2020年6月12日Science期刊精华

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2020年6月12日Science期刊精华
3 J# r2 I, z3 O( Y) G) i来源：本站原创 2020-06-21 23:29
: `3 y/ @4 M# X9 {2020年6月21日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年6月12日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。2 U" _" ^6 ~5 ]! j. c  J

4 l2 {! x3 H- p# R& d" `图片来自Science期刊。. j1 a# M& i& J7 T6 _# _6 G
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1.Science：揭示金丝雀羽毛颜色性别双色性的遗传机制" j+ b+ ?2 t/ d+ T, `1 G+ G1 [6 d
doi:10.1126/science.aba0803; doi:10.1126/science.abc2242" f( e8 k- p+ x2 H9 C5 |. x( e# c, l
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在一项新的研究中，来自葡萄牙波尔图大学、科英布拉大学、美国华盛顿大学、塔尔萨大学和奥本大学的研究人员发现一种酶导致马赛克金丝雀（mosaic canaries）羽毛颜色性别差异。相关研究结果发表在2020年6月12日的Science期刊上，论文标题为“A genetic mechanism for sexual dichromatism in birds”。在这篇论文中，他们描述了他们如何缩小对影响金丝雀颜色性别差异的因素的搜索范围，以及他们取得的发现。在同期Science期刊上，美国罗彻斯特大学的Nancy Chen针对这项研究发表了一篇观点类型（Perspective）的文章，详细介绍了鸟类颜色性别差异的研究历史，并概述了这项新研究取得的成果。
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这些研究人员研究了红鶸金丝雀（red siskin canaries）和普通金丝雀（common canaries）。红鶸金丝雀具有性别二色性（sexual dichromatism），而雄性和雌性普通金丝雀具有相同的颜色。它们杂交后产生的后代称为马赛克金丝雀。这两种鸟类进行杂交，是为了帮助这些研究人员确定产生性别特异性羽毛颜色差异的基因---马赛克金丝雀是性别二色性的。然后，他们反复将马赛克金丝雀与普通金丝雀进行杂交，以缩小潜在的基因范围。
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8 j! T: ~0 W- ^- V这些研究人员通过研究后代的基因表达模式，进一步缩小了潜在的基因列表。这种方法让他们缩小潜在的基因列表，直到只剩下一个基因：BCO2，它编码一种称为β-胡萝卜素氧合酶2（β-carotene oxygenase 2, BCO2）的酶。这项研究发现，它在分解鸟类羽毛中产生颜色的红橙色色素β-胡萝卜素的过程中发挥了作用。他们发现，雄性和雌性马赛克金丝雀之间的区别在于BCO2酶产生的数量。因此，雌鸟马赛克金丝雀的颜色较少，这是因为它们更多的红橙色色素β-胡萝卜素被分解，留给羽毛着色的β-胡萝卜素较少。他们猜测雌激素可能在BCO2基因的表达中起作用，这有助于解释羽毛着色的性别差异。* U! r" T$ U( o$ S

  I7 n9 a3 i2 x1 ?4 G( U1 L5 \2.全文编译！我国科学家发表Science论文，发现两种非竞争性人类中和抗体可阻断SARS-CoV-2病毒结合人ACE2受体( y# J- ?7 n) u1 b' r
doi:10.1126/science.abc2241
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SARS-CoV-2病毒属于β冠状病毒属，β冠状病毒属包括5种能够感染人类的病原体。在这5种病原体中，SARS-CoV和中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）是两种高致病性冠状病毒。与其他冠状病毒一样，位于SARS-CoV-2病毒表面上的刺突糖蛋白（S蛋白）同源三聚体在受体结合和病毒进入中起着至关重要的作用。S蛋白是一种I类融合蛋白---每个S蛋白原体由S1和S2结构域组成，受体结合结构域（RBD）位于S1结构域上。先前的研究显示，与SARS-CoV类似的是，SARS-CoV-2也利用人ACE2（hACE2）受体进入细胞。科学家们已经发现了许多靶向SARS-CoV或MERS-CoV RBD的中和抗体。因此，筛选出靶向SARS-CoV-2 RBD的中和抗体是当务之急。2 h! l' x5 a2 R. f# o8 ~& }
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在一项新的研究中，来自中国科学院、中国科学院大学、首都医科大学、中国科学技术大学、深圳市第三人民医院、中国农业大学、山西高等创新研究院、中国疾病预防控制中心和中国食品药品检定研究院的研究人员表达了SARS-CoV-2 RBD蛋白作为诱饵，从COVID-19患者外周血单核细胞（PBMC）中分离出特异性的记忆B细胞。编码抗体重链和轻链的可变区分别从不同的B细胞中扩增出来，然后与抗体恒定区一起被克隆到pCAGGS质粒载体中，以产生IgG1抗体。相关研究结果于2020年5月13日在线发表在Science期刊上，论文标题为“A noncompeting pair of human neutralizing antibodies block COVID-19 virus binding to its receptor ACE2”。1 U& f0 n/ M% `7 B0 R

9 }- L' }; _: N7 C9 t+ u: z6 O* V/ |3.Science：重大突破！我国科学家领衔揭示抗结核药乙胺丁醇的作用机制7 C) V9 c0 G2 S" V0 K, N
doi:10.1126/science.aba9102
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在一项新的研究中，来自中国上海科技大学、南开大学、中国科学院、英国伯明翰大学和澳大利亚昆士兰大学的研究人员针对一种关键的一线药物如何杀死结核杆菌提供了新的见解。这为开发针对新兴的结核杆菌菌株的新型抗生素药物铺平了道路。相关研究结果于2020年4月23日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Structures of cell wall arabinosyltransferases with the anti-tuberculosis drug ethambutol”。
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这些研究人员正在研究的这种药物称为乙胺丁醇（ethambutol）。自1961年发现以来，这种药物一直是抗击结核病的主力军。尽管如此，这种药物的“作用模式”---它杀死这种细菌的方式---还没有得到科学家们的充分证实。
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& R+ X0 \6 [- I0 C  u在这项新的研究中，这些研究人员成功地证实了结核杆菌内的一组特定蛋白（称为Emb蛋白）是乙胺丁醇的作用靶标。虽然这些蛋白的重要性此前已经被认识到，但由于缺乏结构和生化数据，科学家们无法准确确认这种药物是如何靶向它们的。他们成功地克服了这一障碍。0 k2 o9 c% T' A& r$ ^: U1 C

5 T# U1 h; u; H5 J这些研究人员利用低温电镜和X射线成像，首次研究了一系列Emb蛋白的结构。他们能够展示不同的Emb蛋白如何负责特定的生理功能以产生结核杆菌细胞壁的关键成分。他们还能够展示乙胺丁醇是如何结合这些Emb蛋白并让它们灭活的。& x- z. Z" {5 N+ i# P4 E5 u

1 F7 k2 M) ?( S! Q( I: E. ?4.Science：新研究推翻了1974年以来使用的细胞周期“快照”模型
0 o- ?, X+ m$ `( Sdoi:10.1126/science.aay8241
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细胞要作出一个较大的决定：它们应当进行复制还是处于静止状态？健康细胞能够以其中的任一种方式前进。癌细胞的复制开关停留在“开启”位置。如今，在一项新的研究中，来自美国科罗拉多大学博尔德分校的研究人员推翻了关于复制开关如何发挥作用的传统观点，即一种自1974年以来就被接受且被纳入到当前的教科书中的模型。相关研究结果于2020年4月2日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Temporal integration of mitogen history in mother cells controls proliferation of daughter cells”。论文通讯作者为科罗拉多大学博尔德分校生物化学系助理教授Sabrina Spencer博士。论文第一作者为Spencer博士实验室博士后研究员Mingwei Min博士。6 A8 x; B9 Q6 E4 c

$ I5 X; N/ M; P' Y+ P- @许多生物系统已经进化出使得它们的生殖行为适应周围环境的方法。以野生的寒鸦（jackdaw）为例，当生态系统资源有限时，寒鸦孵出较少的蛋。当然，寒鸦必须感知它们的生态系统才能做出这种调整。细胞也做同样的事情，细胞表面的受体就像微小的抓手一样伸向细胞周围的生态系统，以观察它们能抓住什么。当一种特殊的受体/抓手抓住生长因子分子时，它会将这个信号传递到细胞内部，告诉细胞启动另一个细胞复制周期。当这些生长因子缺乏时，细胞进入一种称为静止的睡眠样状态。5 R7 i  c; I4 Z

4 W. I1 n1 c5 n, S) }, ^5.Science：重大突破！科学家开发出一种超快速的CRISPR-Cas9基因编辑技术 能在几秒钟内实现精准基因编辑！0 E% x& I' M8 b5 C8 P2 B
doi:10.1126/science.aay8204; doi:10.1126/science.abc3997) @# c; I! u5 T& r/ M6 J7 g

% S- j+ M: k4 g/ U% A近日，一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中，来自约翰霍普金斯大学等机构的科学家们通过研究利用光敏核苷酸开发了一种新方法来加速CRISPR-Cas9基因编辑的过程，文章中，研究者描述了整个实验过程及其这种新方法的精准性；在Science杂志同一期的一篇展望文章中，来自纪念斯隆凯特琳癌症中心的科学家们还概述了CRISPR-Cas9基因编辑技术的进化历程。
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在CRISPR-Cas9基因编辑过程中，酶类Cas9能被用作剪刀在基因编辑的特定位点切割DNA链，同时导向RNA分子则会帮助Cas9酶类结合到预想链的DNA位点上，目前该过程的部分流程需要几个小时才能完成，这项研究中，研究人员能将整个过程缩短到几秒钟时间。
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0 {! E$ z* @. ]文章中，研究人员通过添加光敏核苷酸分子来改变部分导向RNA的序列，这就会阻断导向RNA在光被引入之前完成其工作，一旦研究者引入光，结合过程就会在几秒内发生，研究者将这种方法称之为“笼中法”（caged approach），因为导向RNA分子会被限制，直至其被指示去完成它的工作，研究者将这种方法称之为超快速CRISPR基因编辑手段（vfCRISPR）。
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" {* t, s& J# R2 u  a8 i# C7 \/ g& I研究者指出，推迟编辑过程随后迅速对其激活，这或许就能为详细研究该过程提供一定的可能性，同时这种新方法还能提高基因编辑的精准性，并能允许一次编辑单个等位基因；同时，这种新方法还能帮助研究者开发出杂合突变，并以新的方法来研究复杂的特性，最后研究者Medhi表示，文章中我们描述了如何将CRISPR-Cas9工具从一种钝化的工具转变为一种精确的工具，vfCRISPR技术似乎是一项变革性的科学进步，因为其能帮助研究人员更好地理解基因编辑过程中参与双链断裂的细胞反应的动力学变化。( u6 I4 i( Z2 a  M' U8 F! K. q

6 B0 k7 \2 R- p/ p6.Science：肌动蛋白皮质控制细胞迁移' q/ q+ B0 K0 v2 a7 s' l
doi:10.1126/science.aay7794
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细胞迁移主要由局部肌动蛋白聚合驱动的膜突起控制。然而，第二种结构机制也可能调节膜突起和定向迁移：质膜和位于下面的F-肌动蛋白皮质之间附着密度的变化，这是一个与膜张力有关的参数。已知许多类型的附着和信号机制可以改变膜近端皮层肌动蛋白的密度。Bisaria等人设计了一种膜近端F-肌动蛋白（MPA）报告器，可以直接测量活细胞中MPA密度的局部变化。令人惊讶的是，在迁移细胞的前部，MPA的水平很低，尽管在同一前部区域，F-肌动蛋白的总体浓度却很高。这些研究人员提出，MPA密度可以整合不同的信号转导过程，在细胞迁移过程中引导局部膜突起，稳定细胞极性。
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7.Science：探究生态系统恢复的益处
) {  n/ Q9 u' S7 u5 I: udoi:10.1126/science.aay5342; doi:10.1126/science.abc7060& N* q' i" ^4 R3 \
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人类活动从根本上改变了许多生态系统。最近成功的恢复努力使生态系统更加健康，但这也导致了依赖系统变化状态的经济出现混乱。最著名的营养级联（trophic cascade）之一是海獭-海带林系统，在该系统中，曾经灭绝的海獭的恢复使生物多样性和健康的海带林恢复，但减少了收获的贝类的数量。Gregr 等人研究了这一转变的成本和收益，发现在关键的权衡中，海带林相关特征（如旅游业、鳍鱼渔业和碳捕获）的价值超过了经济损失。因此，生态系统的恢复对生态系统和经济都有好处。
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& ^! B/ R0 n# C3 f( l8.Science：无序蛋白在折叠和结合时遵循不同的过渡路径  n, |2 a# p* f# K( F8 @: f0 t
doi:10.1126/science.aba3854
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无序的蛋白在与伴侣蛋白结合时，往往会发生折叠。未结合的蛋白和结合的蛋白复合物之间可能有许多不同的分子轨迹。大多数测量过渡路径的方法都依赖于监测单一的距离，因此很难解析复杂的路径。Kim和Chung使用快速的三色单分子福斯特共振能量转移(FRET)同时探测未折叠蛋白两端之间以及每端与伴侣蛋白上的探针之间的距离变化。他们发现这种结合可以由不同的构象启动，并且在无序蛋白折叠时，这些分子通过非原生相互作用保持在一起。这使得结合受到扩散的限制，因为大多数碰撞都会导致结合。（生物谷 Bioon.com）
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