2021年2月12日Science期刊精华

2021年2月18日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2021年2月12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重磅论文详解！新研究首次鉴定出一种有望治疗心脏瓣膜疾病的候选药物
doi:10.1126/science.abd0724

钙化性主动脉瓣疾病（calcific aortic valve disease）不仅是老年人最常见的心脏瓣膜病，也是心脏病的第三大病因。对于那些受影响的人来说，随着时间的推移，钙开始在他们的心脏瓣膜和血管中积聚，直到它们像骨头一样变硬。因此，从心脏泵室流向身体的血液会受到阻碍，从而导致心力衰竭。然而，目前还没有医学疗法。患者能做的就是等待钙化（或硬化）严重到需要手术更换心脏瓣膜的程度。

在一项新的研究中，经过15年的不懈努力，来自美国格拉斯通研究所的研究人员如今发现了一种潜在的心脏瓣膜病候选药物，这种药物在人体细胞和动物体内都能发挥作用，并准备进行临床试验。相关研究结果于2020年12月10日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Network-based screen in ipsC-derived cells reveals therapeutic candidate for heart valve disease”。

论文通讯作者、格拉斯通研究所总裁兼格拉斯通研究所罗登贝瑞干细胞中心主任Deepak Srivastava博士说，“这种疾病通常在早期阶段被诊断出来，随着年龄的增长，心脏瓣膜的钙化会在患者的一生中恶化。如果我们能在生命早期用有效的药物进行干预，我们就有可能预防疾病的发生。通过简单地减缓病情发展，并将需要干预的人的年龄提前5年或10年，我们就可能避免每年数万例手术瓣膜置换。”

2.Science: 基因突变---人类进化的起源
doi:10.1126/science.aax2537

在2021年2月11日发表在《Science》杂志上的一项研究中，Muotri的团队列出了不同的现代人类群体与大约260万到11,700年前的更新世时期的尼安德特人和丹尼索瓦人的基因组之间的差异。研究人员模仿了他们在一个基因中发现的改变，利用干细胞改造了“尼安德特人化”的大脑类器官。

这项研究的资深作者，加州大学圣地亚哥分校干细胞计划的负责人，加州大学圣福德分校的桑福德财团的成员Muotri说：“令人惊奇的是，人类DNA中的单个碱基对改变可以改变大脑的连接方式。我们不知道进化史上是如何以及何时发生的。但这似乎很重要，并且可以帮助解释我们在社会行为，语言，适应，创造力和技术使用方面的一些现代能力。”

该团队最初发现了61种在现代人类和我们已灭绝的“亲戚”之间存在差异的基因。这些改变的基因之一NOVA1引起了Muotri的注意，因为它是主要的基因调节剂，在大脑早期发育过程中会影响许多其他基因。研究人员使用CRISPR基因编辑技术来工程改造具有NOVA1中尼安德特人样突变的现代人类干细胞。然后，他们诱使干细胞形成脑细胞，最终形成尼安德特人化的脑器官。

3.Science：新研究揭示多价纳米抗体可阻断SARS-CoV-2感染并抑制突变逃逸
doi:10.1126/science.abe6230; doi:10.1126/science.abg2294

在一项新的研究中，由德国波恩大学领导的一个国际团队鉴定出并进一步开发了针对SARS-CoV-2冠状病毒的新型抗体片段。这些称为 “纳米抗体（nanobody）”的抗体片段比经典抗体更小，能更好地穿透组织，并能大量生产。这些研究人员还将这些纳米抗体组合成可能特别有效的分子，同时攻击这种病毒的不同部位。这种方法可能阻止这种病原体通过突变逃避活性制剂的攻击。相关研究结果于2021年1月12日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Structure-guided multivalent nanobodies block SARS-CoV-2 infection and suppress mutational escape”。

抗体是免疫系统抵御感染的重要武器。它们与细菌或病毒的表面结构结合，阻止细菌或病毒复制。因此，对抗疾病的策略之一就是大量生产有效的抗体，并将它们注入患者体内。即将离任的美国总统唐纳德-特朗普快速从这种病毒感染中康复过来很可能要归功于这种方法。但是，用于治疗他的抗体结构复杂，不能很深地渗透到组织中，可能会引起不必要的并发症。此外，生产抗体是困难的，也是耗费时间的。因此，它们可能不适合广泛使用。

4.Science：利用基因组流行病学准确追踪英国COVID-19传播链
doi:10.1126/science.abf2946; doi:10.1126/science.abg2297

根据研究人员对英国第一波COVID-19大流行的5万多个病毒序列的分析，SARS-CoV-2病毒在2020年初被引入英国的次数远远超过1000次。英国在2020年3月全国封锁前引入的病毒谱系往往规模更大，地理分布更分散。传染病流行是由传播链构成的，然而人们但对于共同传播谱系（co-circulating transmission lineage）在大小、空间分布和持续时间上的变化知之甚少。了解这些特征有助于针对性地进行干预，追踪对人类宿主有不同影响的SARS-CoV-2变种。

英国在2020年初的COVID-19疫情是世界上最大的疫情之一。该国的病毒基因组采样也有很好的代表性，很大程度上是因为英国COVID-19基因组学（COVID-19 Genomics UK）联盟的努力。通过这个联盟，英国每周都会公开分享大量的病毒基因数据。

在一项新的研究中，由Louis du Plessis领导的研究人员利用该联盟和其他来源的数据重建了COVID-19在疫情第一波（2019年3月至6月）期间引入英国的地点和时间。他们还使用了流行病学因素和旅行数据的信息。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Establishment and lineage dynamics of the SARS-CoV-2 epidemic in the UK”。

5.Science：重大进展！嵌合纳米颗粒可针对一系列冠状病毒产生交叉免疫反应，有望开发出通用冠状病毒疫苗
doi:10.1126/science.abf6840

引起大流行的SARS-CoV-2病毒只是冠状病毒家族中许多不同病毒中的一种。这种病毒家族中的许多成员在蝙蝠等动物种群中传播，并有可能像SARS-CoV-2一样，“跳到” 人类群体中。美国加州理工学院生物学与生物工程教授Pamela Björkman及其团队正在致力于开发针对一系列相关冠状病毒的疫苗，目的是预防未来的大流行病。

如今，在Björkman实验室的研究生Alex Cohen的带领下，这个团队设计了一种基于蛋白的60亚单位纳米颗粒，该纳米颗粒上面附着了多达8种不同类型的冠状病毒的片段。当注射到小鼠体内时，这种疫苗会诱导产生对各种不同的冠状病毒---包括没有呈现在这种纳米颗粒上的类似病毒---作出反应的抗体。相关研究结果于2021年1月12日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Mosaic nanoparticles elicit cross-reactive immune responses to zoonotic coronaviruses in mice”。

这种称为嵌合纳米颗粒（mosaic nanoparticle）的疫苗平台，最初是由英国牛津大学的合作者开发的。这种纳米颗粒的形状就像是由60个相同蛋白组成的笼子，每蛋白上都有一个小的功能类似于尼龙搭扣（Velcro）的蛋白标签。Cohen 和他的团队获取不同冠状病毒的刺突蛋白（刺突蛋白在感染中起着最大的作用）的片段，并给每个片段添加可与纳米颗粒笼子上的蛋白标签结合在一起的蛋白标签。当这些病毒片段与纳米颗粒笼子结构混合在一起时，每个病毒片段上的标签都会附着在笼子上的蛋白标签上，从而使得纳米颗粒表面上呈现出代表不同冠状病毒毒株的刺突蛋白片段。

6.Science：新研究表明COVID-19很可能最终变成一种症状轻微的流行病
doi:10.1126/science.abe6522

坏消息？COVID-19可能会持续很长一段时间。好消息？一项新的研究表明它很可能最终只是另一种轻微的疾病，这会带来不便和不适，但是但很少有人住院或死亡。相关研究结果于2021年1月12日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Immunological characteristics govern the transition of COVID-19 to endemicity”。

为什么会这样？这个理论植根于其他四种冠状病毒之前的流行病学模式。它们都已经流通了很长时间。事实上，它们变成流行病（endemic），这意味着大多数人都会受到感染，并在儿童时期产生免疫力，保护成人免受严重疾病（虽然有可能遭受再次感染）。

根据这一轨迹，一组研究人员构建模型，模拟了如果大多数人在童年时期类似地暴露在新型冠状病毒SARS-CoV-2下，未来可能会发生什么。

7.Science：细胞转录组学揭示鸣鸟发声回路的进化特性
doi:10.1126/science.abd9704; doi:10.1126/science.abf9551

鸟类表现出高级行为，包括发声学习和解决问题，但缺乏分层的新皮层，即一种与哺乳动物的复杂行为有关的结构。为了确定这些行为的相似性是由相同或不同的神经回路造成的，Bradley Colquitt等人使用单细胞RNA测序来表征鸣鸟歌唱运动通路的神经元库。谷氨酸能发声神经元与新皮层投射神经元有相当大的转录相似性；然而，它们显示的调控基因表达模式更接近于腹侧大脑皮层（ventral pallium）中的神经元。此外，虽然该通路中的γ-氨基丁酸能神经元与哺乳动物和其他鸟类中的神经元存在同源性，但是在新皮层中，最丰富的鸟类神经元基本不存在。这些数据表明，鸣鸟的发声回路和哺乳动物的新皮层具有不同的发育起源，但却含有转录上相似的神经元。

8.Science：利用锗半导体纳米球测量驱动蛋白
doi:10.1126/science.abd9944

同时测量分子机器产生的纳米级运动和力量，可以深入了解它们如何机械地工作以实现细胞功能。为了研究这些分子机器，Sudhakar等人开发了锗半导体纳米球作为所谓光学镊子的探针。通过这些高折射率的纳米球，他们提高了光学镊子的分辨率，并发现驱动蛋白（kinesin）需要4纳米的子步（substep）。此外，驱动蛋白在负载下没有脱离它们的微管轨道，而是在微管轨道上滑回，使其在运输中快速重新参与。这种新技术将允许调查一系列其他蛋白及其在纳米尺度的行为。

9.Science：新研究支持美国警察部队的多样化
doi:10.1126/science.abd8694; doi:10.1126/science.abf4518

在美国黑人被警方高调枪杀之后，了解警察和平民的种族和性别是否影响他们的互动是很重要的。Ba等人克服了以往的数据限制，发现西班牙裔和黑人警察的拦截和逮捕次数远远少于白人警察，使用武力的次数也较少，尤其是对黑人平民。这些差异在芝加哥市黑人占多数的街区最大。女警官也比男警官少使用武力。这些影响支持了增加警察部队多样性的功效。

10.Science：揭示二核苷酸的催化立体控制合成
doi:10.1126/science.abf4359

Aaron L. Featherston等人报告了二核苷酸的催化立体控制合成。据他们所知，他们首次证明了手性磷酸（chiral phosphoric acid, CPA）催化剂可以控制亚磷酸酯（phosphoramidite）转移过程中立体磷中心的形成。此外，他们还证明了前所未有的非对映体水平，使得可以获得任何一种亚磷酸酯非对映体。两种不同的CPA支架已被证明是实现立体二歧化的关键：肽包埋磷酸苏氨酸衍生的CPA，它加强和放大了固有的底物偏好；C2对称的BINOL衍生的CPA，它完全推翻了这种立体化学偏好。这种目前报道的催化方法不需要化学计量的活化剂或手性助剂，并能用现成的亚磷酰胺进行不对称催化。该方法可应用于二核苷酸非对映异构体以及环状二核苷酸的立体控制合成，这些二核苷酸和环状二核苷酸作为STING通路的激动剂，在免疫肿瘤学中具有广泛的意义。（生物谷 Bioon.com）