2021年10月22日Science期刊精华

2021年10月27日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2021年10月22日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

1.Science：揭示细菌利用可交换的防御基因对抗噬菌体攻击
doi:10.1126/science.abb1083

细菌病毒，即所谓的噬菌体，会破坏细菌。细菌不断暴露在噬菌体的攻击之下。在一项新的研究中，奥地利维也纳大学微生物学家Martin Polz领导的一个研究团队如今研究了细菌如何抵御病毒捕食者，即噬菌体。该研究表明，细菌具有专门为防御噬菌体而设计的可交换 的遗传因子，使细菌群体能够令人惊讶地迅速转换其先天免疫力。细菌如何以及如何快速产生对噬菌体的抵抗力的问题对于开发基于噬菌体的疗法来对付细菌感染具有至关重要的意义。相关研究结果发表在2021年10月22日的Science期刊上，论文标题为“Rapid evolutionary turnover of mobile genetic elements drives bacterial resistance to phages”。

噬菌体，图片来自Birkbeck/Modeling。

在这项新的研究中，这些作者详细研究了细菌如何防御噬菌体。Polz解释说，“每个细菌细胞都有一套防御基因，使其能够消除某些噬菌体。我们的研究表明，这些防御基因在细菌细胞之间的交换非常迅速。这是可能的，因为它们被整合到了所谓的可移动遗传因子中， 这些遗传因子本身可以控制它们是否以及何时从一个细胞转移到另一个细胞。”

每个细菌不仅拥有与它所属的物种的所有其他细菌共享的核心基因组，而且还包含可移动遗传因子。这种可移动、可交换的基因组在不同的细菌之间可能有所不同，但它的总体功能仍然不为人所知。这项新的研究表明，它主要为一个目的服务：噬菌体防御。相应地，与 噬菌体的斗争塑造了基因组的交换，从而塑造了细菌的进化。

2.Science：揭示大脑中参与群体中其他个体社会互动的神经元
doi:10.1126/science.abb4149

会群体在许多动物物种的行为中起着基础性作用。在群体互动中，个体的行为不仅会影响到其他个体的福祉，也会影响到其他个体的回应。因此，表征其他个体的身份及其行动和结果，对于在群体中成功互动的能力是必要的。没有这些组合的表征，就不可能有效地与其 他个体交往，也不可能理解自身的行为如何影响特定的群体成员。这也就不可能形成互利的关系，避免被其他个体利用，或者理解群体中特定个体的行为是如何相互关联的。

大多数灵长类动物，包括人类，都生活在社会群体中，个体的成功取决于与其他个体有效互动的能力。尤其是恒河猴，已知它们会形成非亲属的互动和长期的联盟。它们还从事基于个体群体成员之间互惠的互利行为。然而，灵长类动物大脑中的神经元如何精确地表征群 体的互动行为或解决对多个社会行动者进行编码的基本问题在很大程度上仍然是未知的。

在一项新的研究中，来自美国麻省总医院和哈佛医学院的研究人员开发了一种三个社会行动者模式，使用小群互动的恒河猴，结合单神经元记录和刺激技术，开始解决这些问题。相关研究结果发表在2021年10月22日的Science期刊上，论文标题为“Social agent identity cells in the prefrontal cortex of interacting groups of primates”。

成年雄性恒河猴群体执行了一种三个社会行动者任务，其中每个社会行动者都可以使用一个旋转台，依次向其他群体成员之一提供食物奖励。在这些群体互动中，这些作者发现这些恒河猴对过去提供的奖励进行了回报，当它们没有从其他群体成员那里得到奖励时就会进 行报复。他们还观察到这些恒河猴形成了互利的关系，这些关系反映了其他群体成员的声誉和过去的行为。因此，这些结果共同表明这些恒河猴一直在跟踪它们与群体中特定个体的互动，并对其他个体的行为做出适应性反应。

在这些恒河猴执行任务时，这些作者在背内侧前额叶皮层（dorsomedial prefrontal cortex, dmPFC）的一个被认为在社会行为及其功能障碍中起作用的区域中获得了单神经元记录。总体而言，这些神经元对不同群体成员的选择和奖励结果的信息进行编码，一起提供了 群体互动的高度详细说明。这些神经元在不同的空间位置追踪其他个体的行为，反映了这些恒河猴互动的社会背景和所涉及的社会行动者。它们还可靠地表征了其他个体之间的互动，即使这些互动并不涉及被记录的恒河猴本身，从而明确地将其他个体的身份与它们的具 体行为联系起来。

3.Science：低剂量的Moderna新冠疫苗可引发持久的免疫反应
doi:10.1126/science.abj9853

在一项新的研究中，来自美国拉霍亚免疫学研究所（LJI）的研究人员有助于回答一个问题：接种疫苗的人对COVID-19的免疫力能持续多长时间？他们报告，低剂量的Moderna mRNA-1273新冠疫苗产生的免疫力至少可以持续六个月，而且没有迹象表明接种者需要加强注射 。相关研究结果于2021年9月14日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Low-dose mRNA-1273 COVID-19 vaccine generates durable memory enhanced by cross-reactive T cells”。

从美国患者身上分离出的新型冠状病毒(导致COVID-19的冠状病毒)SARS-CoV-2的透射电子显微镜图像显示，在实验室培养的细胞表面出现了病毒颗粒。冠状病毒的名字来源于病毒颗粒外边缘的冠状刺突。图片来自NIAID-RML。

事实上，虽然Moderna mRNA-1273新冠疫苗在临床试验参与者完全接种后至少6个月内导致了强烈的CD4+（辅助性）T细胞、CD8+（杀伤性）T细胞和抗体反应，但这种免疫反应很可能会持续更长时间。这些作者还发现，这种强大的免疫记忆在所有测试的年龄组中都持续存 在，包括70岁以上的人，这是一个特别容易受到严重COVID-19影响的人群。

Crotty补充说，“免疫记忆很稳定，这令人印象深刻。这是衡量mRNA疫苗持久性的一个很好的指标。”

4.Science：大规模研究构建出数百种人类抗体结合SARS-CoV-2图谱，有望开发出更有效的COVID-19抗体疗法
doi:10.1126/science.abh2315

在一项新的研究中，来自美国拉霍亚免疫学研究所的研究人员发布了人类抗体与SARS-CoV-2结合的详细图谱，该图谱是通过全球合作比较几乎所有领先的临床候选抗体药物产生的。这项新研究将指导开发更有效的COVID-19抗体疗法，并帮助科学家们开发有效的疫苗以应 对新出现的病毒变体。相关研究结果于2021年9月23日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Defining variant-resistant epitopes targeted by SARS-CoV-2 antibodies: A global consortium study”。
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这张图显示了SARS-CoV-2表面的一系列刺突蛋白。每种颜色的抗体代表每个RBD群体可能的IgG-S蛋白结合模式。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abh2315。

这些研究发现在三个关键方面推动了COVID-19研究：（1）对全世界50多个不同组织提供的数百种抗体进行了分类和结合图谱绘制；这项研究显示了每种抗体在SARS-CoV-2的刺突蛋白（S蛋白）上结合的确切位置；（2）这些研究人员描述了每种抗体的中和强度，或效力， 以及每种抗体对病毒变体提供保护的可能性；（3）在S蛋白上有类似足迹的抗体被归类为相同的“群体（communities）”；这些研究人员展示了来自不同群体的抗体如何被组合成强大的抗体“鸡尾酒”来靶向SARS-CoV-2。

论文通讯作者、拉霍亚免疫学研究所教授Erica Ollmann Saphire博士说，“我们能够绘制S蛋白的地理图，并了解哪些抗体与它的哪些足迹结合。该图谱提供了一个参考，以帮助预测哪些抗体对SARS-CoV-2变体仍然有效，如目前病例激增的Delta变体。”Saphire领导了 这项研究背后的称为冠状病毒免疫治疗联盟（Coronavirus Immunotherapeutic Consortium, CoVIC）的全球努力。

事实上，这些作者发现了三组不同的抗体可以抵御SARS-CoV-2 S蛋白发生的突变。这些抗体可以靶向S蛋白上的脆弱部位，即使它发生突变，也是如此。Saphire说，“我们如今有一个框架，可以为COVID-19治疗选择持久的抗体鸡尾酒。”

5.Science：将木材变成更复杂的结构
doi:10.1126/science.abg9556

木材是一种有吸引力的结构应用材料，但它通常以木板或板材的形式运作最好。Xiao等人开发了一种工程硬木的工艺，使这些板材可以被操纵成复杂的结构。关键是通过干燥和“水冲击（water-shocking）”来收缩和炸开纤维和导管来操纵细胞壁结构。这个过程创造了 一个窗口，在这个窗口中，木材可以被操纵而不被撕裂或撕碎。一旦木材干燥，蜂窝状、波纹状或其他复杂的结构就被锁定。

6.Science：象牙偷猎和非洲大象无象牙的快速进化
doi:10.1126/science.abe7389

随着人类人口和我们技术的增长，对野生动物的采伐和偷猎也在增加如今，这些压力的规模如此之大，以至于可以被认为是有选择性的驱动因素。Campbell-Staton等人发现在20年的莫桑比克内战期间，非洲大象就出现了这种现象，它们的象牙被偷猎。由于武装部队的大 量偷猎，戈龙戈萨国家森林公园（Gorongosa National Park）的非洲象数量下降了90%。随着战后种群的恢复，有相当大比例的雌象出生时没有象牙。进一步的探索显示，这一特征与性别有关，并与产生无象牙表型的特定基因有关，这种表型在面对偷猎时更容易生存。

7.Science：揭示蝙蝠群体社会互动的皮层表征
doi:10.1126/science.aba9584

社会互动发生在群体环境中，并由不同个体之间交换的通信信号（通常使用发声）所介导。群体社会交流的神经表征在很大程度上仍未被探索。Rose等人对参与自发性的和任务诱导的发声互动的埃及果蝠群体的额叶皮层进行了同步的无线电生理学记录。他们发现，单个 神经元的活动区分了由自己和他人产生的发声，以及特定个体之间的发声。群体成员之间协调的神经活动表现出稳定的双向脑间相关模式，这是自发性的交流互动所特有的。追踪群体内的社会和空间安排揭示了社会偏好与脑内和脑间活动模式之间的关系。综合来看，这 些发现揭示了在自由交流的蝙蝠群体的大脑内和跨大脑的群体社会交流的一系列独特的神经表征。

8.Science：新研究揭示了SARS-CoV-2如何在非洲大流行
doi:10.1126/science.abh2315

SARS-CoV-2大流行的影响在非洲国家难以追踪，主要是因为数据不完整。Wilkinson等人分析了2021年从非洲大陆的几个国家收集的病毒基因组。2020年期间，每个非洲国家的疫情爆发都是由输入性病例引起的，大部分来自欧洲。随着SARS-CoV-2大流行的发展，非洲国家 的病例数可能比报告的高很多倍，而且这次大流行的后续浪潮似乎更加严重。因此，出现了在非洲大陆传播的高传播变体，非洲国家必须被纳入全球控制工作中。

9.Science：揭示脉络膜丛血管屏障在肠道炎症时关闭
doi:10.1126/science.abc6108

炎症性肠病（inflammatory bowel disease）最为人所知的是肠道症状，但也可以引起其他器官的各种肠外表现。它还可能与认知和精神方面的影响有关，包括焦虑和抑郁症。Carloni等人利用肠道炎症的小鼠模型，发现了炎症性肠病的这些方面之间的潜在致病联系。炎 症过程导致肠道血管屏障变得更加通透，导致炎症扩散到肠道之外，而脉络丛（choroid plexus）的血管屏障关闭，帮助保护大脑免受炎症影响，但也可能损害器官之间的沟通，损害一些大脑功能。（生物谷 Bioon.com）