2020年8月28日Science期刊精华
来源：本站原创 2020-08-31 23:59
2020年8月31日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年8月28日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。1.Science：新研究揭示细胞是走迷宫高手doi:10.1126/science.aay9792在一项新的研究中，来自英国多个研究机构的研究人员发现了细胞为何能够如此准确地在人体中迁移。相关研究结果发表在20
2020年8月31日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年8月28日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。
1.Science：新研究揭示细胞是走迷宫高手
doi:10.1126/science.aay9792
在一项新的研究中，来自英国多个研究机构的研究人员发现了细胞为何能够如此准确地在人体中迁移。相关研究结果发表在2020年8月28日的Science期刊上，论文标题为“Seeing around corners: Cells solve mazes and respond at a distance using attractant breakdown”。在这篇论文中，他们描述了他们开发的一种解释细胞定向运动（cell orienteering）的理论，以及他们如何使用迷宫对它进行测试。
当身体受伤时，例如被针头戳伤，免疫系统的反应是派遣白细胞来杀死任何可能试图通过伤口进入体内的细菌。但是细胞通过什么方式找到伤口的呢？先前的研究已表明，细胞利用体内称为化学吸引剂（chemoattractant）的化学物来进行短距离导航。白细胞可以感知化学吸引剂并向它们移动---但是这仅在短距离内有效。在这项新的研究中，这些研究人员发现，细胞可以以不同的方式使用这样的化学吸引剂来导航更长和更复杂的途径。
这些研究人员推测，某些细胞通过分解接近它们的化疗吸引剂来进行导航。它们随后会感知化学吸引剂被补充的程度，最重要的是，在哪个方向进行补充。通过注意到新的化疗吸引剂的位置，它们就能向自己想要的目的地移动。举个例子，努力向伤口移动的白细胞在发现一个岔路口后，会选择分解了最多或最新的化学吸引剂的路径。
2.Science：详解先前的寨卡病毒感染可增加严重登革热病毒感染的风险
doi:10.1126/science.abb6143; doi:10.1126/science.abd5922
在一项新的研究中，来自美国和尼加拉瓜的研究人员发现感染蚊子传播的寨卡病毒会使人们以后更容易患上登革热病，而且当他们真地患上登革热病时，他们会遭受更严重的症状。相关研究结果发表在2020年8月28日的Science期刊上，论文标题为“Zika virus infection enhances future risk of severe dengue disease”。
这些研究结果证实了早先的猜测，即一些针对寨卡病毒的抗体，通常是为了保护身体免受感染，但实际上可能与登革热病毒相互作用，使得登革热病毒感染恶化。这种称为抗体依赖性增强作用（antibody-dependent enhancement）的相互作用，可能会使得人们更难设计出一种安全有效的在保护寨卡病毒的同时也不会增加登革热病毒感染风险的疫苗。
3.Science：快速识别和隔离有症状的COVID-19患者可缩短平均系列间隔
doi:10.1126/science.abc9004
在一项新的研究中，来自中国香港大学、大连民族大学、北京师范大学、英国剑桥大学、法国巴斯德研究所和美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员发现识别和分离有症状的COVID-19感染者可以缩短平均系列间隔（serial interval）。相关研究结果于2020年7月21日 在线发表在Science期刊上，论文标题为“Serial interval of SARS-CoV-2 was shortened over time by nonpharmaceutical interventions”。在这篇论文中，他们描述他们在全球大流行初期对中国患者的研究以及他们取得的发现。论文通讯作者为香港大学的 Benjamin J. Cowling博士。论文第一作者为香港大学的Sheikh Taslim Ali、Eric H. Y. Lau和剑桥大学的Lin Wang。
2019年12月，随着武汉的人们明显被一种新的病毒感染，中国的官员们在没有疫苗甚至没有药物治疗患者的情形下开始采取措施阻止这种病毒的传播。这些官员使用了他们唯一的工具：隔离和口罩令。在这项新的研究中，这些研究人员研究了系列间隔对这种疾病传播的 影响。
像COVID-19这样的传染病的系列间隔被定义为从一个感染者出现症状到另一个人被该感染者感染并开始出现症状的时间段。为了进一步了解它对疫情的影响，这些研究人员研究了武汉市人民在疫情早期阶段的平均系列间隔。他们还注意到，在这次大流行的早期阶段，人 们认为COVID-19的平均系列间隔大约为8天。这是因为SARS-CoV和MERS-CoV都是这个时间。但是随着数据的获得，人们发现COVID-19的平均系列间隔并不是一个单一的数字，而是会随着情况的变化而变化。
4.Science：揭示强效中和SARS-CoV-2的人类抗体的共同分子特征
doi:10.1126/science.abd2321
在一项新的研究中，来自美国斯克里普斯研究所的研究人员在人类中和SARS-CoV-2---一种导致COVID-19疾病的新型冠状病毒---的抗体中发现了共同的分子特征。他们回顾了他们的实验室和其他实验室在过去几个月里在康复的COVID-19患者中发现的近300种抗SARS-CoV-2 抗体。他们注意到这些抗体中的一部分可极其强效地中和这种病毒，而且这些强效抗体的一部分都是由同一个抗体基因IGHV3-53编码的。相关研究结果于2020年7月13日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Structural basis of a shared antibody response to SARS-CoV-2”。
这些研究人员使用了一种称为X射线晶体学的强大工具，对其中的两种附着在SARS-CoV-2靶位点上的抗体进行了成像。由此产生的这种相互作用的原子结构细节应当对疫苗设计者以及希望开发靶向SARS-CoV-2上相同位点的抗病毒药物的科学家们有用。
5.Science：揭示内侧前额叶皮层破解开发-探索困境的神经机制
doi:10.1126/science.abb0184; doi:10.1126/science.abd7258
在一个不确定的、不断变化的、开放性的环境中，成功的行为极其重要地依赖于决定继续执行正在进行的策略还是探索新选择的能力。神经影像学研究已表明人内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）是大脑中主要处理这种两难问题的部分。然而，不同mPFC区域的贡献在很大程度上仍然未知。Domenech等人在这个大脑区域用深度电极记录了6名癫痫患者的神经元活动。腹侧mPFC根据行动结果推断出正在进行的行动计划的可靠性。它主动地将结果标记为学习信号以更好地利用这个计划，或者作为探索新计划的潜在触发因素。背侧mPFC则评估行动结果，并产生适应性行为策略。
6.Science：构建利用木质纤维素产生短链脂肪酸的异质微生物联合体
doi:10.1126/science.abb1214
微生物将木质纤维素等异质原料转化为一种或多种所需产物，需要将分解输入原料和输出产物的途径组装在一起。Shahab等人组装了一种微生物联合体（microbial consortia），在这种微生物联合体中，这些微生物在生物反应器内占据不同的空间微环境，并具有不同的代谢能力。在他们设置的最简单版本中，一种好氧真菌善于将纤维素分解成短糖链，一种耐氧菌将这些短糖链转化为乳酸，一种厌氧菌利用乳酸合成短链脂肪酸丁酸。额外的微生物处理中间流中存在的局限性，或将乳酸转变成潜在价值更大的长链脂肪酸。将乳酸用于生物合成反应的综合生产和使用，可以理想地作为使用强大的异质微生物联合体进行生物合成的平台。
7.Science：利用合成突触组装蛋白恢复神经回路，有望治疗一系列神经疾病
doi:10.1126/science.abb4853; doi:10.1126/science.abd4762
人脑在庞大的神经元网络中包含数万亿个突触。突触重塑对于确保有效地接收和整合外界刺激以及存储和检索信息是至关重要的。在突触组装蛋白（synaptic organizer protein）的控制下，突触的建立和重塑贯穿整个生命过程。这一过程中的错误会导致神经精神疾病或神经系统疾病。Suzuki等人结合天然突触组装蛋白的结构元素，开发出了一种名为CPTX的人工版本，它具有不同的结合特性。CPTX可以作为分子桥梁，在小脑共济失调、家族性阿尔茨海默病和脊髓损伤的动物模型中重新连接神经元，恢复兴奋性突触功能。这些发现说明了结构引导的方法如何帮助修复神经回路。
8.Science：不同的酶活性介导原核生物的抗病毒免疫反应
doi:10.1126/science.aba0372
原核生物和病毒之间的军备竞赛提供了强大的进化力量，从而产生各种酶活性以介导抗病毒免疫反应。这些免疫组分经常在宿主基因组中聚集在一起，导致防御系统扩大。利用防御系统进化模块化的优势，Gao等人通过生物信息学预测了大多数现有细菌和古生菌基因组中的防御基因。此外，他们还在大肠杆菌中重组了这些新发现的防御系统，并验证了它们对特定噬菌体的防御功能。特别是，他们对几种预测的核苷三磷酸酶的防御功能进行了描述。
9.Science：解析出具有催化活性的同源三聚体植物纤维素合酶复合物的结构
doi:10.1126/science.abb2978
植物产生复杂的细胞壁，其中纤维素（一种葡萄糖聚合物）是细胞壁的主要成分。纤维素纤维是由纤维素单链紧密堆积而形成的，有人提出纤维素纤维素合酶的多聚体复合物（18个或更多亚基）形成纤维素纤维，纤维素纤维素合酶存在多种异构型。Purushotham等人测定了一种纤维素合酶异构型形成三聚体时的低温电镜结构。它的一个大通道形成了纤维素链通过这个膜嵌入复合物的路径。该结构还揭示了低聚物界面，并为针对植物膜中的大型复合物进行建模提供了一个框架。新生聚糖链的出口位点排列紧密，这与该酶复合物在引导纤维素微纤维形成中的作用是一致的。
10.Science：一种固氮酶类似的酶催化蛋氨酸、乙烯和甲烷产生
doi:10.1126/science.abb6310
土壤细菌有一系列的代谢途径，有助于获取和循环利用营养物和碳。奇怪的是，其中的一些土壤细菌在厌氧条件下缺硫时，会放出乙烯气体。North等人将乙烯的来源追溯到细胞中某些反应产生的一种含硫的小有机分子。在硫限制条件下培养细胞能够他们能够通过这一途径识别出参与硫拯救和伴随的乙烯产生的酶。当提供适当的底物时，也会观察到甲烷和乙烷作为产物产生。所涉及的关键基因与在细菌和古生菌中发现的固氮酶和其他几种还原酶有远亲关系。这种类似固氮酶的基因参与硫代谢，突出了这一个酶家族中未被探索的多样性的潜力，并提出了许多机制上和进化上的可以进行探索的问题。
11.Science：在单细胞分辨率下揭示蚊子细胞免疫
doi:10.1126/science.abc0322
血细胞是昆虫的关键免疫细胞，在病媒物种如何传播疾病方面发挥着重要作用。Raddi等人从携带疾病的蚊子冈比亚按蚊和埃及伊蚊中收集了8000多个血细胞的RNA并进行了测序。然后对这些数据进行分析，以确定血细胞分化谱系以及对非感染和疟原虫感染的血液作出的群体变化。从这些数据中，这些研究人员确定了一种新的称为megacyte的血细胞类型，它可由特定标志物基因的转录确定。基因沉默实验提示着megacyte在免疫激活期间的血细胞分化中发挥作用，因此可能参与蚊子的免疫反应。
12.Science：利用从头折叠的计算设计扩展蛋白几何空间
doi:10.1126/science.abc0881
蛋白设计通常会先选择蛋白拓扑结构，然后确定能提供最稳定结构的几何结构（二级结构长度和方向）。这种方法面临的挑战是，天然蛋白中的功能位点经常采用非理想的几何结构。Pan等人通过探索给定拓扑结构可以呈现的几何形状的多样性来解决这个问题。他们开发了一种名为LUCS的计算方法，该方法可以系统地采样环-螺旋-环元素的几何变化，并将它应用于两种不同的拓扑结构。这种方法产生了折叠良好的蛋白家族，其中包括具有非天然几何结构的结构。调整蛋白几何结构的能力可能使新功能的定制设计成为可能。（生物谷 Bioon.com）
图片来自Science期刊。
1.Science：新研究揭示细胞是走迷宫高手
doi:10.1126/science.aay9792
在一项新的研究中，来自英国多个研究机构的研究人员发现了细胞为何能够如此准确地在人体中迁移。相关研究结果发表在2020年8月28日的Science期刊上，论文标题为“Seeing around corners: Cells solve mazes and respond at a distance using attractant breakdown”。在这篇论文中，他们描述了他们开发的一种解释细胞定向运动（cell orienteering）的理论，以及他们如何使用迷宫对它进行测试。
当身体受伤时，例如被针头戳伤，免疫系统的反应是派遣白细胞来杀死任何可能试图通过伤口进入体内的细菌。但是细胞通过什么方式找到伤口的呢？先前的研究已表明，细胞利用体内称为化学吸引剂（chemoattractant）的化学物来进行短距离导航。白细胞可以感知化学吸引剂并向它们移动---但是这仅在短距离内有效。在这项新的研究中，这些研究人员发现，细胞可以以不同的方式使用这样的化学吸引剂来导航更长和更复杂的途径。
这些研究人员推测，某些细胞通过分解接近它们的化疗吸引剂来进行导航。它们随后会感知化学吸引剂被补充的程度，最重要的是，在哪个方向进行补充。通过注意到新的化疗吸引剂的位置，它们就能向自己想要的目的地移动。举个例子，努力向伤口移动的白细胞在发现一个岔路口后，会选择分解了最多或最新的化学吸引剂的路径。
2.Science：详解先前的寨卡病毒感染可增加严重登革热病毒感染的风险
doi:10.1126/science.abb6143; doi:10.1126/science.abd5922
在一项新的研究中，来自美国和尼加拉瓜的研究人员发现感染蚊子传播的寨卡病毒会使人们以后更容易患上登革热病，而且当他们真地患上登革热病时，他们会遭受更严重的症状。相关研究结果发表在2020年8月28日的Science期刊上，论文标题为“Zika virus infection enhances future risk of severe dengue disease”。
这些研究结果证实了早先的猜测，即一些针对寨卡病毒的抗体，通常是为了保护身体免受感染，但实际上可能与登革热病毒相互作用，使得登革热病毒感染恶化。这种称为抗体依赖性增强作用（antibody-dependent enhancement）的相互作用，可能会使得人们更难设计出一种安全有效的在保护寨卡病毒的同时也不会增加登革热病毒感染风险的疫苗。
3.Science：快速识别和隔离有症状的COVID-19患者可缩短平均系列间隔
doi:10.1126/science.abc9004
在一项新的研究中，来自中国香港大学、大连民族大学、北京师范大学、英国剑桥大学、法国巴斯德研究所和美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员发现识别和分离有症状的COVID-19感染者可以缩短平均系列间隔（serial interval）。相关研究结果于2020年7月21日 在线发表在Science期刊上，论文标题为“Serial interval of SARS-CoV-2 was shortened over time by nonpharmaceutical interventions”。在这篇论文中，他们描述他们在全球大流行初期对中国患者的研究以及他们取得的发现。论文通讯作者为香港大学的 Benjamin J. Cowling博士。论文第一作者为香港大学的Sheikh Taslim Ali、Eric H. Y. Lau和剑桥大学的Lin Wang。
2019年12月，随着武汉的人们明显被一种新的病毒感染，中国的官员们在没有疫苗甚至没有药物治疗患者的情形下开始采取措施阻止这种病毒的传播。这些官员使用了他们唯一的工具：隔离和口罩令。在这项新的研究中，这些研究人员研究了系列间隔对这种疾病传播的 影响。
像COVID-19这样的传染病的系列间隔被定义为从一个感染者出现症状到另一个人被该感染者感染并开始出现症状的时间段。为了进一步了解它对疫情的影响，这些研究人员研究了武汉市人民在疫情早期阶段的平均系列间隔。他们还注意到，在这次大流行的早期阶段，人 们认为COVID-19的平均系列间隔大约为8天。这是因为SARS-CoV和MERS-CoV都是这个时间。但是随着数据的获得，人们发现COVID-19的平均系列间隔并不是一个单一的数字，而是会随着情况的变化而变化。
4.Science：揭示强效中和SARS-CoV-2的人类抗体的共同分子特征
doi:10.1126/science.abd2321
在一项新的研究中，来自美国斯克里普斯研究所的研究人员在人类中和SARS-CoV-2---一种导致COVID-19疾病的新型冠状病毒---的抗体中发现了共同的分子特征。他们回顾了他们的实验室和其他实验室在过去几个月里在康复的COVID-19患者中发现的近300种抗SARS-CoV-2 抗体。他们注意到这些抗体中的一部分可极其强效地中和这种病毒，而且这些强效抗体的一部分都是由同一个抗体基因IGHV3-53编码的。相关研究结果于2020年7月13日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Structural basis of a shared antibody response to SARS-CoV-2”。
这些研究人员使用了一种称为X射线晶体学的强大工具，对其中的两种附着在SARS-CoV-2靶位点上的抗体进行了成像。由此产生的这种相互作用的原子结构细节应当对疫苗设计者以及希望开发靶向SARS-CoV-2上相同位点的抗病毒药物的科学家们有用。
5.Science：揭示内侧前额叶皮层破解开发-探索困境的神经机制
doi:10.1126/science.abb0184; doi:10.1126/science.abd7258
在一个不确定的、不断变化的、开放性的环境中，成功的行为极其重要地依赖于决定继续执行正在进行的策略还是探索新选择的能力。神经影像学研究已表明人内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）是大脑中主要处理这种两难问题的部分。然而，不同mPFC区域的贡献在很大程度上仍然未知。Domenech等人在这个大脑区域用深度电极记录了6名癫痫患者的神经元活动。腹侧mPFC根据行动结果推断出正在进行的行动计划的可靠性。它主动地将结果标记为学习信号以更好地利用这个计划，或者作为探索新计划的潜在触发因素。背侧mPFC则评估行动结果，并产生适应性行为策略。
6.Science：构建利用木质纤维素产生短链脂肪酸的异质微生物联合体
doi:10.1126/science.abb1214
微生物将木质纤维素等异质原料转化为一种或多种所需产物，需要将分解输入原料和输出产物的途径组装在一起。Shahab等人组装了一种微生物联合体（microbial consortia），在这种微生物联合体中，这些微生物在生物反应器内占据不同的空间微环境，并具有不同的代谢能力。在他们设置的最简单版本中，一种好氧真菌善于将纤维素分解成短糖链，一种耐氧菌将这些短糖链转化为乳酸，一种厌氧菌利用乳酸合成短链脂肪酸丁酸。额外的微生物处理中间流中存在的局限性，或将乳酸转变成潜在价值更大的长链脂肪酸。将乳酸用于生物合成反应的综合生产和使用，可以理想地作为使用强大的异质微生物联合体进行生物合成的平台。
7.Science：利用合成突触组装蛋白恢复神经回路，有望治疗一系列神经疾病
doi:10.1126/science.abb4853; doi:10.1126/science.abd4762
人脑在庞大的神经元网络中包含数万亿个突触。突触重塑对于确保有效地接收和整合外界刺激以及存储和检索信息是至关重要的。在突触组装蛋白（synaptic organizer protein）的控制下，突触的建立和重塑贯穿整个生命过程。这一过程中的错误会导致神经精神疾病或神经系统疾病。Suzuki等人结合天然突触组装蛋白的结构元素，开发出了一种名为CPTX的人工版本，它具有不同的结合特性。CPTX可以作为分子桥梁，在小脑共济失调、家族性阿尔茨海默病和脊髓损伤的动物模型中重新连接神经元，恢复兴奋性突触功能。这些发现说明了结构引导的方法如何帮助修复神经回路。
8.Science：不同的酶活性介导原核生物的抗病毒免疫反应
doi:10.1126/science.aba0372
原核生物和病毒之间的军备竞赛提供了强大的进化力量，从而产生各种酶活性以介导抗病毒免疫反应。这些免疫组分经常在宿主基因组中聚集在一起，导致防御系统扩大。利用防御系统进化模块化的优势，Gao等人通过生物信息学预测了大多数现有细菌和古生菌基因组中的防御基因。此外，他们还在大肠杆菌中重组了这些新发现的防御系统，并验证了它们对特定噬菌体的防御功能。特别是，他们对几种预测的核苷三磷酸酶的防御功能进行了描述。
9.Science：解析出具有催化活性的同源三聚体植物纤维素合酶复合物的结构
doi:10.1126/science.abb2978
植物产生复杂的细胞壁，其中纤维素（一种葡萄糖聚合物）是细胞壁的主要成分。纤维素纤维是由纤维素单链紧密堆积而形成的，有人提出纤维素纤维素合酶的多聚体复合物（18个或更多亚基）形成纤维素纤维，纤维素纤维素合酶存在多种异构型。Purushotham等人测定了一种纤维素合酶异构型形成三聚体时的低温电镜结构。它的一个大通道形成了纤维素链通过这个膜嵌入复合物的路径。该结构还揭示了低聚物界面，并为针对植物膜中的大型复合物进行建模提供了一个框架。新生聚糖链的出口位点排列紧密，这与该酶复合物在引导纤维素微纤维形成中的作用是一致的。
10.Science：一种固氮酶类似的酶催化蛋氨酸、乙烯和甲烷产生
doi:10.1126/science.abb6310
土壤细菌有一系列的代谢途径，有助于获取和循环利用营养物和碳。奇怪的是，其中的一些土壤细菌在厌氧条件下缺硫时，会放出乙烯气体。North等人将乙烯的来源追溯到细胞中某些反应产生的一种含硫的小有机分子。在硫限制条件下培养细胞能够他们能够通过这一途径识别出参与硫拯救和伴随的乙烯产生的酶。当提供适当的底物时，也会观察到甲烷和乙烷作为产物产生。所涉及的关键基因与在细菌和古生菌中发现的固氮酶和其他几种还原酶有远亲关系。这种类似固氮酶的基因参与硫代谢，突出了这一个酶家族中未被探索的多样性的潜力，并提出了许多机制上和进化上的可以进行探索的问题。
11.Science：在单细胞分辨率下揭示蚊子细胞免疫
doi:10.1126/science.abc0322
血细胞是昆虫的关键免疫细胞，在病媒物种如何传播疾病方面发挥着重要作用。Raddi等人从携带疾病的蚊子冈比亚按蚊和埃及伊蚊中收集了8000多个血细胞的RNA并进行了测序。然后对这些数据进行分析，以确定血细胞分化谱系以及对非感染和疟原虫感染的血液作出的群体变化。从这些数据中，这些研究人员确定了一种新的称为megacyte的血细胞类型，它可由特定标志物基因的转录确定。基因沉默实验提示着megacyte在免疫激活期间的血细胞分化中发挥作用，因此可能参与蚊子的免疫反应。
12.Science：利用从头折叠的计算设计扩展蛋白几何空间
doi:10.1126/science.abc0881
蛋白设计通常会先选择蛋白拓扑结构，然后确定能提供最稳定结构的几何结构（二级结构长度和方向）。这种方法面临的挑战是，天然蛋白中的功能位点经常采用非理想的几何结构。Pan等人通过探索给定拓扑结构可以呈现的几何形状的多样性来解决这个问题。他们开发了一种名为LUCS的计算方法，该方法可以系统地采样环-螺旋-环元素的几何变化，并将它应用于两种不同的拓扑结构。这种方法产生了折叠良好的蛋白家族，其中包括具有非天然几何结构的结构。调整蛋白几何结构的能力可能使新功能的定制设计成为可能。（生物谷 Bioon.com）
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