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2019年5月31日Science期刊精华

来源:本站原创 2019-06-10 23:58

2019年6月10日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2019年5月31日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。
图片来自Science期刊。

1.Science:新研究表明转基因真菌可快速地杀死携带疟原虫的蚊子,减少幅度为99%以上
doi:10.1126/science.aaw8737


根据世界卫生组织(WHO)的统计,疟疾影响着全世界数亿人,每年造成40多万人死亡。几十年的杀虫剂使用未能控制携带疟原虫(即导致疟疾的寄生虫)的蚊子,并导致许多蚊子品系产生杀虫剂抗药性。作为回应,科学家们开始对蚊子和其他有助于根除蚊子的有机体进 行基因改造。到目前为止,这些转基因方法都没有在实验室测试之外取得成功。

在一项新的研究中,来自美国和布基纳法索的研究人员描述了首次在实验室外进行抗击疟疾的转基因方法的试验。这项研究表明在布基纳法索的一个屏布封闭的模拟村庄的环境中,一种天然存在的真菌在经过基因改造将一种毒素递送到蚊子中后可以将蚊子群体安全地减 少99%以上。相关研究结果发表在2019年5月31日的Science期刊上,论文标题为“Transgenic Metarhizium rapidly kills mosquitoes in a malaria-endemic region of Burkina Faso”。

这类称为绿僵菌(Metarhizium)的真菌是一种天然存在的病原体,它感染野外的昆虫并慢慢杀死它们。几个世纪以来,它已被用于控制各种害虫。在这项新的研究中,这些研究人员使用了这种真菌中的一种特异性地感染蚊子的菌株,并对它进行基因改造,从而让它产生 一种更快地杀死蚊子的毒素。这种转基因真菌让他们的试验场所中的蚊子种群数量在两代内减少至不可持续的水平。这种毒素是一种名为Hybrid的杀虫剂。它来源于澳大利亚蓝山漏斗网蜘蛛的毒液,并已获得美国环境保护署(EPA)的批准,可直接施加于作物上来控制农 业害虫。

接下来,这些研究人员希望在当地村庄或社区测试他们的转基因真菌。在将这种新方法应用于一个开放的环境(比如村庄)之前,需要满足许多监管和社会基准,但是他们表示,这项研究有助于为此类试验提供依据。

2.Science:揭示多种非洲啮齿动物对疼痛不敏感的分子秘密,有望开发出副作用较小的止痛策略
doi:10.1126/science.aau0236


任何有烦人室友故事的人都知道困难的生活状况会在很多方面改变你。如今,想象一下,不仅仅是吃掉你冰箱里的所有食物,这个讨厌的室友实际上可能会导致你发生遗传变化,让“未来的你”更能容忍其行为。这听起来好得令人难以置信吗?嗯,在一项新的研究中, 来自德国、南非、坦赞尼亚和美国的研究人员发现这正是一些非洲啮齿动物的情况,它们生活在以酸性空气、刺人的昆虫和刺激性食物来源为特征的恶劣环境中。相关研究结果发表在2019年5月31日的Science期刊上,论文标题为“Rapid molecular evolution of pain insensitivity in multiple African rodents”。论文通讯作者为马克斯-德尔布鲁克分子医学中心感官系统生理学家Gary Lewin博士。

作为美国康涅狄格大学护理学院的一名行为遗传学家,Erin Young博士(未参与这项新的研究)研究基因和环境如何相互作用以确定发生慢性疼痛的风险。她的目标是利用这些知识开发新疗法,以便更好地治疗疼痛而无需使用阿片类药物。阿片类药物是治疗疼痛,特别 是急性疼痛的有力工具,但它们并不能精确地靶向特定的疼痛机制或信号。相反,阿片类药物主要用于降低细胞传递疼痛信息的能力,而不会实际关闭这种信息本身。

Young对这项针对裸鼹鼠的研究感到震惊,这是因为这些有机体已对非常特定的痛苦刺激物不敏感。这是由于基因活性和蛋白结构的细微差异,而不是由于基因的缺失或突变。

人们越来越广泛地接受这些基因活性差异可能解释了人类疼痛敏感性和患上慢性疼痛的风险存在个体差异。更为重要的是,如果研究疼痛的科学家们了解这些啮齿动物中的这些过程并将这项研究的结果应用于人类,那么它自然可能会产生安全的有效缓解疼痛的创新方法 。

3.Science:关键蛋白保护机体免受高剂量放疗带来的损伤
doi:10.1126/science.aaq1165


放射疗法是破坏癌细胞和缩小肿瘤体积的最有效方法之一。近几十年来,肠胃肿瘤患者在接受这种治疗之后存活率显著提升。然而,强化放射治疗不仅损害肿瘤细胞,还损害健康的肠细胞,导致60%的治疗患者产生毒性。尽管在放疗结束后观察到毒性逆转,但10%的治 疗患者出现胃肠综合征,这是一种以肠细胞死亡为特征的疾病,导致整个肠道破坏和患者死亡。然而,放射疗法的主要缺点是会造成健康肠道细胞的损伤,从而导致癌症治疗的中断和失败,可能导致肿瘤快速复发。现在,西班牙国家癌症研究中心(CNIO)的科学家在 《Science》杂志上发表的一项发现可能有助于保护健康的肠道细胞免受辐射损伤。

该小组的工作重点是一种功能尚未完全理解的蛋白质“URI”。先前的研究发现,某些器官中该蛋白的异常表达水平可导致癌症的发生。最近这项研究表明,高水平的URI蛋白可以保护小鼠免受辐射诱导的肠道损伤,而蛋白质水平过低可以导致胃肠道综合征和死亡。

作者等人开发了第一个遗传小鼠模型来研究这种蛋白质在哺乳动物中的功能。他的团队观察到,在体外细胞培养过程中,高URI水平可保护肠道细胞免受DNA损伤。而体内的效果仍然未知。作者一共开发了三种遗传小鼠模型。其中一个作为对照模型,用于确定URI在肠道中 的确切位置;另一种小鼠模型中肠中表达高水平的URI蛋白质,第三种小鼠模型中,基因被敲除以降低肠上皮中的URI水平。

对照小鼠显示URI在位于肠隐窝中的特定休眠干细胞群中表达(称为Lieberkühn的隐窝)。 URI保护这些细胞免受高剂量辐射诱导的毒性。在接受高剂量辐射后,100%设计用于在肠道中表达高水平URI的小鼠在胃肠综合征中存活,而在正常条件下,高达70%的小鼠死亡。 相反,所有URI敲除小鼠都死于胃肠道综合征。

4.Science:三个基因的联合突变会导致致命性心脏病发生
doi:10.1126/science.aat5056


人类基因组项目允许科学家识别由单个基因的严重突变引起的一些罕见疾病病例,但科学家们认为,更常见的疾病形式可能是多种微妙的基因突变相结合的结果。然而,直到现在,这种人类疾病概念的实验证据仍然难以捉摸。在5月31日发表在《Science》杂志上的一篇 论文中,科学家证明,在一个家庭中遗传的三个微妙遗传变异,导致多个兄弟姐妹在很小的时候患心脏病。

“鉴于儿童疾病的严重程度以及其中一位父母患有无症状的这一事实,我们怀疑儿童的病情是由母亲和父亲的基因组合引起的,”作者说道。

为了验证这一理论,研究人员对该家族的基因组进行了测序,发现父亲在两个基因MKL2和MYH7中发生了突变,使他处于患心脏病的风险中。在我们的基因组中通常有两个拷贝的每个基因,在这种情况下,只有一个拷贝的MKL2和MYH7被突变,导致数百个氨基酸中只有一个 发生变化。这三个孩子不仅从父亲那里继承了这两种突变,而且还从母亲那里继承了第三个突变——NKX2-5基因的突变。这种突变也只影响了一种氨基酸,并且在没有心脏病的一般人群中有报道。但是孩子们还共享了许多其他共同的遗传变异,所以是否只改变这三个基 因的一个拷贝足以引起疾病的发生仍然是一个悬而未决的问题。

使用CRISPR基因组编辑,作者在小鼠的每个基因的一个拷贝上创建了完全相同的突变。只携带父亲的两个变种或母亲变种的一个副本的小鼠没有表现出任何心脏病的迹象。值得注意的是,具有所有三种变体的小鼠显示出模仿儿童中观察到的心脏缺陷。与人类疾病类似, 不仅损害了心脏的结构和功能,而且还改变了心脏和冠状动脉血管发育所必需的数百种其他基因的表达。

5.Science:大脑岛状皮质区域负责疼痛感知与疼痛学习过程
doi:10.1126/science.aaw0474


急性疼痛,例如用尖锐的物体撞击你的腿,会产生一种突然的,令人不快的感觉。通过这种方式,我们从痛苦的经历中学习,以避免未来的有害情况。这被称为“威胁学习”,帮助动物和人类生存。但是大脑的哪一部分参与了这种学习过程了呢?

我们已经知道一段时间叫做杏仁核的脑区对于“威胁学习”非常重要。但是现在,来自EPFL的Ralf Schneggenburger实验室的科学家发现,实际上由岛状皮层发出了这样的“警告”。众所周知,岛状皮质在大脑外侧沟内深处折叠,可以对我们自己身体的感觉进行编码。 此外,岛叶皮质中的神经元与杏仁核中的神经元相连,但此脑连接的功能以前很少被研究过。

以小鼠为研究对象,研究人员使用光激活离子通道,这些通道被遗传工程改造成小鼠大脑中的特定神经元。这允许他们通过在威胁学习行为期间发出短暂的激光脉冲来关闭岛状皮质中的神经元的电活动。通过在痛苦事件中关闭岛状皮层,科学家们发现老鼠基本上无法抵 抗对脚的轻微电击。此外,小鼠从痛苦事件中学习的能力大大降低。

该研究表明,除了告知我们的大脑有关身体状态之外,岛状皮层还可以向其他涉及形成不愉快事件记忆的大脑区域发出强烈的警告信号。我们的研究表明,岛状皮质的沉默会消除通常与疼痛事件相关的不愉快感,因此我们的研究表明,岛状皮质中的神经元会引起疼痛的 主观感受,并诱导其他大脑区域疼痛的学习。

6.Science:人工智能代理需要团队协作
doi:10.1126/science.aau6249


人工智能代理(artificially intelligent agents)在双人游戏中变得越来越好,但大多数现实世界的努力需要团队合作。Jaderberg等人设计了一个计算机程序,它擅长于在电子游戏《雷神之锤3》的夺旗模式下玩游戏。在夺旗模式下,两支多人游戏队伍争夺对方队伍的旗帜。这些人工智能代理通过玩数以千计的游戏接受训练,逐渐学习成功的策略,这些策略与人类所喜欢的策略并没什么不同。人工智能代理成功地与人类竞争,即便它们的反应时间要慢于人类。

7.Science:我国科学家揭示富含胱氨酸的多肽促进植物的种间遗传隔离
doi:10.1126/science.aau9564


携带植物精子的花粉管,需要从它们落在花中的地方生长到胚珠所在的地方。我国科学家Sheng Zhong等人如今展示了来自相关植物物种的花粉是如何首先到达胚珠的。调整一组快速进化的肽信号可加快同种花粉管的生长。一组相关的进化上古老的肽经调整后吸引所有花粉管。因此,受精更有可能通过同种花粉管发生,但是一种故障保险系统甚至促进生长缓慢者到达它们需要去的地方。

8.Science:受保护的土地和水域前途未卜
doi:10.1126/science.aau5525; doi:10.1126/science.aax6392


创建受保护的自然区的目的是长期保护它们免受破坏性的人类活动。然而,政府并不总是遵循这些意图,并且通常在法律上取消保护并减少保护区的范围。Golden Kroner等人观察了过去200年的美国和亚马逊地区,并发现了700多个这样的变化,其中三分之二发生在2000年以来。 其中的大部分是允许破坏性做法,比如资源开采。因此,这些变化不仅会改变现状,还会导致无法弥补的环境危害。

9.Science:一个关键的代谢基因让鱼类适应淡水环境
doi:10.1126/science.aau5656; doi:10.1126/science.aax7936


众所周知,物种通过适应新环境而辐射到新的生态位。但是为什么有些物种会以这种方式辐射,而其他相关的物种却没有。Ishikawa等人通过研究棘鱼,确定了一些原本是海洋的棘鱼谱系能够在后冰川期的淡水环境中生活的原因。他们发现一个参与脂肪酸去饱和作用的基因在淡水棘鱼谱系中发生重复。对这个基因的转基因操作可让海洋棘鱼谱系合成脂肪酸,从而在缺乏脂肪酸的淡水饮食中存活下来。(生物谷 Bioon.com)

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