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2017年2月Science期刊不得不看的亮点研究

  1. Science
  2. TMEM24
  3. 人工智能
  4. 巨噬细胞
  5. 抗生素

来源:生物谷 2017-02-28 23:12

2月份即将结束了,2月份Science期刊又有哪些亮点研究值得学习呢?小编对此进行了整理,与各位分享。
2017年2月28日/生物谷BIOON/---2月份即将结束了,2月份Science期刊又有哪些亮点研究值得学习呢?小编对此进行了整理,与各位分享。

doi:10.1126/science.aal2014

在你看到一种颜色之前,你能够仅根据光的波长预测它。音乐无需亲耳听见而能够仅根据乐谱上的音符加以理解。但是气味不是这样的。辨别一种东西闻起来像是玫瑰味、松脂味、汽油味还 是海风般清新的唯一方法是闻它。

一项新的研究让我们的最为神秘的嗅觉变得更加可预测一些。由美国洛克菲勒大学的研究人员启动的一个项目利用众包策略设计出一种数学模型,这种模型能够预测一种分子产生的气味。

在这项新的研究中,Vosshall研究了人类和昆虫的气味感知(odor perception)。作为这项研究的一部分,她和来自她的实验室的研究员Andreas Keller着手探究分子和它们产生的气味之间 存在的关联。

为了获得他们需要的数据,他们要求49名志愿者闻一闻一组精心挑选的分子,每种分子装在一个小瓶子里。可能存在的气味数量几乎是无止境的---尽管人类感知光线和声音的限制是大家熟知 的,但是还没有为气味建立这样的边界。因此,在探究我们的嗅觉的全部范围的努力中,Keller收集了476种不同的分子,它们中的很多分子之前从没有在嗅觉研究中接受过测试。

总之,这项研究产生100万多个数据点。这些研究人员随后寻求将这些气味感知信息与200万多个描述这些气味分子化学特征(如它们含有的硫原子数量)的额外数据点相关联在一起。它利用 众人的智慧解决这个问题。

来自全世界的研究机构和公司的22个精通计算的志愿者团队参加DREAM嗅觉预测挑战(DREAM Olfaction Prediction Challenge)。这种DREAM挑战是由美国IBM公司托马斯-沃森研究中心主任 Pablo Meyer组织的。利用Vosshall和Keller的气味评分,即迄今为止收集到的最大的数据集之一,这些团队设计出能够“学着”依据一种分子的化学特征预测它的气味属性的算法。

最好的解决方法并没有出现在任何单个模型中。为了利用众人的智慧,DREAM挑战通常将每个人提交的模型合并到一个综合模型(aggregate model)中。这个综合模型经常要比任何单个模型 更加强大。

在DREAM挑战结束时,这些研究人员利用他们拥有的对69种分子的评分测试了这种综合模型的性能。将气味属性与分子匹配在一起的完美分数是1.0;这种综合模型得分为0.83,显著好于之前 为解决这个问题作出的任何尝试。

尽管这种气味预测模型迄今为止并不完美,但是它为寻找高效地配制玫瑰香味等气味的方法的香水化学家开辟了新的可能性。它也为气味感知的非常复杂的生物学特征提供新的认识。没有人 充分地理解当气味分子飘进鼻子,转化为传送到大脑中的电信号时,到底发生了什么。

doi:10.1126/science.aaj2191; doi:10.1126/science.aam7926

科学家们之前已证实细菌能够在抗生素存在下存活下来的一种方式是进化出一种“定时器(timer)”,从而确保它们在整个抗生素治疗期间保持休眠。但是当它们苏醒时,抗生素仍然会杀死 它们,因此一种简单的解决方法是更长时间地持续开展抗生素治疗。

如今,在一项新的研究中,来自以色列耶路撒冷希伯来大学的研究人员报道了细菌进化出耐药性的一种令人吃惊的替代性途径。在进化出这种休眠机制后,这些细菌群体随后能够比正常时快 20倍地进化出耐药性。因此,继续服用抗生素并不会杀死这些细菌。

为了研究这个进化过程,由来自耶路撒冷希伯来大学拉卡物理学研究所的Nathalie Balaban教授和博士生Irit Levin-Reisman领导的一个研究团队在实验室可控条件下,让细菌群体接触日剂 量的抗生素直到耐药性产生。通过在这个进化过程中追踪这些细菌,他们发现致死性的抗生素剂量产生暂时休眠的细菌,因此让它们免受几种靶向活跃生长的细菌的抗生素攻击。一旦细菌获 得休眠的能力(也被称作“耐受性”),它们快速地获得耐药性突变,从而能够克服这种抗生素治疗。

这些结果表明在重复地接触高浓度抗生素的情形下,耐受性(tolerance)可能在细菌群体进化出耐药性中发挥着至关重要的作用。关键的因素是鉴于存在大量可能发生的突变,耐受性因而会 快速地产生;耐药性和耐受性的组合效应导致在耐受性的基础上,产生部分耐药性突变。

这些发现可能对开发新的抗生素产生重要的影响,这是因为它们提示着利用也能够靶向耐受性细菌的药物可能会延迟进化出耐药性。

doi:10.1126/science.aal2745
在一项新的研究中,来自美国华盛顿大学的研究人员发现脊椎动物免疫系统中的一种常见的细胞类型在其他细胞之间的通信中发挥着一种独特的作用。他们证实这种被称作巨噬细胞的细胞能够传递非免疫细胞之间的信息。

这项研究描述了斑马鱼中的色素细胞如何指派巨噬细胞传递在它的皮肤色素图案形成中发挥重要作用的信息。这是首次报道巨噬细胞长程地接力传递非免疫细胞之间的信息。不过,鉴于巨噬细胞在所有脊椎动物中都是常见的,这些研究人员认为他们的发现并不只是水生生物的怪癖。巨噬细胞可能是常见的细胞间长程信息的传递者。

论文通信作者David Parichy和论文第一作者、华盛顿大学博士后研究员Dae Seok Eom是在研究斑马鱼时发现巨噬细胞的这种新作用的。他们想要理解斑马鱼如何获得它的银黄色条带和黑色条带。每种颜色---黑色、黄色和银色---起源自一种不同类型的色素细胞。当斑马鱼幼小时,这些色素细胞迁移到合适的位点,形成这些条带。

Eom和Parichy利用实验室遗传工具让斑马鱼色素细胞发出荧光,从而使得在显微镜下更容易追踪这些细胞。在这一过程中,他们发现在色素图案形成的高峰期间,作为黄色素细胞的前体细胞,xanthoblast产生独特的精致的凸起(projection)。他们根据数学家、天文学家Sir George Airy和希腊信使女神Iris的名字,将这种凸起命名为airineme。

Eom和Parichy发现这些凸起含有微小的膜包围的蛋白囊泡,囊泡中的蛋白给黑色素细胞提供分子信号。他们证实当来自xanthoblast的凸起遇到黑色素细胞时,来自这种凸起中的提供分子信号的蛋白导致这种黑色素细胞迁移到条带中。

Eom说,“我观察到一个巨噬细胞与一个凸起相互作用,然后与另一个凸起相互作用,然后再与另一个凸起相互作用。在一项实验中,我观察到来自xanthoblast的178个凸起,它们当中的94%明显地与巨噬细胞相互作用。”

Eom测试了巨噬细胞是否真正地促进黄色素细胞和黑色素细胞之间的对话。利用遗传工具,他培育出缺乏巨噬细胞的斑马鱼,结果观察到xanthoblast产生少得多的凸起。在这种情形下,黑色素细胞不能正确地迁移形成条带。

当巨噬细胞随机地遇到凸起时,Eom利用显微镜捕获到它们如何作出表现的图片和影片。一个巨噬细胞似乎吞噬一个凸起表面上的球形蛋白囊泡的一端,拖着它移动,从而将这个凸起拉伸。

Eom证实来自xanthoblast的凸起中的蛋白囊泡膜含有一种脂质,这种脂质对巨噬细胞而言是一种“吃我”信号,这可能解释了为何巨噬细胞附着和拖着这种凸起。他和Parichy计划研究为何巨噬细胞不吞噬凸起,以及如何特异性地从凸起切换到黑色素细胞。

不过鉴于巨噬细胞喜欢四处游荡和拾起物体,Parichy认为这不可能是唯一的例子表明巨噬细胞能够被免疫系统之外的细胞指派。

doi:10.1126/science.aah6171

血糖触发胰腺中的β细胞分泌胰岛素,这一过程在糖尿病中受到破坏。在一项新的研究中,来自美国耶鲁大学和新加坡国立大学的研究人员在这些胰腺β细胞的细胞膜中鉴定出一种控制它们分泌胰岛素的机制。

这种胰岛素分泌部分上依赖于一种被称作TMEM24的脂质转运蛋白。TMEM24将一种被称作内质网(endoplasmic reticulum, ER)的细胞器附着到外层细胞膜上。这种蛋白将内质网中制造的

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