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2017年9月8日Science期刊精华

来源:本站原创 2017-09-13 22:24


图片来自Science期刊。

2017年9月13日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2017年9月8日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。

1.Science:重大突破!揭示哺乳动物抵抗真菌肺部感染机制
doi:10.1126/science.aan0365; doi:10.1126/science.aao3086


在一项新的研究中,来自美国、德国和以色列的研究人员发现小鼠能够抵抗真菌肺部感染的原因在于它们的免疫系统导致真菌孢子死亡。相关研究结果发表在2017年9月8日的Science期刊上,论文标题为“Sterilizing immunity in the lung relies on targeting fungal apoptosis-like programmed cell death”。在这篇论文中,他们描述了他们发现小鼠如何能够抵抗真菌肺部感染的机制,以及他们的发现对患者而言可能意味着什么。

这些研究人员对一种烟曲霉(Aspergillus fumigates, 即一种常见的与导致人产生肺炎相关联的真菌)菌株进行修饰,从而使得当细胞死亡指令启动时,它会改变颜色。小鼠、人类和很多其他生物(包括真菌)具有携带着内置自毁指令的细胞,这就是我们维持新的细胞供应的方式。一旦细胞达到某个年龄或者遭受损伤,一种信号就发起一连串事件,从而导致细胞凋亡,或者说细胞死亡。在细胞死亡后,它就被身体清除。当这种细胞死亡过程被激活时,通过让这些烟曲霉孢子改变颜色,这些研究人员就可观察到这是在免疫细胞到达并开始与这些孢子相互作用不久后发生的。这导致这些孢子死亡,从而阻止真菌感染发生。

这些研究人员也发现烟曲霉具有一种被称作AfBIR1的基因,该基因的功能是抑制细胞死亡。在小鼠体内让这种基因更加活跃会导致更多的肺部感染,相反,降低它的活性会导致更少的肺部感染。他们注意到,这一发现可能为因免疫系统受损而更可能遭受真菌肺部感染的人提供新的疗法。可想像到的是,开发抑制感染人体的真菌中的AfBIR1基因活性的药物可能拯救很多人的生命。

2.Science:重磅!发现肠道细胞抵抗细菌感染的后备免疫防御通路
doi:10.1126/science.aal4677; doi:10.1126/science.aao4158


在一项新的研究中,来自美国德州大学西南医学中心、麻省总医院和布罗德研究所的研究人员在小鼠中发现一种后备的抗病原体系统利用细胞中的自噬复合体运送蛋白武器到前线(即细胞表面)来抵抗细菌攻击。相关研究结果于2017年7月27日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Paneth cells secrete lysozyme via secretory autophagy during bacterial infection of the intestine”。论文通信作者为德州大学西南医学中心免疫学系主任、霍华德-休斯医学研究所研究员Lora Hooper博士。

为了研究这种后备防御系统,这些研究人员使用了麻省总医院合作者们通过基因改造而具有在很多克罗恩病患者观察到的基因突变的小鼠,随后让它们接触沙门氏菌(一种食源性致病菌)。

Hooper说,“当来自正常的野生型小鼠的肠道细胞遇到沙门氏菌时,它们的抗菌蛋白武器通过这种迂回的或者说后备的通路进行运送,成功地到达细胞表面上的防线。在携带这种克罗恩病突变的小鼠体内,这种迂回通路受到阻断,不能够杀死细菌。与我们的发现相一致的是,我们的合作者们发现当接触另一种食源性致病菌时,这些小鼠病得更重。”

这些研究人员观察到这些小鼠肠道内壁上的异常类似于在克罗恩病患者的细胞中发现的蛋白包装异常。然而,Hooper强调到,克罗恩病是一种复杂的疾病,而且这项研究并未涉及任何人体实验。

3.Science:大脑记忆形成的新机制
doi:10.1126/science.aan3846; doi:10.1126/science.aao4159


最近,来自霍华德休斯医学研究所的研究者们发现了一种新的大脑记忆形成的机制。在他们发表于最近一期的《Science》杂志的文章中,作者们描述了他们的理论,使用的生物物理学模型以及相关的发现。来自伦敦学院大学的Julija Krupic在同一期的《Science》杂志中进行了总结,对整个记忆领域的研究进行了回顾。

经过很多年的研究,科学家们终于对大脑记忆形成的机制有了相对统一的认识,即处于神经网络中的神经元活性增强导致的神经网络的建立与强化。在这一理论中,记忆的形成是由于连续的神经元活动导致神经元形成更强的连接,从而使得记忆变得强化。

这一理论同时囊括了弹性特征,即为了增强记忆,神经网络需要不断地发生变化。这一理论进一步表明记忆的发生与强化是由于神经元快速且短暂的激活导致的,也就是所谓的LTP过程。在这一新的研究中,作者们指出可能存在另外一种记忆形成的机制,这种机制下记忆可以在较长的时间范围内逐渐形成。他们将这一机制称为BTSP(behavioral time scale synaptic plasticity)。

新的理论表明,在长期的、连续的记忆形成过程中,不一定需要存在相互连接的神经元之间发生相互作用,而需要整个大脑空间的参与。为了检测他们的想法,研究者们建立了生物物理徐模型,用于分析小鼠分别在快速移动与慢速移动的过程中整个大脑空间发生的事件。实验结果支持他们的想法。Krupic称,这种BTSP机制糴小鼠一步一步获得好的食物来源具有重要的意义,而短期的记忆形成则帮助不大。

4.Science:解析出日光杆菌光合作用反应中心的结构
doi:10.1126/science.aan5611


如今,在一项新的研究中,来自美国亚利桑那州立大学和宾夕法尼亚州立大学等研究机构的研究人员解析出已知最为简单的被称作嗜中温日光杆菌(Heliobacterium modesticaldum)的光合细菌的首个核心膜蛋白在近原子分辨率下的结构。他们的发现有助人们对光合作用的早期进化以及这种至关重要的过程与植物光合作用系统存在哪些差异获得新的理解。它也为开发捕捉太阳能的被称作“人工叶子”的有机太阳能电池板或者可再生的生物燃料奠定基础。相关研究结果于2017年7月27日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Structure of a symmetric photosynthetic reaction center–photosystem”。论文通信作者为亚利桑那州立大学生物设计研究所应用结构生物学中心副教授Raimund Fromme。

为了研究光合作用,Fromme团队探究了日光杆菌(Heliobacteria,注意不是Helicobacteria,后者才是螺旋杆菌,但是很多人经常将两者混为一谈)的最为简单的光合作用。单细胞日光杆菌比植物更加简单,而且与植物存在着根本上的不同。比如,在光合作用期间,日光杆菌使用硫化氢,而不是像植物那样使用水。它们在缺乏氧气的条件下生长,而且在光合作用之后产生臭鸡蛋气味的含硫气体而不是氧气。光合作用的关键是反应中心(reaction center, RC);它是精细的由色素和蛋白组成的复合体,能够将光线转化电子,从而给细胞提供能量。

如今,利用劳伦斯伯克利国家实验室先进光源的X射线和阿贡国家实验室先进光子源的光束线,Fromme团队首次在近原子的2.2埃分辨率下可视化观察到日光杆菌反应中心。他们发现日光杆菌反应中心存在几乎完美的对称性。

5.Science:对组织驻留的抗原呈递细胞进行代谢编程
doi:10.1126/science.aaj2155; doi:10.1126/science.aao3086


在体内,抗原呈递细胞(APC)分布在淋巴器官中和病原体侵入口内,在那里,它们作为免疫系统的哨兵发挥着作用。Charles Sinclair等人证实在不同部位的APC具有不同的代谢特征,并且证实这些细胞的产生和功能不仅是由它们的转录程序也是由它们的代谢状态决定着的。他们鉴定出mTOR通过影响过敏性炎症的免疫性质而在调节这些驻留在组织中的APC的代谢适应性中发挥着一种至关重要的作用。因此,组织赋予驻留的APC不同的代谢特征,这些代谢特征控制着APC的产生和功能。

6. Science:蝙蝠回声定位也存在盲区?
doi:10.1126/science.aam7817; doi:10.1126/science.aao2989


在一项新的研究中,来自德国马克斯普朗克鸟类学研究所(Max Planck Institute for Ornithology)的Stefan Greif及其团队利用大鼠耳蝠(Myotis myotis)作为研究对象,监测了它们的飞行轨迹与飞行状态,发现蝙蝠的回声定位系统存在盲区,无法识别垂直的光滑障碍。相关研究结果发表在Science期刊上。

Greif团队首先发现蝙蝠能够利用回声定位系统,探测、分类、定位对象和环境,而在光滑垂直平面前却不能够做到这一点,这很可能是因为蝙蝠无法正确地识别它。

为了研究这种现象,Greif团队建立了一个衔接的矩形飞行隧道,在这漆黑隧道的角落不远处垂直或水平地放置了光滑的金属板,垂直板在自然环境中并不常见,而平滑的湖面则类似于水平板。随后,他们将大鼠耳蝠置于其中飞行。结果显示,21只大鼠耳蝠中,有19只与垂直板相撞,但没有大鼠耳蝠与水平板相撞。

Greif团队还发现,当垂直板位于大鼠耳蝠的前方时,它们发出的声波次数减少,靠近垂直板的角度直接,飞行速度也比避免碰撞的状态更快。当水平板在大鼠耳蝠的前方时,从粗糙平面到光滑平面的回波振幅变化和失踪的声波可能可以给大鼠耳蝠提示,警告它们存在的障碍,使其有足够的时间去处理,从而完美避开水平放置的光滑金属板。同时,三种蝙蝠的野外实验也得到了类似的结果。

7.Science:保护非法移民的妈妈会改善她们的儿童的精神健康
doi:10.1126/science.aan5893


拥有因非法移民而面临着被驱逐出境风险的父母对儿童的影响是什么?Jens Hainmueller等人开发出一种准实验方案来解决这个复杂的问题。他们选择出生日期刚在美国的儿童非法移民申请暂缓遣返(Deferred Action for Childhood Arrivals, DACA)项目的截止日期之前或之后的妈妈们作为研究对象。相比于因出生日期在这个截止日期之前而面临被驱逐出境风险的妈妈的儿童,因DACA而免受被驱逐出境的妈妈的儿童经确诊产生的适应与焦虑障碍(adjustment and anxiety disorder)减少了50%。(生物谷 Bioon.com)

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