2021年7月9日Science期刊精华

2021年7月14日讯/生物谷BIOON/---周又有一期新的Science期刊（2021年7月9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：揭示唐氏综合征患儿白血病发生的细胞来源doi:10.1126/science.abf6202; doi:10.1126/science.abj3957唐氏综合征（Down syndrome）是一种遗传性疾病，由人类早期发育过程中细胞分裂的随机错误引起，导致21号染色体多了一个拷贝。这个额外的拷贝是导致与该综合征相关的发育变化和身体特征的原因，包括对白血病的易感性。患有唐氏综合征的儿童在其生命的头五年内患骨髓性白血病的风险增加了150倍。然而，21号染色体的额外拷贝容易导致白血病的机制仍不清楚：白血病在胎儿发育过程中开始产生的确切血细胞类型，以及导致这种细胞成为白血病前期的基因改变，在此之前是未知的；此外，必须在儿童时期积累的使白血病前期转变为急性白血病的额外突变也是未知的。在一项新的研究中，加拿大研究人员首次在临床前模型中绘制出患有唐氏综合征的婴儿白血病的起源和发展过程，为未来预防这种癌症铺平了道路。相关研究结果发表在2021年7月9日的Science期刊上，论文标题为“Mapping the cellular origin and early evolution of leukemia in Down syndrome”。

唐氏综合征白血病发生中的细胞来源，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abf6202。

通过使用一种临床前模型，包括来自人类组织生物库的人类唐氏综合征细胞，以及由玛嘉烈公主癌症中心的Elvin Wagenblast博士和Eric Lechman博士开发的用于改变人类造血干细胞基因的增强型CRISPR/Cas9方法，这些作者着手绘制这一特定白血病演变过程中涉及的步骤。短暂性白血病前期（transient preleukemia）是一种经常发生在患有唐氏综合征的新生儿身上的独特情况，它可以在出生后几天到几个月内自发消失，也可以在四年内通过在一些人身上获得额外的突变而转变为急性骨髓性白血病。具体来说，这些作者能够测试各种血细胞类型，并精确地指出短暂性白血病前期仅起源于带有GATA1突变的长期造血干细胞（HSC），最早出现在唐氏综合征胎儿的妊娠中期。在非唐氏综合征样本的造血干细胞中，白血病前期并没有开始。Lechman博士解释说，急性白血病只有在前两个突变---21号染色体的额外拷贝和GATA1突变---到位后才会发生，并使发生突变的长期造血干细胞的后代或下游后代获得进一步的突变，从而导致完全转化的急性白血病。

2.Science：重大进展！揭示哺乳动物干细胞利用抗病毒Dicer抵御多种RNA病毒入侵doi:10.1126/science.abg2264; doi:10.1126/science.abj5673在一项新的研究中，来自英国弗朗西斯-克里克研究所的研究人员发现了一种以前认为随着哺乳动物的进化而消失的重要机制有助于保护哺乳动物的干细胞免受SARS-CoV-2和寨卡病毒等RNA病毒的侵害。他们认为，这一发现有朝一日可能在开发新的抗病毒治疗方法中得到利用。相关研究结果发表在2021年7月9日的Science期刊上，论文标题为“An isoform of Dicer protects mammalian stem cells against multiple RNA viruses”。在这项新的研究中，这些作者分析了小鼠干细胞的遗传物质，并发现它包含了构建一种命名为抗病毒Dicer（antiviral Dicer, AviD）的蛋白质的指令，AviD可以切割病毒的RNA，从而阻止RNA病毒复制。这种保护形式被称为RNA干扰，植物和无脊椎动物的细胞也使用这种方法。论文通讯作者、弗朗西斯-克里克研究所免疫生物学实验室的Caetano Reis e Sousa说，“了解干细胞如何保护自己免受RNA病毒的侵害是非常吸引人的。事实上，这种保护也是植物和无脊椎动物所使用的，这一事实表明，这种保护可能早在哺乳动物的历史上就存在了，直到进化树分裂的时候。出于某种原因，虽然所有哺乳动物细胞都拥有触发这一过程的先天能力，但似乎只有干细胞才会依赖它。通过进一步了解这一过程，并揭开我们免疫系统的秘密，我们希望为药物开发开辟新的可能性，因为我们努力利用我们身体抵抗感染的天然能力。”

3.Science：肠道微生物组中的大多数细菌是可以遗传的doi:10.1126/science.aba5483; doi:10.1126/science.abj5287大多数研究已表明，我们的肠道微生物组---生活在我们肠道中不断变化的细菌“雨林”---主要受我们的生活方式影响，包括我们吃的东西或我们服用的药物。但是，一项新的研究发现，遗传成分发挥的作用比人们曾经知道的要大得多。在这项新的研究中，来自美国、加拿大和肯尼亚的研究人员在研究了14年来从肯尼亚安博塞利国家公园的一个长期研究的狒狒群体中收集的16000多份肠道微生物组图谱后发现，肠道微生物组中的大多数细菌是可以遗传的。然而，这种遗传性随时间、季节和年龄的变化而变化。他们还发现，狒狒身上可遗传的几种肠道微生物组特征（或者说性状）在人类身上也是可遗传的。相关研究结果发表在2021年7月9日的Science期刊上，论文标题为“Gut microbiome heritability is nearly universal but environmentally contingent”。

肠道细菌。

在这项新的研究中这些作者使用了585只野生安博塞利狒狒的粪便样本，通常每只狒狒有超过20份样本。这些样本中的肠道微生物组图谱显示了狒狒在湿季和干季之间饮食的变化。收集的样本包括关于宿主的详细信息，包括已知的后代、环境条件数据、社会行为、群体统计和收集时的群体饮食。这些作者发现，97%的肠道微生物组性状，包括整体多样性和单个微生物的丰度，都具有明显的遗传性。然而，如果像人类那样，只从单一时间点对样本进行测试，遗传率似乎要低得多，只有5%。这强调了长期研究同一宿主的样本的意义。这些作者确实发现了环境因素影响肠道微生物组的性状遗传性的证据。旱季时的肠道微生物组遗传性通常比雨季时高48%，这可能是由于狒狒在雨季的饮食更加多样化。根据这项新的研究，遗传性也随着年龄的增长而增加。

4.Science：新研究表明所有年龄组的SARS-CoV-2感染者的传染性水平大致相同doi:10.1126/science.abi5273起初是对常规实验室数据的初步分析，后来发展成为有史以来对SARS-CoV-2患者的病毒载量水平的最大规模研究。在一项新的研究中，来自德国柏林夏洛特医科大学的研究人员分析了超过25000名COVID-19患者的PCR样本。他们确定了每个样本的病毒载量，并利用他们的结果来估计传染性水平。这就为不同年龄组和不同疾病严重程度下的疾病传染性提供了一个清晰的概念。它还提供了对SARS-CoV-2病毒变体B.1.1.7的新见解。相关研究结果于2021年5月25日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Estimating infectiousness throughout SARS-CoV-2 infection course”。为了更好地了解和估计特定群体的传染性，这些作者分析了25000多例COVID-19病例的PCR样本，以确定这些样本的病毒载量。每个样本的病毒载量---样本中包含的SARS-CoV-2基因组的总拷贝数---提供了对患者咽喉中存在的病毒数量的粗略估计，因此是估计个人传染性的一个有用指标。为了进一步改进他们的估计，他们还应用了关于在细胞培养物中成功分离SARS-CoV-2（分离表明存在传染性病毒）通常需要的最低病毒载量阈值的研究结果。在所研究的病例中，有4300多例病例提供了连续样本。利用这些样本来追踪咽喉部的病毒载量数据，他们能够对感染过程中病毒载量的典型变化进行建模。他们随后在他们的数据中寻找明显的差异，特别是与不同年龄组、疾病严重程度和病毒变体有关的差异。年龄在20至65岁之间的SARS-CoV-2阳性个体的病毒载量水平没有明显的差异：平均咽拭子样本含有大约250万SARS-CoV-2基因组拷贝。在非常年幼的儿童（0至5岁）中发现病毒载量最低。病毒载量水平从大约80万病毒基因组拷贝开始，随着年龄的增长而增加，并在较大的儿童和青少年中接近成人水平。

5.Science：实验性药物TEMPOL可抑制新冠病毒复制，有望治疗COVID-19doi:10.1126/science.abi5224在一项新的研究中，来自美国国家卫生研究院（NIH）的研究人员通过研究细胞培养物，发现实验性药物TEMPOL可能是一种有前景的治疗COVID-19的口服抗病毒药物。TEMPOL可以通过损害一种叫做RNA复制酶（即RNA依赖性RNA聚合酶, RdRp）的病毒酶的活性来限制SARS-CoV-2感染。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Fe-S cofactors in the SARS-CoV-2 RNA-dependent RNA polymerase are potential antiviral targets”。

在SARS-CoV-2感染的细胞培养物模型中，稳定的氮氧化物TEMPOL通过使SARS-CoV-2 RNA复制酶的铁硫簇降解，有效抑制这种RNA复制酶，并阻止SARS-CoV-2病毒复制。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abi5224。

通过评估一个更基本的问题，即SARS-CoV-2病毒如何使用它的RNA复制酶，这些作者发现了TEMPOL的有效性。这种病毒利用它的RNA复制酶复制它的基因组，并在细胞中进行自我复制。这些作者测试了SARS-CoV-2的RNA复制酶（特别是该酶的nsp12亚基）是否需要铁硫簇（iron-sulfur cluster）来提供结构支持。他们的研究结果表明，SARS-CoV-2 RNA复制酶需要两个铁硫簇才能发挥最佳功能。早期的研究错误地将这些铁硫簇的结合位点确定为锌结合位点，这可能是因为铁硫簇在标准实验条件下容易降解。识别SARS-CoV-2 RNA复制酶的这一特性也使得这些作者能够利用这种病毒的一个弱点。TEMPOL可以降解铁硫簇，而早前的一项研究已表明，这种药物可能对其他涉及铁硫簇的疾病有效。在用活的SARS-CoV-2病毒进行的细胞培养实验中，他们发现该药物可以抑制这种病毒的复制。基于之前对其他疾病中TEMPOL的动物研究，这些作者指出，他们的抗病毒实验中使用的TEMPOL剂量很可能在作为SARS-CoV-2病毒的主要作用靶点的组织（如唾液腺和肺部）中有效发挥作用。

6.Science：我国科学家开发出弹性的冰微纤维doi:10.1126/science.abh3754; doi:10.1126/science.abj4441冰的一个众所周知的特征是，当受到拉伸时，它会断裂而不是弯曲。这种特性是由于在凝固过程中不可避免地引入冰的结构缺陷造成的。来自中国浙江大学和山西大学的研究人员在一项新的研究中发现，非常薄的、精心培植的冰微纤维（ice microfiber）可以弯曲很多，最高可达11%，仍然保持弹性。这个值相当接近先前估计的理论极限。这种冰微纤维也是超级透明的，可以有效地传输光。

7.Science：花椰菜的分形形态来自于花基因网络的扰动doi:10.1126/science.abg5999花椰菜与大丽花和雏菊一样，都是以植株螺旋的方式发育。Azpeitia等人将建模与实验调查相结合，阐明了确定众多未发育的花朵形成花椰菜花球的基因调控网络。在分生组织功能失调和节间伸长缓慢的情况下，不可抑制的花序特性基因导致了成堆的不完整的花。如果分生组织的大小在器官发生过程中发生漂移，那么花椰菜的罗曼蒂克形式（Romanesco form）的锥形结构就会以分形的形式出现。

8.Science：骨骼肌产热使水生生物海獭成为最小的海洋哺乳动物doi:10.1126/science.abf4557一些哺乳动物物种生活在冷水环境中，这是通过诸如鲸脂和大尺寸的适应性而得以实现的。这个规则的一个明显的例外是海獭，这个物种比其他物种小几个数量级，而且更瘦。众所周知，海獭异常厚实的皮毛有帮助，但Wright等人发现，它们也通过骨骼肌的生热泄漏进行内部取暖，这一过程使它们的代谢率比其体型的预期值高三倍。这种机制甚至存在于肌肉不成熟的海獭婴儿身上，使这些动物从出生起就获得内部温暖。

9.Science：探究鸣鸟对糖分的检测doi:10.1126/science.abf6505; doi:10.1126/science.abj6746在我们的世界里，看到一只鸟吃花蜜是很常见的。然而，检测糖分的能力在鸟类谱系中并不是祖传的，大多数鸟类物种是肉食性的。Toda等人研究了最大的鸟类群体，即雀形目鸟（passerine）或鸣鸟（songbird），并发现甜味检测的出现涉及到甘味（umami）受体发生的单个变化。这种古老的变化不仅促进了以花蜜为食的鸟类对糖的检测，而且也促进了整个鸣鸟类对糖的检测，而且其检测方式与蜂鸟的检测方式不同，但也趋于一致。

10.Science：探究飞行蝙蝠海马体进行空间位置编码机制doi:10.1126/science.abg1278当一种有机体在空间移动时，它的大脑必须记住它最近的位置并预测它未来的位置，而不仅仅是它目前在世界上的位置。早期的研究报告称，大鼠在沿直线轨道运行时进行了所谓的回顾性和前瞻性的位置编码。然而，研究一种在三维空间中高精确地快速移动的动物将是有利的。Dotson和Yartsev从飞行蝙蝠身上进行记录，以研究海马体CA1区的位置细胞活性是否代表本地（当前）或非本地的位置。他们发现，海马体不仅编码了蝙蝠的当前位置，而且还指示了它在过去和未来的位置。（生物谷 Bioon.com）