2020年5月15日Science期刊精华
来源：本站原创 2020-05-23 08:10
2020年5月23日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年5月15日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。1.Science：开发出利用人工蛋白设计疫苗策略doi:10.1126/science.aay5051在一项新的研究中，瑞士洛桑联邦理工学院蛋白设计与免疫工程实验室的Bruno Correia教授及其团队如今开
2020年5月23日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年5月15日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。
1.Science：开发出利用人工蛋白设计疫苗策略
doi:10.1126/science.aay5051
在一项新的研究中，瑞士洛桑联邦理工学院蛋白设计与免疫工程实验室的Bruno Correia教授及其团队如今开发出一种设计人工蛋白的策略，所设计出的人工干白可以非常精确地指导身体的免疫系统产生哪些抗体。相关研究结果在2020年5月15日的Science期刊上，论文标 题为“De novo protein design enables the precise induction of RSV-neutralizing antibodies”。
Correia团队用计算方法设构建出人工蛋白。论文共同第一作者Che Yang说，“它们在自然界中是不存在的。” 论文共同第一作者Fabian Sesterhenn说，“我们开发出一种名为TopoBuilder的蛋白设计算法。它可以让你几乎像把乐高积木拼接在一起那样构建蛋白。组装 具有新功能的人工蛋白绝对是非常迷人的。”
Correia团队专注于从头设计能够产生呼吸道合胞病毒（RSV）疫苗的蛋白。RSV会导致严重的肺部感染，是导致婴儿和老年人住院的主要原因之一。Correia说，“尽管经过数十年的研究，直到今天，仍然没有针对呼吸道合胞病毒的疫苗或治愈方法。”
这些人工蛋白是在实验室中构建的，然后在动物模型中测试，并触发免疫系统产生针对RSV弱点的特异性抗体。Correia说，“我们的发现是令人鼓舞的，这是因为它们表明，有朝一日我们将能够促使免疫系统产生这些特定的抗体，从而更有效地设计出针对特定病毒的疫 苗。要使我们开发的疫苗更有效，我们还有很多的研究工作要做---这项研究是朝着这个方向迈出的第一步。”
2.两篇Science论文揭示疟原虫也有自己的内部时钟，用于协调对宿主细胞的破坏
doi:10.1126/science.aba2658; doi:10.1126/science.aba4357
疟疾感染期间，无数疟原虫同时破坏它们所栖息的红细胞。这种破坏会在感染者体内每隔24小时、48小时或72小时就会引起一波发烧和发冷，这取决于哪种疟原虫虫株引起的感染。多年来，科学家们一直假设宿主的生物节律负责对疟原虫活动的协调和计时。不过，在两 项新的研究中，研究人员发现疟原虫有它们自己的内部时钟（或者说固有时钟），从而既能对宿主做出反应，又能自行振荡。
在第一项研究中，Rijo-Ferreira及其同事们用夏氏疟原虫（Plasmodium chabaudi）感染小鼠，其中夏氏疟原虫感染导致小鼠患上疟疾。他们发现无论是让小鼠长期处于黑暗中，还是改变它们的进食节律，都不会扰乱夏氏疟原虫强大的细胞周期和基因表达节律。当 Rijo-Ferreira团队让夏氏疟原虫感染经过基因改造后具有26小时而不是24小时昼夜节律的小鼠时，这种疟原虫将它们的无性生活周期延长到26小时，而不是典型的24小时，这表明它们是灵活的，对宿主的振荡有反应。
在这一点上，Rijo-Ferreira团队预测，如果这种疟原虫没有内在时钟，它们会在没有明确节律的宿主中很快就变得不同步。但当他们用夏氏疟原虫感染经过基因改造后缺乏昼夜节律的小鼠时，这种疟原虫在5到7天内保持了24小时的细胞周期和基因表达节律，这表明它们 确实有一种内部时钟。鉴于这种疟原虫的内部时钟最终失去了同步性，他们得出结论，它的内部时钟节律依赖于宿主的协调。
在第二项研究中，美国杜克大学生物学家Steven Haase领导的一个研究团队发现当在人血中培养时，四种导致人类患上疟疾的疟原虫虫株在基因表达和细胞周期活动方面也表现出内在振荡。虽然在体外培养的疟原虫比小鼠体内的疟原虫更快地失去同步性，但是在两天的 时间窗口里，它们可以保持自己的节律，这与其他已经被证明拥有昼夜节律的培养系统是相类似的。
3.全文编译！我国科学家发表Science论文，揭示SARS-CoV-2病毒RNA依赖性RNA聚合酶的三维结构，助力开发新的疫苗和药物
doi:10.1126/science.abb7498
由新型冠状病毒SARS-CoV-2（之前称为2019-nCoV）引起的2019年冠状病毒病（COVID-19）于2019年12月出现，此后成为全球大流行病。据报道，SARS-CoV-2是β冠状病毒（betacoronavirus）属的一个新成员，与严重急性呼吸综合征（SARS）冠状病毒（SARS-CoV）和几 种蝙蝠冠状病毒密切相关。与SARS-CoV和中东呼吸综合征（MERS）冠状病毒（MERS-CoV）相比，SARS-CoV-2表现出更快的人际传播，从而导致世界卫生组织（WHO）宣布为世界性的公共卫生紧急事件。
冠状病毒使用一种多亚基复制/转录复合物。作为病毒多聚蛋白（polyprotein）ORF1a和ORF1ab的裂解产物而产生的一组非结构蛋白（nsp）组装在一起以促进病毒复制和转录。其中的一个关键组分---RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp, 也称为nsp12）---催化病毒RNA合成，因 而在SARS-CoV-2的复制和转录周期中起着至关重要的作用，它在这个过程中可能需要作为辅因子的nsp7和nsp8的协助。因此，nsp12被认为是瑞德西韦（remdesivir, 也称为GS-5734）等核苷酸类似物抗病毒抑制剂的主要靶点，其中瑞德西韦已显示出治疗SARS-CoV-2感染 的潜力。
为了指导药物设计，在一项新的研究中，来自中国清华大学、上海科技大学、南开大学、天津大学和中国科学院生物物理研究所的研究人员使用了两种不同的方案：一种不存在DTT（数据集1），另一种存在DTT（数据集2），并利用低温电镜（cryo-EM）技术解析出nsp12 与它的辅因子nsp7和nsp8形成复合物时的三维结构。相关研究结果于2020年4月10日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Structure of the RNA-dependent RNA polymerase from COVID-19 virus”。
细菌表达的全长SARS-CoV-2 nsp12（残基S1-Q932）与nsp7（残基S1-Q83）和nsp8（残基A1-Q198）孵育在一起，然后纯化出所形成的复合物。在这种复合物的存在下制备出低温电镜网格，初步筛选后发现这种网格具有良好的分散性和极佳的颗粒密度。在收集和处理7994 个显微影片后，这些研究人员在2.9埃的分辨率下实现对nsp12单体分别与nsp12-nsp8二聚体和 nsp8单体形成的复合物的三维重建，正如之前在SARS-CoV中观察到的那样。除了nsp12-nsp7-nsp8复合物，他们还观察到了对应于nsp12-nsp8二聚体以及单个nsp12单体的单颗粒 类型，但这些都没有给出原子分辨率下的三维重建。然而，nsp12-nsp7-nsp8复合物的三维重建提供了完整的结构分析信息。
4.Science：新研究解释了中国采取的社会隔离等措施导致COVID-19病例数量在指数增长后快速下降
doi:10.1126/science.abb4557
在中国，经检测为COVID-19阳性的病例数最初呈指数增长，但随后下降。在一项新的研究中，德国罗伯特-科赫研究所项目组负责人、德国柏林洪堡大学教授Dirk Brockmann博士和他的博士后研究员Benjamin F. Maier开发出一种考虑了社会隔离（social distancing）和 其他措施的影响的扩散模型，并利用这种扩散模型对这种影响加以解释。相关研究结果于2020年4月8日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Effective containment explains subexponential growth in recent confirmed COVID-19 cases in China”。
Brockmann解释说，“当传染病不受阻碍地传播时，病例数量将呈指数增长。比如，一个感染者感染了三个人，这三个人中的每个人接着又感染了三个人，这样在很短的时间内，很多人都会生病。”但是，根据Brockmann的说法，这种增长后来在中国就看不到了。“自从 今年一月底以来，病例数量较慢地稳步增长，然后趋于平稳。”
这两名研究人员认为造成这种现象的原因是社会隔离或政府采取的接触者追踪和宵禁等措施导致了个人行为的改变。随着时间的流逝，这些措施导致感染者和非感染者之间的接触越来越少，这导致所谓的再生数（reproduction rate）随时间下降。Maier解释说，“如果 一个人平均感染三个以上的人，但之后每个人只感染两个人，然后每个人只感染一个人，那么疫情的增长速度就会比指数增长慢得多，我们称之为次指数增长（sub-exponential）。”
5.Science：揭示导致杂交不亲和性的等位基因让自然杂交的剑尾鱼患上黑色素瘤
doi:10.1126/science.aba5216; doi:10.1126/science.abb8066
有害的基因相互作用可能是观察到的杂交不亲和性（hybrid incompatibility）的基础。然而，人们已鉴定出少数杂交不亲和性的基因，其中大多数杂交不亲和性涉及到在自然条件下不进行杂交的物种。Powell等人在自然条件下杂交的剑尾鱼中使用基因组测序法绘制出 可能导致杂交不亲和性的基因图谱，这种杂交不亲和性降低它们的适合度。杂交剑尾鱼中的基因组合在自然杂交种群中导致了恶性黑色素瘤，但在亲本种群中未观察到这一点。这些作者利用基因组和种群重测序，进行了全基因组关联研究，以确定潜在的致病突变。通过 使用评估了多种剑尾鱼物种之间基因渗入的混合图谱法，这些作者认为，不同剑尾鱼物种携带不同的基因，这些基因可与相同的候选基因相互作用，导致观察到的黑色素瘤，这就为不同物种之间出现的内生性杂交不亲和性提供了新的见解。
6.Science：森林小气候动态驱动植物对气候变暖的反应
doi:10.1126/science.aba6880; doi:10.1126/science.abc1245
小气候是理解生物和生态系统如何应对大气候变化的关键，但在研究生物对全球变化的反应时，它们常常被忽视。Zellweger等人对小气候和大气候对欧洲森林群落组成的影响进行了长期的大陆尺度评估。他们表明，森林冠层覆盖度的变化对于推动社会应对气候变化至关重要。封闭的冠层通过它们的降温效应缓冲了大气候变化的影响，减缓了森林群落组成的变化，而开放的冠层则通过局部加热效应加速了森林群落的变化。（生物谷 Bioon.com）
图片来自Science期刊。
1.Science：开发出利用人工蛋白设计疫苗策略
doi:10.1126/science.aay5051
在一项新的研究中，瑞士洛桑联邦理工学院蛋白设计与免疫工程实验室的Bruno Correia教授及其团队如今开发出一种设计人工蛋白的策略，所设计出的人工干白可以非常精确地指导身体的免疫系统产生哪些抗体。相关研究结果在2020年5月15日的Science期刊上，论文标 题为“De novo protein design enables the precise induction of RSV-neutralizing antibodies”。
Correia团队用计算方法设构建出人工蛋白。论文共同第一作者Che Yang说，“它们在自然界中是不存在的。” 论文共同第一作者Fabian Sesterhenn说，“我们开发出一种名为TopoBuilder的蛋白设计算法。它可以让你几乎像把乐高积木拼接在一起那样构建蛋白。组装 具有新功能的人工蛋白绝对是非常迷人的。”
Correia团队专注于从头设计能够产生呼吸道合胞病毒（RSV）疫苗的蛋白。RSV会导致严重的肺部感染，是导致婴儿和老年人住院的主要原因之一。Correia说，“尽管经过数十年的研究，直到今天，仍然没有针对呼吸道合胞病毒的疫苗或治愈方法。”
这些人工蛋白是在实验室中构建的，然后在动物模型中测试，并触发免疫系统产生针对RSV弱点的特异性抗体。Correia说，“我们的发现是令人鼓舞的，这是因为它们表明，有朝一日我们将能够促使免疫系统产生这些特定的抗体，从而更有效地设计出针对特定病毒的疫 苗。要使我们开发的疫苗更有效，我们还有很多的研究工作要做---这项研究是朝着这个方向迈出的第一步。”
2.两篇Science论文揭示疟原虫也有自己的内部时钟，用于协调对宿主细胞的破坏
doi:10.1126/science.aba2658; doi:10.1126/science.aba4357
疟疾感染期间，无数疟原虫同时破坏它们所栖息的红细胞。这种破坏会在感染者体内每隔24小时、48小时或72小时就会引起一波发烧和发冷，这取决于哪种疟原虫虫株引起的感染。多年来，科学家们一直假设宿主的生物节律负责对疟原虫活动的协调和计时。不过，在两 项新的研究中，研究人员发现疟原虫有它们自己的内部时钟（或者说固有时钟），从而既能对宿主做出反应，又能自行振荡。
在第一项研究中，Rijo-Ferreira及其同事们用夏氏疟原虫（Plasmodium chabaudi）感染小鼠，其中夏氏疟原虫感染导致小鼠患上疟疾。他们发现无论是让小鼠长期处于黑暗中，还是改变它们的进食节律，都不会扰乱夏氏疟原虫强大的细胞周期和基因表达节律。当 Rijo-Ferreira团队让夏氏疟原虫感染经过基因改造后具有26小时而不是24小时昼夜节律的小鼠时，这种疟原虫将它们的无性生活周期延长到26小时，而不是典型的24小时，这表明它们是灵活的，对宿主的振荡有反应。
在这一点上，Rijo-Ferreira团队预测，如果这种疟原虫没有内在时钟，它们会在没有明确节律的宿主中很快就变得不同步。但当他们用夏氏疟原虫感染经过基因改造后缺乏昼夜节律的小鼠时，这种疟原虫在5到7天内保持了24小时的细胞周期和基因表达节律，这表明它们 确实有一种内部时钟。鉴于这种疟原虫的内部时钟最终失去了同步性，他们得出结论，它的内部时钟节律依赖于宿主的协调。
在第二项研究中，美国杜克大学生物学家Steven Haase领导的一个研究团队发现当在人血中培养时，四种导致人类患上疟疾的疟原虫虫株在基因表达和细胞周期活动方面也表现出内在振荡。虽然在体外培养的疟原虫比小鼠体内的疟原虫更快地失去同步性，但是在两天的 时间窗口里，它们可以保持自己的节律，这与其他已经被证明拥有昼夜节律的培养系统是相类似的。
3.全文编译！我国科学家发表Science论文，揭示SARS-CoV-2病毒RNA依赖性RNA聚合酶的三维结构，助力开发新的疫苗和药物
doi:10.1126/science.abb7498
由新型冠状病毒SARS-CoV-2（之前称为2019-nCoV）引起的2019年冠状病毒病（COVID-19）于2019年12月出现，此后成为全球大流行病。据报道，SARS-CoV-2是β冠状病毒（betacoronavirus）属的一个新成员，与严重急性呼吸综合征（SARS）冠状病毒（SARS-CoV）和几 种蝙蝠冠状病毒密切相关。与SARS-CoV和中东呼吸综合征（MERS）冠状病毒（MERS-CoV）相比，SARS-CoV-2表现出更快的人际传播，从而导致世界卫生组织（WHO）宣布为世界性的公共卫生紧急事件。
冠状病毒使用一种多亚基复制/转录复合物。作为病毒多聚蛋白（polyprotein）ORF1a和ORF1ab的裂解产物而产生的一组非结构蛋白（nsp）组装在一起以促进病毒复制和转录。其中的一个关键组分---RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp, 也称为nsp12）---催化病毒RNA合成，因 而在SARS-CoV-2的复制和转录周期中起着至关重要的作用，它在这个过程中可能需要作为辅因子的nsp7和nsp8的协助。因此，nsp12被认为是瑞德西韦（remdesivir, 也称为GS-5734）等核苷酸类似物抗病毒抑制剂的主要靶点，其中瑞德西韦已显示出治疗SARS-CoV-2感染 的潜力。
为了指导药物设计，在一项新的研究中，来自中国清华大学、上海科技大学、南开大学、天津大学和中国科学院生物物理研究所的研究人员使用了两种不同的方案：一种不存在DTT（数据集1），另一种存在DTT（数据集2），并利用低温电镜（cryo-EM）技术解析出nsp12 与它的辅因子nsp7和nsp8形成复合物时的三维结构。相关研究结果于2020年4月10日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Structure of the RNA-dependent RNA polymerase from COVID-19 virus”。
细菌表达的全长SARS-CoV-2 nsp12（残基S1-Q932）与nsp7（残基S1-Q83）和nsp8（残基A1-Q198）孵育在一起，然后纯化出所形成的复合物。在这种复合物的存在下制备出低温电镜网格，初步筛选后发现这种网格具有良好的分散性和极佳的颗粒密度。在收集和处理7994 个显微影片后，这些研究人员在2.9埃的分辨率下实现对nsp12单体分别与nsp12-nsp8二聚体和 nsp8单体形成的复合物的三维重建，正如之前在SARS-CoV中观察到的那样。除了nsp12-nsp7-nsp8复合物，他们还观察到了对应于nsp12-nsp8二聚体以及单个nsp12单体的单颗粒 类型，但这些都没有给出原子分辨率下的三维重建。然而，nsp12-nsp7-nsp8复合物的三维重建提供了完整的结构分析信息。
4.Science：新研究解释了中国采取的社会隔离等措施导致COVID-19病例数量在指数增长后快速下降
doi:10.1126/science.abb4557
在中国，经检测为COVID-19阳性的病例数最初呈指数增长，但随后下降。在一项新的研究中，德国罗伯特-科赫研究所项目组负责人、德国柏林洪堡大学教授Dirk Brockmann博士和他的博士后研究员Benjamin F. Maier开发出一种考虑了社会隔离（social distancing）和 其他措施的影响的扩散模型，并利用这种扩散模型对这种影响加以解释。相关研究结果于2020年4月8日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Effective containment explains subexponential growth in recent confirmed COVID-19 cases in China”。
Brockmann解释说，“当传染病不受阻碍地传播时，病例数量将呈指数增长。比如，一个感染者感染了三个人，这三个人中的每个人接着又感染了三个人，这样在很短的时间内，很多人都会生病。”但是，根据Brockmann的说法，这种增长后来在中国就看不到了。“自从 今年一月底以来，病例数量较慢地稳步增长，然后趋于平稳。”
这两名研究人员认为造成这种现象的原因是社会隔离或政府采取的接触者追踪和宵禁等措施导致了个人行为的改变。随着时间的流逝，这些措施导致感染者和非感染者之间的接触越来越少，这导致所谓的再生数（reproduction rate）随时间下降。Maier解释说，“如果 一个人平均感染三个以上的人，但之后每个人只感染两个人，然后每个人只感染一个人，那么疫情的增长速度就会比指数增长慢得多，我们称之为次指数增长（sub-exponential）。”
5.Science：揭示导致杂交不亲和性的等位基因让自然杂交的剑尾鱼患上黑色素瘤
doi:10.1126/science.aba5216; doi:10.1126/science.abb8066
有害的基因相互作用可能是观察到的杂交不亲和性（hybrid incompatibility）的基础。然而，人们已鉴定出少数杂交不亲和性的基因，其中大多数杂交不亲和性涉及到在自然条件下不进行杂交的物种。Powell等人在自然条件下杂交的剑尾鱼中使用基因组测序法绘制出 可能导致杂交不亲和性的基因图谱，这种杂交不亲和性降低它们的适合度。杂交剑尾鱼中的基因组合在自然杂交种群中导致了恶性黑色素瘤，但在亲本种群中未观察到这一点。这些作者利用基因组和种群重测序，进行了全基因组关联研究，以确定潜在的致病突变。通过 使用评估了多种剑尾鱼物种之间基因渗入的混合图谱法，这些作者认为，不同剑尾鱼物种携带不同的基因，这些基因可与相同的候选基因相互作用，导致观察到的黑色素瘤，这就为不同物种之间出现的内生性杂交不亲和性提供了新的见解。
6.Science：森林小气候动态驱动植物对气候变暖的反应
doi:10.1126/science.aba6880; doi:10.1126/science.abc1245
小气候是理解生物和生态系统如何应对大气候变化的关键，但在研究生物对全球变化的反应时，它们常常被忽视。Zellweger等人对小气候和大气候对欧洲森林群落组成的影响进行了长期的大陆尺度评估。他们表明，森林冠层覆盖度的变化对于推动社会应对气候变化至关重要。封闭的冠层通过它们的降温效应缓冲了大气候变化的影响，减缓了森林群落组成的变化，而开放的冠层则通过局部加热效应加速了森林群落的变化。（生物谷 Bioon.com）
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