4月Nature杂志不得不看的重磅级亮点研究

时间总是匆匆易逝，转眼间4月份即将结束，在即将过去的4月里，Nature杂志又有哪些亮点研究值得学习呢？小编对相关文章进行了整理，与大家一起学习！

【1】Nature：封面论文！一种酶在10小时内降解200克的PET塑料，效率高达90%

doi：10.1038/s41586-020-2149-4

在一项新的研究中，来自法国多家研究机构的研究人员对一种常见的酶进行基因改造，使得它可以高效地断开将聚对苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate， PET）的构成单元（即PET单体）连接在一起的化学键。相关研究结果发表在Nature期刊上，在这篇论文中，他们介绍了他们是如何开发出这种酶的，以及这种酶在试验工厂中的效果如何。

PET是一种极其常见的塑料，用于从汽水瓶到塑料袋等产品中，它也是大量垃圾的来源。尽管消费者努力回收此类材料，但是回收商将它们降解为PET单体以便重新利用的能力相当有限。迄今为止，用于断开将PET单体连接在一起的化学键的工艺效率很低，只有30%的PET材料被循环利用。在这项新的研究中，这些研究人员对一种已知可以分解塑料的酶进行基因改造以便提高它的效率。

【2】Nature：科学家成功利用机器学习技术对肺癌患者进行早期诊断

doi：10.1038/s41586-020-2140-0

日前，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自斯坦福大学等机构的科学家们通过研究或有望利用机器学习手段来检测人类患者机体中的早期肺癌，文章中，研究人员分析并检测了这种机器学习系统，以及其寻找血液样本中的循环肿瘤DNA（ctDNA）的能力。肺癌是一种最常见的致死性癌症，与很多癌症一样，肺癌发现得越早，患者的生存机会就越大；但很不幸的是，目前研究人员仅能通过CT扫描来对肺癌进行诊断，这种检测手段不仅昂贵而且假阳性率较高，基于这一原因，研究人员一直想通过研究开发出能在早期阶段对肺癌进行诊断的血液检测手段。

新型的血液检测手段将会涉及对血液样本中的ctDNA进行筛查，随后研究者开始转向开发机器学习系统，此前研究结果表明，利用机器学习技术有望识别出早期乳腺癌和其它类型的癌症。这项研究中，研究人员训练机器学习模型，使其能够识别出与非小细胞肺癌相关的数据参数，一旦该机器模型进行了训练，其就能对既定患者的肺癌风险进行有效评估。

【3】Nature：肠道中的特殊“邻居”细胞或参与了结直肠癌的发病

doi：10.1038/s41586-020-2166-3

结直肠癌仅在美国每年就会引发超过5万人死亡，目前科学家们并不清楚诱发肠道中结直肠肿瘤生长的具体分子机制，如今研究人员在肠道中发现了一组非常隐蔽的干细胞，其被怀疑与结肠癌发病有关，但他们无法具体解释这些干细胞中的特殊遗传突变如何引发消化道肿瘤的发生。日前，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自耶鲁大学等机构的科学家们通过研究发现，这些干细胞附近一些并不讨人喜欢的邻居细胞或许隐藏着一种能引发结直肠癌发生的罪魁祸首。

肠道中紧密包装的干细胞通常被成纤维细胞所包裹，成纤维细胞能形成结缔组织，同时其也是机体中最常见的细胞类型，研究者Manolis Roulis教授表示，罕见类型的成纤维细胞中所表达的Cox-2酶类或能直接与肠道干细胞直接相互交流，当阻断结直肠癌小鼠机体中从成纤维细胞向肠道干细胞中发送的信号后，小鼠机体的肿瘤会减少50%。更有意思的是，研究者还发现，相同的交流过程会被阿司匹林和其它抗炎性药物所阻断，此前这些药物被认为在抵御结直肠癌发生上具有一定的保护作用。

【4】Nature：突破！首次观察到神经变性疾病罪魁祸首tau蛋白在神经元细胞间来回穿梭的过程！

doi：10.1038/s41586-020-2156-5

在抵御诸如额颞叶痴呆等神经变性疾病的斗争中，tau蛋白或许就是最大的罪魁祸首，tau蛋白在脑细胞中大量存在，其能维持神经元的结构和稳定性，并帮助将营养物质从细胞的一个部分运输到另一个部分。当tau蛋白发生错误折叠时所有都会发生改变，其会变得粘性且不溶，不断聚集并在神经元中形成神经原纤维缠结，破坏神经元的功能并导致细胞最后死亡，更糟糕的是，神经元细胞中只需要相对少量的错误折叠的tau蛋白就能使附近细胞编程功能失调死亡的脑细胞。

日前，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自加利福尼亚大学等机构的科学家们通过研究揭开了tau蛋白在神经元细胞之间来回穿梭的分子机制，相关研究结果不仅揭示了科学家们广泛研究的神经变性疾病中tau蛋白的传播，也为有效控制病理性tau蛋白的产生提供了新的思路和希望。

研究者Kosik表示，tau蛋白在细胞之间来回穿越的机制或提供了一种线索，来帮助我们开发新方法来有效阻断tau蛋白的扩散，tau蛋白来回穿梭过程中必不可少的一个“选手”就是名为LRP1（low density lipoprotein receptor-related protein 1）的低密度脂蛋白，其位于脑细胞膜上，主要参与多种机体生物学过程，同时还能帮助神经元摄取胆固醇等。

【5】Nature：揭秘特殊炎性小体或在机体神经发育重塑过程中扮演关键角色

doi：10.1038/s41586-020-2174-3

日前，一项刊登在国际杂志Nature上题为“AIM2 inflammasome surveillance of DNA damage shapes neurodevelopment”的研究报告中，来自弗吉尼亚大学等机构的科学家们通过研究揭示了AIM2炎性小体对DNA损伤的监督或能塑造机体的神经发育。

机体神经发育的主要特征就是神经细胞的增殖和分化，随后大量细胞会发生死亡，其中将近一半新近产生的脑细胞会被“修剪”掉；在这些神经发育事件中会产生大量的DNA损伤、细胞碎片和细胞压力副产物，所有这些物质都会潜在机体机体的免疫信号转导，目前研究人员并不清楚机体对这种附带损伤所产生的免疫反应如何影响大脑的成熟和功能发挥。

图片来源：CC0 Public Domain

【6】Nature：科学家成功绘制出单一癌基因中多个致癌突变的“功能蓝图”

doi：10.1038/s41586-020-2175-2

近日，一项刊登在国际杂志Nature上题为“Landscape and function of multiple mutations within individual oncogenes”的研究报告中，来自日本国家癌症研究所等机构的科学家们通过研究绘制出了单个癌基因发生多个突变的蓝图并解析了相关的功能。

此前有零星报道描述在相同癌基因中发生多个驱动突变（MMs，multiple driver mutations）所引发的癌症病例，然而研究人员并不清楚多个驱动突变的蓝图以及其相关性到底如何。这项研究中，研究人员对60954个癌症样本进行全癌分析，最终发现了14个全癌和6个癌症类型特异性的癌基因，在这些癌基因中，多个驱动突变的发生率要比预期的高，也就是说，这些基因中，至少携带一种基因突变的9%的样本中都含有MMs。

【7】Nature：重磅！科学家首次绘制出全球最大的人类蛋白质互作组图谱—HuRI！

doi：10.1038/s41586-020-2188-x

人体由数十亿个细胞组成，每个细胞都能通过其分子部分之间无数的相互作用而形成和维持，但哪些相互作用能维持机体健康？，哪些相互作用出错时会引发疾病？人类基因组计划为我们提供了一份细胞“部件列表”，只有当我们更好地理解了这些部分之间相互作用连接的机制，我们或许才能理解细胞到底是如何工作的，以及发生疾病时细胞到底哪些方面出了错？

近日，一篇发表在国际杂志Nature上的研究报告中，来自多伦多大学等机构的科学家们就通过研究绘制出了世界上最大的蛋白质互联/互作图谱，其或许对于揭示如何维持机体健康并阐明引发疾病的原因至关重要。研究者Marc Vidal表示，如今很多科学家需要一张基因编码蛋白的相互作用组(interactome)图谱，从上世纪90年代中期以来，我们就一直在推动这一理念，即利用互作组图谱来阐明生命的方方面面。

【8】Nature：当COVID-19症状相对较轻时，患者较高水平地脱落病毒SARS-CoV-2

doi：10.1038/s41586-020-2196-x

在一项新的研究中，来自德国联邦国防军微生物研究所、慕尼黑施瓦宾格医院、柏林大学夏丽特医学院和慕尼黑大学医院的研究人员详细分析了来自德国慕尼黑的9名患上COVID-19呼吸道疾病且症状相对较轻的成年患者。这项研究表明冠状病毒SARS-CoV-2在这些患者的上呼吸道中活跃复制，这表明患者在症状出现的第一周内可能较高水平地‘脱落’或者说排泄这种病毒，相关研究结果发表在Nature期刊上。

文章中，研究人员分析了9名诊断为COVID-19的中青年成年人的病毒脱落情况，这些患者因轻度上呼吸道症状在慕尼黑的一家医院接受治疗。他们分析了在临床治疗过程中从这些患者体内采集的喉部和肺部样本、痰液（即呼吸道粘液）、粪便、血液和尿液。这些作者发现在上呼吸道组织中SARS-CoV-2病毒复制水平较高，并且报告在症状发作的第一周内在上呼吸道中病毒脱落的水平也较高。他们都可以从这些患者体内采集的喉咙和肺部样本中分离出这种病毒的传染性形式，直到症状消失的第八天。其中的两名表现出一些早期肺炎症状的患者持续在痰液中脱落较高水平的SARS-CoV-2直到症状消失的第十天或第十一天。在症状结束后，痰液中仍可检测到这种病毒的RNA。

【9】Nature：中国科学家揭示SARS-CoV-2主要蛋白酶的结构并发现其抑制剂

doi：10.1038/s41586-020-2223-y

一种新的冠状病毒(SARS-CoV-2)被鉴定为COVID-19病毒，它是引起2020年初COVID-19全球大流行的罪魁祸首。但是目前还没有针对性的治疗方法，且有效的治疗选择仍然非常有限。为了快速发现用于临床的先导化合物，来自上海科技大学等机构的研究人员通力合作，启动了一个联合结构辅助药物设计、虚拟药物筛选和高通量筛选的项目，以识别针对COVID-19病毒主蛋白酶(Mpro)的新药先导物，相关研究成果发表在Nature杂志上。

Mpro是一种关键的SARS-CoV-2酶，在介导病毒复制和转录中起着关键作用，是该病毒具有吸引力的药物靶点。为此，研究人员通过计算机辅助药物设计鉴定了一种基于机理的抑制剂--N3，并随后确定了COVID-19病毒Mpro的晶体结构。

【10】Nature：阻断铁转运有望阻止结核病产生

doi：10.1038/s41586-020-2136-9

在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世大学医学微生物研究所的Markus Seeger领导及其同事们如今详细分析了这种将铁从受感染宿主细胞转运到结核分枝杆菌中的蛋白。这种位于细菌膜中的转运蛋白对这种病原体的生存至关重要。如果IrtAB不存在或不起作用，那么结核分枝杆菌将无法在人细胞中增殖，相关研究结果近期发表在Nature期刊上。

这些研究人员结合了低温电镜和X射线晶体学衍射技术，首次解析出转运蛋白IrtAB的高分辨率三维结构。该分析是与苏黎世大学生物化学系教授Ohad Medalia合作完成的。根据这种解析出的空间结构，IrtAB属于所谓的ABC输出蛋白（ABC exporter），通常与分子从细菌细胞中流出有关。Seeger说，“然而，我们能够证实IrtAB实际上将分枝杆菌素转运到结核分枝杆菌中。因此，它以与预期相反的方向转运分子。”（生物谷Bioon.com）

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