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2017年8月25日Science期刊精华

来源:本站原创 2017-08-28 22:55


图片来自Science期刊。

2017年8月28日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2017年8月25日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。

1.Science:重大发现!在肠道上皮内,罗伊氏乳杆菌诱导促进耐受性的T细胞产生
doi:10.1126/science.aah5825


免疫细胞在肠道中巡逻,确保隐藏在我们吃的食物中的有害细菌不会入侵人体。能够触发炎症的免疫细胞与促进免疫耐受性的免疫细胞处于平衡,从而在不会让敏感组织遭受损伤的情形下保护人体。当这种平衡过于偏向炎症时,炎症性肠病就会产生。

如今,在一项新的研究中,来自美国华盛顿大学医学院和普林斯顿大学的研究人员在肠道中携带一种特定细菌的小鼠体内发现一类促进耐受性的免疫细胞。再者,这种细菌需要色氨酸来触发这些免疫细胞的出现。相关研究结果于2017年8月3日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Lactobacillus reuteri induces gut intraepithelial CD4+CD8αα+ T cells”。

这些研究人员发现当小鼠从一出生就在无菌环境下生活时,因缺乏肠道微生物组,它们不会产生这类促进耐受性的免疫细胞。当将罗伊氏乳杆菌引入到这些无菌小鼠的体内时,这些免疫细胞就产生了。

为了理解罗伊氏乳杆菌如何影响免疫系统,这些研究人员在液体中培养罗伊氏乳杆菌,随后将少量的这种含不含细菌的液体转移到从小鼠体内分离出的未成熟的免疫细胞,即CD4+ T细胞。这些未成熟的免疫细胞通过下调转录因子ThPOK变成促进耐受性的免疫细胞,即CD4+CD8αα+双阳性上皮内T细胞(CD4+CD8αα+ double-positive intraepithelial T lymphocytes, 简称DP IEL),并且这些DP IEL细胞具有调节功能。当从这种液体中纯化出活性组分时,他们证实它是色氨酸代谢的一种副产物,即3-吲哚乙酸。

当这些研究人员将小鼠食物中的色氨酸数量增加一倍时,DP IEL细胞的数量增加大约50%。当色氨酸水平下降一半时,DP IEL细胞的数量也下降一半。

2.Science:人类大脑是如何听出说话韵律的
doi:10.1126/science.aam8577


加利福尼亚大学的研究者发现人类大脑中对讲话语调变化发生反应的神经元,语调是人类能清楚地表达自己的意思和情绪的重要基础。这项研究发表在《Science》杂志上。

在谈话过程中的语调变化,部分语言学家称之为“语言韵律”是人类交流的基本组成成分,几乎就像旋律和音乐的关系一样。在有声调语言中,比如普通话,声调的变化后可以完全改变一个字的意思,然而在无声调语言中,比如说英语,音调的不同可以明显改变一句话的含义。就拿“Sarah plays soccer”说,“Sarah”是降调的话,表达的是Sarah这个人而不是其他人玩足球;如果是整句话都是降调的话,传达的是Sarah玩的是足球而不是其他的;如果在句子的末尾用升调的话,则是表示疑问。

考虑到每个说话人都有他们自己的声调和习惯,大脑能够快速地理解这些变化是非常了不起的事。而且,大脑一边要剖析哪些元音和辅音发生了改变,用了哪些单词,这些单词是怎样被组成短语和句子的,同时还必须跟上和理解这些音调变化,这一切的发生也就在毫秒之间。

UCSF癫痫中心的神经外科学家Chang是切除诱发癫痫的脑部组织的外科手术专家。在一些情况下,为了准备手术,他会在患者的大脑表面放置一排高密度的微小电极,帮助鉴定诱发病人癫痫的位置和找到其他重要的区域——比方说与语言相关,这样就能避免在进行外科手术的时候伤害到这些区域。

在这项新研究中,Tang要求10名志愿者在安上电极等待手术时听4句由3种不同合成声音说的句子:

"Humans value genuine behavior"

"Movies demand minimal energy"

"Reindeer are a visual animal"

"Lawyers give a relevant opinion"

这些句子设计成同样的长度和结构,而且用4种语调进行叙述:平调,强调第一个单词,强调第三个单词或者是疑问。Tang和她的同事监测受试者的听觉皮层也就是颞上回的活动,他们发现颞上回的一些神经元主要根据讲话者的平均音调范围来分辨3个合成的讲话者;另外一些神经元可以根据发音的不同分辨4个句子,不管是哪个讲话者讲的;还有一些神经元可以分辨4种不同的声调,这些神经元根据句子的重音位置不同会做出相应的变化,但不会对是谁讲的还是到底是哪个句子做出反应。

为了证明他们自己的想法,研究人员设计了一个算法来预测神经元对不同讲话者、发声和声调的句子所做出的反应。他们的结果显示,对不同讲话者敏感的神经元只对讲话者的绝对音调敏感,对语调敏感的神经元对相对音调更敏感。

3.Science:中科院生物物理所植物解析出光合作用中高效捕光的超分子机器结构
doi:10.1126/science.aan0327; doi:10.1126/science.aao4191


2017年8月25日,Science期刊发表了常文瑞/李梅研究组、章新政研究组与柳振峰研究组的合作研究成果,题为“Structure and assembly mechanism of plant C2S2M2-type PSII-LHCII supercomplex”。该项工作报道了豌豆光系统II-捕光复合物II超级复合物的高分辨率电镜结构,揭示了植物在弱光条件下进行高效捕光的超分子基础。

光合作用是地球上最为重要的化学反应之一。植物、藻类和蓝细菌进行的放氧型光合作用不仅为生物圈中的生命活动提供赖以生存的物质和能量,同时还维持着地球上的大气环境和碳氧平衡。对光合作用机理的研究不仅具有重要的理论意义,并且将为基于光合作用原理的应用研究提供具有启示性的方案。在高等植物中,光合作用的原初反应始于一个被称为光系统II的超分子机器,它能够捕获光能并将其用于驱动能量转换和在常温常压下裂解水分子。高等植物的光系统II是一个复杂的膜蛋白-色素超分子复合物,通常以二体形式存在,其每个单体包含了约30个蛋白亚基以及数百个色素分子和其它辅因子。为了适应不同的外界光照条件,高等植物光系统II与外周的捕光复合物组装成多种不同形式的超级复合物。在适应弱光条件的植物叶片中,光系统II核心复合物的外侧结合了两种主要捕光复合物LHCII(根据亲和力的不同分别被称为S-LHCII和M-LHCII)及三种次要捕光复合物(CP29、CP26和CP24)。这些捕光复合物与光系统II核心复合物组装形成C2S2M2型超级复合物,使其得以在弱光条件下高效地捕获光能并完成能量转换。C2S2M2型复合物是迄今为止在高等植物中能被稳定分离得到的最大的光系统II超级复合物。解析该复合物的完整结构对于人们认识其内部的亚基组成及排布方式、色素结合位置及相互取向和距离具有重要的科学意义。研究结果有助于深入理解植物高效捕获和传递光能的分子机理。

由生物物理所三个课题组组成的联合研究团队解析了处于两种不同条件下的豌豆C2S2M2超级复合物的单颗粒冷冻电镜结构,分辨率分别达到2.7埃和3.2埃,其中2.7埃分辨率的结构是目前世界上通过冷冻电镜单颗粒法解析获得的分辨率最高的膜蛋白结构。该项工作首次展示了植物C2S2M2型超级复合物的精确三维结构,该复合物总分子量达到140万道尔顿(1.4 megadalton,1,400 kDa),是一个同源二聚体的超分子体系。两个结构中的每个单体分别包含了28或27个蛋白亚基、159个叶绿素分子、44个类胡萝卜素分子和众多的其它辅因子。该项工作首次解析了CP24和M-LHCII的结构,并指认了M-LHCII所特有的Lhcb3亚基;展示了不同外周捕光蛋白彼此之间以及它们与核心复合物之间相互识别和装配的位点和机制;在对豌豆C2S2M2超级复合物内部高度复杂的色素网络进行深入分析的基础上,揭示了外周天线捕获光能并向核心复合物传递能量的途径。同时,两种不同状态的C2S2M2结构的比较分析结果显示超级复合物中的外周捕光复合物M-LHCII和CP24的结合位置可变,提示高等植物光系统II超级复合物可对环境条件的变化做出响应,通过整体结构的变化实现对捕光过程的调节。上述研究结果对于进一步在分子水平深入理解高等植物光系统II超级复合物中的能量传递和光保护机理具有重要意义。Science杂志在同期为该项研究工作配发了题为“The complex that conquered the land”的评述。

4.Science:开发出一种高效过滤水的碳纳米管水通道蛋白
doi:10.1126/science.aan2438; doi:10.1126/science.aao2440


根据《Science》杂志上发表的一项研究,研究人员开发出一种微型碳纳米管与用于过滤活细胞中水分的水通道蛋白(porin)类似,但过滤水的效率高出六倍。虽然纳米管目前尚不能用于实际的海水脱盐,但研究人员表示,他们可以成功地过滤含盐的水。

研究人员创建这种纳米管的灵感来自被称作水通道蛋白的天然蛋白质。水通道蛋白是一种位于细胞膜上的蛋白质,通过细胞膜转运水分子并过滤掉离子,使细胞保持健康。水通道蛋白以仅通过0.3纳米宽的通道输送水分子的方式来工作,并过滤出所有的离子。但是水通道蛋白质工作较慢,这是因为水分子在水通道蛋白通道中翻转180度,化学反应减慢了水分子的运动。但是这种这种新的纳米管宽0.8纳米,就像水通道蛋白一样,但过滤水比水通道蛋白快6倍。

5.Science:肠道菌群随季节改变
doi:10.1126/science.aan4834; doi:10.1126/science.aao2997


对现存为数不多的其中一个狩猎—采集者群体开展的研究表明,生活在人类肠道中的微生物随着季节发生变化。相关成果日前发表于《科学》杂志。

来自“人类食物工程”的Jeff Leach及其团队用一年多时间收集了生活在坦桑尼亚的350名哈扎人的粪便样本。“人类食物工程”是一个非营利性机构,旨在研究微生物组在健康中所起的作用。他们发现,哈扎人肠道微生物组的多样性比在西方国家居民肠道中发现的高30%左右。事实上,哈扎人肠道菌群的多样性和委内瑞拉一些亚诺玛米人的相仿。后者此前被描述为拥有全世界最丰富多样的微生物组。

出现在两个群体中的这种多样性并没有那么令人惊奇,考虑到他们几乎不使用抗生素,也不吃加工过的食品。不过,Leach团队还发现,哈扎人的微生物组是季节性的,全年会有一个变化周期。多样性在旱季达到顶峰。此时,普雷沃氏菌变得尤其丰富。而年度波动最大的细菌通常不是出现在拥有西方生活方式的人群肠道中的菌株。

肠道微生物组的这些年度变化是由哈扎人饮食的周期性变化引起的。在坦桑尼亚的干旱季节,哈扎人会食用很多肉类以及薯类和来自猴面包树的水果。但在湿润季节,他们会更多地食用蜜蜂和浆果。普雷沃氏菌尤其擅长分解植物材料,因此可能在干旱季节尤其有用。

6.Science:肌动蛋白阻止哺乳动物卵子发生染色体分离错误
doi:10.1126/science.aal1647; doi:10.1126/science.aao2461


众所周知,在卵子发育期间,纺锤体微管协调染色体分离。但是作为另一种主要的细胞骨架组分,肌动蛋白并不被认为参与这个过程。Binyam Mogessie和Melina Schuh研究了染色体在哺乳动物细胞中是如何分离的。哺乳动物卵母细胞除了利用一种依赖于微管的机制之外,也利用由F-肌动蛋白组成的第二种纺锤体正确地分离它们的染色体。与纺锤体结合的肌动蛋白将微管成束地组装成功能性的着丝粒丝(kinetochore fiber)。着丝粒丝是促进染色体分离的关键结构。增加或降低纺锤体中的肌动蛋白丝数量会导致着丝粒丝捆绑不平衡,从而导致染色体分离错误和非整倍体产生,在人类中,这经常会导致流产和唐氏综合征。

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