还指出，此类研究一直依赖于2007年以来的恒河猴基因组数据。他们进一步指出，用于基因组测序的技术在过去十年中得到了极大的改善，因此改进恒河猴参考基因组的时机似乎已经成熟。
这项研究涉及使用该领域的最新工具来提高邻近性（contiguity）--在这项研究中，提高了120倍。这些研究人员还使用650万个全长转录本对基因组进行注释。此外，他们还对853只试验恒河猴的组织样本进行了全基因组测序，发现了大约1050万个插入或缺失（indel）变体--以及近8600万个单核苷酸变体。他们认为，这类变体（尤其是那些由损伤导致的变体）可以被医学专家用来更好地了解人类自闭症和其他基于神经系统的发育疾病的性质。他们还填补了先前基因组序列中存在的大约99.7%的空白。
2.Science：重磅！揭示ZSWIM8泛素连接酶介导靶标指导的microRNA降解机制
doi:10.1126/science.abc9359
微小核糖核酸（microRNA, miRNA）是一段短的RNA序列，它能严格控制哪些基因表达和基因表达的时间。它们通过调节哪些信使RNA（mRNA）转录本---编码蛋白的单链模板---被细胞实际读取来做到这一点。但是，是什么控制着这些细胞调节因子呢？在一项新的研究中，来自美国怀特黑德生物医学研究所、麻省理工学院、威尔康奈尔医学院和霍华德-休斯医学研究所的研究人员发现mRNA和其他RNA经常逆向作用于它们的miRNA调控因子，并证实miRNA降解路径并不是科学家们所期望的那样。相关研究结果于2020年11月12日在线发表在Science期刊上，论文标题为“The ZSWIM8 ubiquitin ligase mediates target-directed microRNA degradation”。论文通讯作者为怀特黑德生物医学研究所的David Bartel博士。
miRNA通常通过与mRNA转录本结合来控制基因的表达，然后与一种叫做Argonaute的蛋白一起发挥作用，从而沉默这些转录本以便它们更快地被降解。鉴于miRNA被安稳地固定在Argonaute蛋白的内部，它们被屏蔽在细胞中的破坏性酶之外，因此以细胞标准来看，它们的寿命相当长。它们可以持续存在长达一周的时间，在这段时间内造成许多mRNA分子受到破坏。然而，有时，miRNA与mRNA转录本上的一个特殊靶位点结合，导致miRNA过早地被破坏。这种现象称为靶标引导的miRNA降解（target-directed microRNA degradation, TDMD）,在细胞中自然发生，是一种控制在任何给定时间内允许多少某些miRNA持续存在的方法。
在Bartel实验室发现一种称为CYRANO的RNA不编码任何蛋白，可导致一种称为miR-7的特定miRNA的降解。此后，这些研究人员便开始研究这种形式的降解。这种相互作用对他们来说很有趣，这是因为这种机制似乎与目前关于TDMD的理论不一致。为了进一步探究TDMD的机制，这些研究人员重点研究了CYRANO非编码RNA和miR-7之间的这种相互作用。Shi设计了CRISPR筛选，以确定当这个miRNA遇到CYRANO转录本时对它的降解至关重要的基因。这种CRISPR筛选确定了一个对这个miRNA的降解至关重要的基因，即ZSWIM8。当他们研究该基因的功能时，他们发现它编码的是泛素连接酶（ubiquitin ligase）的一个组分。泛素之所以如此命名，是因为它几乎在所有类型的细胞中都能找到。泛素对蛋白进行标记，以便后者在一种称为蛋白酶体（proteasome）的细胞垃圾处理系统中遭受降解。
ZSWIM8泛素连接酶的发现意味着CYRANO介导的miRNA降解涉及Argonaute蛋白受到破坏。在这种新的TDMD分子模型中，作为一种调节性RNA，CYRANO结合到封装在保护性的Argonaute蛋白中的mir-7，然后招募ZSWIM8泛素连接酶。随后，这种连接酶将一些泛素分子添加到这个miRNA的Argonaute上，导致Argonaute受到降解，从而使得它携带的miRNA货物暴露出来，以便细胞中的酶破坏这种miRNA货物。重要的是，这个过程不需要对miRNA进行任何修剪和加尾处理。
3.Science：重磅！揭示介导microRNA降解的新机制，有望开发出治疗各种疾病的新疗法
doi:10.1126/science.abc9546
在一项新的研究中，来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员发现一种细胞用来降解微小核糖核酸（microRNA, miRNA）的机制，其中miRNA是调节细胞中蛋白数量的遗传分子。这一发现不仅阐明了细胞的内部运作情况，而且最终可能让人们开发出对抗传染病、癌症和其他一系列健康问题的新方法。相关研究结果于2020年11月12日在线发表在Science期刊上，论文标题为“A ubiquitin ligase mediates target-directed microRNA decay independently of tailing and trimming”。
只要miRNA分子在细胞中停留，它们就会减少靶mRNA编码的蛋白产生。因此，了解细胞如何在不再需要miRNA时除去它们是充分理解它们如何以及何时发挥它们的作用的关键。为了回答这个问题，Mendell、Han和他们的同事利用CRISPR-Cas9，这是一种基因编辑工具，最近开发它的两位科学家获得了2020年诺贝尔化学奖。Mendell说，通过充当“分子剪刀”，这个基因编辑系统可以移除单个基因，让人们探索该基因的功能。
在一种称为K562的人类癌症细胞系中，这些研究人员利用CRISPR-Cas9靶向人类基因组中2万个蛋白编码基因中的大部分，旨在寻找任何导致一种通常寿命较短的称为miR-7的miRNA在细胞中停留的基因。他们的搜索最终发现，至少有10个基因是降解这种miRNA所需要的。他们了解到，这些基因编码的蛋白在细胞中聚集在一起，形成一个更大的称为cullin-RING泛素连接酶（cullin-RING ubiquitin ligase, CRL）的复合物，这个复合物的功能是标记其他蛋白以便后者随后遭受破坏。Mendell说，这种特殊的泛素连接酶以前从未被描述过，但是像其他泛素连接酶复合物一样，它似乎是为了标记注定要遭受降解的蛋白。然而，进一步的研究表明，CRL不是标记miR-7本身，而是标记一种名为Argonaute的蛋白，该蛋白可以在细胞中运输miRNA。一旦附着在miR-7上的Argonaute蛋白遭受靶向降解，这个miRNA就会裸露在细胞中---这种状态会触发细胞使用RNA降解酶来破坏这个miRNA。
4.Science详解：失之桑榆，收之东隅！常见的刺突蛋白突变D614G让新冠病毒高效复制，更快传播，但同时也可能让它对疫苗更加敏感
doi:10.1126/science.abe8499
在一项新的研究中，来自美国北卡罗来纳大学教堂山分校、威斯康星大学麦迪逊分校、日本国立传染病研究所和东京大学的研究人员证实冠状病毒SARS-CoV-2发生的一种称为D614G的突变使得这种病毒能够在世界范围内迅速传播，但是这种发生在刺突蛋白（S蛋白）上的 突变也可能使得这种病毒对疫苗更加敏感。相关研究结果于2020年11月12日在线发表在Science期刊上，论文标题为“SARS-CoV-2 D614G variant exhibits efficient replication ex vivo and transmission in vivo”。
这种发生D614G突变的SARS-CoV-2毒株（下称D614G毒株）出现在欧洲，并已成为世界上最常见的毒株。这项研究显示，D614G毒株的复制速度更快，比最初在中国扩散的SARS-CoV-2毒株更具传播性。这些研究结果中也有亮点：虽然D614G毒株传播速度更快，但在动物研究 中，它与更严重的疾病无关，而且该毒株对抗体药物的中和作用略微更加敏感。因此，这项研究提供了一些关于SARS-CoV-2如何进化的首批具体发现。
5.Science：揭示超强效的合成纳米抗体中和新冠病毒机制
doi:10.1126/science.abe3255
在一项新的研究中，来自美国加州大学旧金山分校等研究机构的研究人员通过筛选酵母表面展示文库（含有大于2×109种合成纳米抗体序列）中与S蛋白胞外结构域（ectodomain）结合的纳米抗体序列，分离出中和SARS-CoV-2的单域抗体（纳米抗体）。
这些作者利用SARS-CoV-2 S蛋白的一种突变形式（SpikeS2P）作为抗原。SpikeS2P缺乏S1和S2结构域之间的两个蛋白切割位点之一，并引入两个突变和一个三聚化结构域（trimerization domain）来稳定S蛋白的融合前构象。他们用生物素或用荧光染料标记SpikeS2P，并 通过多轮筛选---先是通过磁珠结合随后通过荧光活化细胞分选---来选择展示纳米体的酵母。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“An ultrapotent synthetic nanobody neutralizes SARS-CoV-2 by stabilizing inactive Spike ”。
三轮筛选产生了21个独特的结合SpikeS2P的纳米抗体，而且ACE2胞外结构域（ACE2-Fc）的二聚体构造体可降低这种结合。这些纳米抗体分为两类。第I类纳米抗体结合RBD并直接与ACE2-Fc竞争（图1B）。这一类的典型例子是纳米抗体Nb6，它可与SpikeS2P和RBD单独结合 ，结合常数KD分别为210nM和41nM。第II类纳米抗体，以纳米抗体Nb3为例，它结合SpikeS2P (KD=61nM)，但不显示与RBD单独结合。在存在过量ACE2-Fc的情况下，Nb6和其他I类纳米抗体的结合完全被阻断，而Nb3和其他II类纳米抗体的结合则适度下降。这些结果表明，I 类纳米抗体以RBD为靶点阻断ACE2结合，而II类纳米抗体以其他表位为靶点。事实上，表面等离子共振（SPR）实验表明I类和II类纳米抗体可以同时结合SpikeS2P。
6.Science：美洲驼纳米抗体有望成为对抗新冠病毒的强大武器
doi:10.1126/science.abe4747
在一项新的研究中，来自美国匹兹堡大学的研究人员描述了一种从美洲驼（llama）身上提取小型的但极其强大的SARS-CoV-2抗体片段的新方法，这种抗体片段可以被制成可吸入的治疗剂，具有预防和治疗COVID-19的潜力。相关研究结果于2020年11月5日在线发表在 Science期刊上，论文标题为“Versatile and multivalent nanobodies efficiently neutralize SARS-CoV-2”。
这些特殊的称为“纳米抗体（nanobody）”的美洲驼抗体比人类抗体小得多，在中和SARS-CoV-2病毒方面的效果要好很多倍。它们也更稳定。论文共同通讯作者、匹兹堡大学细胞生物学助理教授Yi Shi博士说，“大自然是我们最好的发明家。我们开发的技术以前所未有 的规模调查中和SARS-CoV-2的纳米抗体，这使得我们能够迅速发现数千种具有无与伦比的亲和力和特异性的纳米抗体。”
7.Science：探究视觉剥夺的细胞影响
doi:10.1126/science.abd2109; doi:10.1126/science.abf4646
髓鞘化（myelination）加快了动作电位沿神经元轴突的进展。Yang等人研究了在对视觉经验中的反应中，小鼠视觉皮层中的髓鞘化变化。在正常视觉下，髓鞘化是不断重塑的。在单眼剥夺反应中，眼球优势改变，某些抑制性中间神经元上的髓鞘化模式发生变化，但兴奋性胼胝体投射神经元上的髓鞘化模式没有发生变化。髓鞘既增加又减少，髓鞘的片段拉长和收缩，预先存在的少突胶质细胞制造新的髓鞘。这种适应性的髓鞘化有助于神经元功能的多样化和重塑神经元回路，以应对感觉经验。
8.Science：探究新大脑皮层中的记忆巩固
doi:10.1126/science.aaz3136; doi:10.1126/science.abf4523
位于（medial-temporal lobe）和新皮层的大脑结构之间的信息传递对学习至关重要。然而，这种信息传递的神经元基础尚不清楚。Doron等人发现，位于鼻周皮层（perirhinal cortex）深层的神经元在学习时表现出微刺激后的放电增加。学习与躯体感觉皮层（somatosensory cortex）第5层出现的少量神经元群体有关，这些神经元在受到刺激后，突然急剧放电。这种突然急剧放电的增加伴随着树突活动的增加，而对鼻周皮层到第1层的投射进行沉默有效地破坏了学习及其生理学上的相关性。因此，在学习过程中，鼻周皮层输入起到了增强皮层间输入的闸门作用，而皮层间输入是刺激检测所必需的，并在学习过程中得到加强。
9.Science：揭示剪接体激活过程中U2/U6 RNA活性位点的蛋白导向折叠机制
doi:10.1126/science.abc3753
剪接体（spliceosome）激活涉及广泛的蛋白交换和RNA重排，这会导致形成一种称为Bact的催化活性U2/U6 RNA结构。此前，人们对通往U2/U6活性位点的途径以及蛋白如何协助U2/U6 RNA折叠知之甚少。Townsend等人利用低温电镜解析出两种人pre-Bact前体的结构，发现了一系列复杂的协调结构变化，这些变化涉及相互排斥的相互作用，从而促进了激活过程的方向性。这些结构揭示了U2/U6催化性RNA的组装途径以及蛋白促进其折叠的机制。
10.Science：探究小脑进化
doi:10.1126/science.abd5059; doi:10.1126/science.abf4483
小脑核（cerebellar nuclei）是小脑的亚结构，将信息从小脑传递到大脑的其他部位。利用单细胞转录组学，Kebschull等人如今发现了小脑核结构的一种保守模式，这种模式在进化过程中一直在重复。从小鼠到鸡再到人类，小脑核由区域特异的兴奋性神经元和区域不变的抑制性神经元组成。在人类，连接小脑和额叶皮层的一个面被增强了。
11.Science：定向进化如何重塑酶中的能量景观以增强催化作用
doi:10.1126/science.abd3623
无论是通过计算设计的还是在活性筛选中发现的，重新用于生物催化的酶很少从熟练度的峰值开始。然而，定向进化在某些情况下可以将一个差的酶的催化效率提高许多数量级。Otten等人使用了一套生化技术来研究先前进化的模型酶中速率增强的起源。在最初的、经过计算设计的酶中存在两种构象状态，但只有一种是活性的。在进化过程中，将这种酶群体转向活性状态是提高催化效率的一个因素。单一的突变并不会大大增加活性，但17种替换突变中的两种突变的组合发生可以提供最终进化酶的大部分速率增强。
12.Science：探究气候变化下的山地生态
doi:10.1126/science.abd7015
气候变暖导致生物的分布发生变化，不同的生物可能以不同的速度移动，导致生态群落的构成和功能发生变化。在预测气候变化对生物多样性的影响时，很少考虑这些影响。Descombes等人研究了高山植物及其昆虫食草动物的不同上坡迁移如何影响群落的相互作用。低地食草动物改变了高海拔地区的三维植被结构，这种改变后的植被结构有利于植物物种的共存，特别是有利于小身材的物种。在未来气候变化下，重新组织的营养相互作用将在推动植物群落变化方面发挥重要作用。（生物谷 Bioon.com）
图片来自Science期刊。
1.Science：新研究组装出改进的恒河猴参考基因组
doi:10.1126/science.abc6617
在一项新的研究中，一个来自美国、意大利和德国的大型研究团队改进了对恒河猴参考基因组的组装。相关研究结果发表在2020年12月18日的Science期刊上，论文标题为“Sequence diversity analyses of an improved rhesus macaque genome enhance its biomedical utility”。在这篇论文中，他们描述了使用先进的测序技术来构建恒河猴参考基因组，以及为什么他们认为这种新的参考基因组将对医学科学家如此重要。
正如这些研究人员所指出的那样，由于恒河猴的生物学特征与人类的生物学特征重叠，因此恒河猴是医学科学中最常研究的动物模型。例如，通过对恒河猴的研究，人们更好地了解了HIV病毒，以及如何治疗感染了HIV病毒的人。在开展与埃博拉疫苗相关的工作中，以及在开发治疗神经系统疾病的疗法中，该物种也发挥了很大的作用。他们还指出，此类研究一直依赖于2007年以来的恒河猴基因组数据。他们进一步指出，用于基因组测序的技术在过去十年中得到了极大的改善，因此改进恒河猴参考基因组的时机似乎已经成熟。
这项研究涉及使用该领域的最新工具来提高邻近性（contiguity）--在这项研究中，提高了120倍。这些研究人员还使用650万个全长转录本对基因组进行注释。此外，他们还对853只试验恒河猴的组织样本进行了全基因组测序，发现了大约1050万个插入或缺失（indel）变体--以及近8600万个单核苷酸变体。他们认为，这类变体（尤其是那些由损伤导致的变体）可以被医学专家用来更好地了解人类自闭症和其他基于神经系统的发育疾病的性质。他们还填补了先前基因组序列中存在的大约99.7%的空白。
2.Science：重磅！揭示ZSWIM8泛素连接酶介导靶标指导的microRNA降解机制
doi:10.1126/science.abc9359
微小核糖核酸（microRNA, miRNA）是一段短的RNA序列，它能严格控制哪些基因表达和基因表达的时间。它们通过调节哪些信使RNA（mRNA）转录本---编码蛋白的单链模板---被细胞实际读取来做到这一点。但是，是什么控制着这些细胞调节因子呢？在一项新的研究中，来自美国怀特黑德生物医学研究所、麻省理工学院、威尔康奈尔医学院和霍华德-休斯医学研究所的研究人员发现mRNA和其他RNA经常逆向作用于它们的miRNA调控因子，并证实miRNA降解路径并不是科学家们所期望的那样。相关研究结果于2020年11月12日在线发表在Science期刊上，论文标题为“The ZSWIM8 ubiquitin ligase mediates target-directed microRNA degradation”。论文通讯作者为怀特黑德生物医学研究所的David Bartel博士。
miRNA通常通过与mRNA转录本结合来控制基因的表达，然后与一种叫做Argonaute的蛋白一起发挥作用，从而沉默这些转录本以便它们更快地被降解。鉴于miRNA被安稳地固定在Argonaute蛋白的内部，它们被屏蔽在细胞中的破坏性酶之外，因此以细胞标准来看，它们的寿命相当长。它们可以持续存在长达一周的时间，在这段时间内造成许多mRNA分子受到破坏。然而，有时，miRNA与mRNA转录本上的一个特殊靶位点结合，导致miRNA过早地被破坏。这种现象称为靶标引导的miRNA降解（target-directed microRNA degradation, TDMD）,在细胞中自然发生，是一种控制在任何给定时间内允许多少某些miRNA持续存在的方法。
在Bartel实验室发现一种称为CYRANO的RNA不编码任何蛋白，可导致一种称为miR-7的特定miRNA的降解。此后，这些研究人员便开始研究这种形式的降解。这种相互作用对他们来说很有趣，这是因为这种机制似乎与目前关于TDMD的理论不一致。为了进一步探究TDMD的机制，这些研究人员重点研究了CYRANO非编码RNA和miR-7之间的这种相互作用。Shi设计了CRISPR筛选，以确定当这个miRNA遇到CYRANO转录本时对它的降解至关重要的基因。这种CRISPR筛选确定了一个对这个miRNA的降解至关重要的基因，即ZSWIM8。当他们研究该基因的功能时，他们发现它编码的是泛素连接酶（ubiquitin ligase）的一个组分。泛素之所以如此命名，是因为它几乎在所有类型的细胞中都能找到。泛素对蛋白进行标记，以便后者在一种称为蛋白酶体（proteasome）的细胞垃圾处理系统中遭受降解。
ZSWIM8泛素连接酶的发现意味着CYRANO介导的miRNA降解涉及Argonaute蛋白受到破坏。在这种新的TDMD分子模型中，作为一种调节性RNA，CYRANO结合到封装在保护性的Argonaute蛋白中的mir-7，然后招募ZSWIM8泛素连接酶。随后，这种连接酶将一些泛素分子添加到这个miRNA的Argonaute上，导致Argonaute受到降解，从而使得它携带的miRNA货物暴露出来，以便细胞中的酶破坏这种miRNA货物。重要的是，这个过程不需要对miRNA进行任何修剪和加尾处理。
3.Science：重磅！揭示介导microRNA降解的新机制，有望开发出治疗各种疾病的新疗法
doi:10.1126/science.abc9546
在一项新的研究中，来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员发现一种细胞用来降解微小核糖核酸（microRNA, miRNA）的机制，其中miRNA是调节细胞中蛋白数量的遗传分子。这一发现不仅阐明了细胞的内部运作情况，而且最终可能让人们开发出对抗传染病、癌症和其他一系列健康问题的新方法。相关研究结果于2020年11月12日在线发表在Science期刊上，论文标题为“A ubiquitin ligase mediates target-directed microRNA decay independently of tailing and trimming”。
只要miRNA分子在细胞中停留，它们就会减少靶mRNA编码的蛋白产生。因此，了解细胞如何在不再需要miRNA时除去它们是充分理解它们如何以及何时发挥它们的作用的关键。为了回答这个问题，Mendell、Han和他们的同事利用CRISPR-Cas9，这是一种基因编辑工具，最近开发它的两位科学家获得了2020年诺贝尔化学奖。Mendell说，通过充当“分子剪刀”，这个基因编辑系统可以移除单个基因，让人们探索该基因的功能。
在一种称为K562的人类癌症细胞系中，这些研究人员利用CRISPR-Cas9靶向人类基因组中2万个蛋白编码基因中的大部分，旨在寻找任何导致一种通常寿命较短的称为miR-7的miRNA在细胞中停留的基因。他们的搜索最终发现，至少有10个基因是降解这种miRNA所需要的。他们了解到，这些基因编码的蛋白在细胞中聚集在一起，形成一个更大的称为cullin-RING泛素连接酶（cullin-RING ubiquitin ligase, CRL）的复合物，这个复合物的功能是标记其他蛋白以便后者随后遭受破坏。Mendell说，这种特殊的泛素连接酶以前从未被描述过，但是像其他泛素连接酶复合物一样，它似乎是为了标记注定要遭受降解的蛋白。然而，进一步的研究表明，CRL不是标记miR-7本身，而是标记一种名为Argonaute的蛋白，该蛋白可以在细胞中运输miRNA。一旦附着在miR-7上的Argonaute蛋白遭受靶向降解，这个miRNA就会裸露在细胞中---这种状态会触发细胞使用RNA降解酶来破坏这个miRNA。
4.Science详解：失之桑榆，收之东隅！常见的刺突蛋白突变D614G让新冠病毒高效复制，更快传播，但同时也可能让它对疫苗更加敏感
doi:10.1126/science.abe8499
在一项新的研究中，来自美国北卡罗来纳大学教堂山分校、威斯康星大学麦迪逊分校、日本国立传染病研究所和东京大学的研究人员证实冠状病毒SARS-CoV-2发生的一种称为D614G的突变使得这种病毒能够在世界范围内迅速传播，但是这种发生在刺突蛋白（S蛋白）上的 突变也可能使得这种病毒对疫苗更加敏感。相关研究结果于2020年11月12日在线发表在Science期刊上，论文标题为“SARS-CoV-2 D614G variant exhibits efficient replication ex vivo and transmission in vivo”。
这种发生D614G突变的SARS-CoV-2毒株（下称D614G毒株）出现在欧洲，并已成为世界上最常见的毒株。这项研究显示，D614G毒株的复制速度更快，比最初在中国扩散的SARS-CoV-2毒株更具传播性。这些研究结果中也有亮点：虽然D614G毒株传播速度更快，但在动物研究 中，它与更严重的疾病无关，而且该毒株对抗体药物的中和作用略微更加敏感。因此，这项研究提供了一些关于SARS-CoV-2如何进化的首批具体发现。
5.Science：揭示超强效的合成纳米抗体中和新冠病毒机制
doi:10.1126/science.abe3255
在一项新的研究中，来自美国加州大学旧金山分校等研究机构的研究人员通过筛选酵母表面展示文库（含有大于2×109种合成纳米抗体序列）中与S蛋白胞外结构域（ectodomain）结合的纳米抗体序列，分离出中和SARS-CoV-2的单域抗体（纳米抗体）。
这些作者利用SARS-CoV-2 S蛋白的一种突变形式（SpikeS2P）作为抗原。SpikeS2P缺乏S1和S2结构域之间的两个蛋白切割位点之一，并引入两个突变和一个三聚化结构域（trimerization domain）来稳定S蛋白的融合前构象。他们用生物素或用荧光染料标记SpikeS2P，并 通过多轮筛选---先是通过磁珠结合随后通过荧光活化细胞分选---来选择展示纳米体的酵母。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“An ultrapotent synthetic nanobody neutralizes SARS-CoV-2 by stabilizing inactive Spike ”。
三轮筛选产生了21个独特的结合SpikeS2P的纳米抗体，而且ACE2胞外结构域（ACE2-Fc）的二聚体构造体可降低这种结合。这些纳米抗体分为两类。第I类纳米抗体结合RBD并直接与ACE2-Fc竞争（图1B）。这一类的典型例子是纳米抗体Nb6，它可与SpikeS2P和RBD单独结合 ，结合常数KD分别为210nM和41nM。第II类纳米抗体，以纳米抗体Nb3为例，它结合SpikeS2P (KD=61nM)，但不显示与RBD单独结合。在存在过量ACE2-Fc的情况下，Nb6和其他I类纳米抗体的结合完全被阻断，而Nb3和其他II类纳米抗体的结合则适度下降。这些结果表明，I 类纳米抗体以RBD为靶点阻断ACE2结合，而II类纳米抗体以其他表位为靶点。事实上，表面等离子共振（SPR）实验表明I类和II类纳米抗体可以同时结合SpikeS2P。
6.Science：美洲驼纳米抗体有望成为对抗新冠病毒的强大武器
doi:10.1126/science.abe4747
在一项新的研究中，来自美国匹兹堡大学的研究人员描述了一种从美洲驼（llama）身上提取小型的但极其强大的SARS-CoV-2抗体片段的新方法，这种抗体片段可以被制成可吸入的治疗剂，具有预防和治疗COVID-19的潜力。相关研究结果于2020年11月5日在线发表在 Science期刊上，论文标题为“Versatile and multivalent nanobodies efficiently neutralize SARS-CoV-2”。
这些特殊的称为“纳米抗体（nanobody）”的美洲驼抗体比人类抗体小得多，在中和SARS-CoV-2病毒方面的效果要好很多倍。它们也更稳定。论文共同通讯作者、匹兹堡大学细胞生物学助理教授Yi Shi博士说，“大自然是我们最好的发明家。我们开发的技术以前所未有 的规模调查中和SARS-CoV-2的纳米抗体，这使得我们能够迅速发现数千种具有无与伦比的亲和力和特异性的纳米抗体。”
7.Science：探究视觉剥夺的细胞影响
doi:10.1126/science.abd2109; doi:10.1126/science.abf4646
髓鞘化（myelination）加快了动作电位沿神经元轴突的进展。Yang等人研究了在对视觉经验中的反应中，小鼠视觉皮层中的髓鞘化变化。在正常视觉下，髓鞘化是不断重塑的。在单眼剥夺反应中，眼球优势改变，某些抑制性中间神经元上的髓鞘化模式发生变化，但兴奋性胼胝体投射神经元上的髓鞘化模式没有发生变化。髓鞘既增加又减少，髓鞘的片段拉长和收缩，预先存在的少突胶质细胞制造新的髓鞘。这种适应性的髓鞘化有助于神经元功能的多样化和重塑神经元回路，以应对感觉经验。
8.Science：探究新大脑皮层中的记忆巩固
doi:10.1126/science.aaz3136; doi:10.1126/science.abf4523
位于（medial-temporal lobe）和新皮层的大脑结构之间的信息传递对学习至关重要。然而，这种信息传递的神经元基础尚不清楚。Doron等人发现，位于鼻周皮层（perirhinal cortex）深层的神经元在学习时表现出微刺激后的放电增加。学习与躯体感觉皮层（somatosensory cortex）第5层出现的少量神经元群体有关，这些神经元在受到刺激后，突然急剧放电。这种突然急剧放电的增加伴随着树突活动的增加，而对鼻周皮层到第1层的投射进行沉默有效地破坏了学习及其生理学上的相关性。因此，在学习过程中，鼻周皮层输入起到了增强皮层间输入的闸门作用，而皮层间输入是刺激检测所必需的，并在学习过程中得到加强。
9.Science：揭示剪接体激活过程中U2/U6 RNA活性位点的蛋白导向折叠机制
doi:10.1126/science.abc3753
剪接体（spliceosome）激活涉及广泛的蛋白交换和RNA重排，这会导致形成一种称为Bact的催化活性U2/U6 RNA结构。此前，人们对通往U2/U6活性位点的途径以及蛋白如何协助U2/U6 RNA折叠知之甚少。Townsend等人利用低温电镜解析出两种人pre-Bact前体的结构，发现了一系列复杂的协调结构变化，这些变化涉及相互排斥的相互作用，从而促进了激活过程的方向性。这些结构揭示了U2/U6催化性RNA的组装途径以及蛋白促进其折叠的机制。
10.Science：探究小脑进化
doi:10.1126/science.abd5059; doi:10.1126/science.abf4483
小脑核（cerebellar nuclei）是小脑的亚结构，将信息从小脑传递到大脑的其他部位。利用单细胞转录组学，Kebschull等人如今发现了小脑核结构的一种保守模式，这种模式在进化过程中一直在重复。从小鼠到鸡再到人类，小脑核由区域特异的兴奋性神经元和区域不变的抑制性神经元组成。在人类，连接小脑和额叶皮层的一个面被增强了。
11.Science：定向进化如何重塑酶中的能量景观以增强催化作用
doi:10.1126/science.abd3623
无论是通过计算设计的还是在活性筛选中发现的，重新用于生物催化的酶很少从熟练度的峰值开始。然而，定向进化在某些情况下可以将一个差的酶的催化效率提高许多数量级。Otten等人使用了一套生化技术来研究先前进化的模型酶中速率增强的起源。在最初的、经过计算设计的酶中存在两种构象状态，但只有一种是活性的。在进化过程中，将这种酶群体转向活性状态是提高催化效率的一个因素。单一的突变并不会大大增加活性，但17种替换突变中的两种突变的组合发生可以提供最终进化酶的大部分速率增强。
12.Science：探究气候变化下的山地生态
doi:10.1126/science.abd7015
气候变暖导致生物的分布发生变化，不同的生物可能以不同的速度移动，导致生态群落的构成和功能发生变化。在预测气候变化对生物多样性的影响时，很少考虑这些影响。Descombes等人研究了高山植物及其昆虫食草动物的不同上坡迁移如何影响群落的相互作用。低地食草动物改变了高海拔地区的三维植被结构，这种改变后的植被结构有利于植物物种的共存，特别是有利于小身材的物种。在未来气候变化下，重新组织的营养相互作用将在推动植物群落变化方面发挥重要作用。（生物谷 Bioon.com）
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