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    2020年10月30日Science期刊精华

    发布日期:2020-11-17 22:41 历史学论文

      线粒体是我们细胞的能量工厂,它产生的能量支撑着生命。一种称为复合物I(complex I)的巨型分子质子泵至关重要:它启动了一连串的反应,构建出质子梯度来驱动ATP产生。尽管复合物I发挥着核心作用,但是它跨膜运输质子的机制至今仍不为人所知。

      如今,在一项新的研究中,奥地利科学技术研究所的Leonid Sazanov及其研究团队破解了复合物I的工作原理之谜:它的构型变化与静电波相结合,将质子移入线粒体基质中。相关研究结果于2020年9月24日在线发表在Science期刊上,论文标题为“The coupling mechanism of mammalian respiratory complex I”。

      复合物I是呼吸链中的第一个酶。呼吸链由线粒体内膜中的一系列蛋白复合物组成,负责细胞的大部分能量生产。在呼吸链中,三种膜蛋白建立了质子梯度,将质子从细胞质中移入线粒体基质。驱动这个过程的能量主要来自于NADH分子(来源于我们吃的食物)和我们呼吸的氧气之间的电子转移。ATP合酶是呼吸链中的最后一个蛋白,利用这种质子梯度产生ATP。

      在一项新的研究中,来自美国、英国、加拿大和比利时的研究人员将来自冠状病毒样本的进化基因组学数据与计算机模拟的流行病学数据和详细的旅行记录相结合,以前所未有的细节重建冠状病毒SARS-CoV-2在世界各地的传播。相关研究结果于2020年9月10日在线发表在Science期刊上,论文标题为“The emergence of SARS-CoV-2 in Europe and North America”。这些研究结果表明,在加强检测和接触者追踪可能阻止SARS-CoV-2在北美和欧洲建立的过程中,一个长时间的机会期错过了。

      这篇论文还挑战了将今年1月份各大洲最早的已知COVID-19病例与数周后检测到的疫情爆发联系起来的建议,并提供了有价值的见解,可以为公共卫生响应提供信息,并有助于预测和预防未来COVID-19和其他人畜共患病的爆发。

      论文共同通讯作者、亚利桑那大学研究员Michael Worobey说,“我们的愿望是开发和应用强大的新技术,在全球范围内对疫情如何在空间和时间上传播进行明确的分析。在此之前,科学、社交媒体和数量空前的等着同行评审的预印本文章的大杂烩中充斥着各种各样的可能性。”

      对SARS-CoV-2的基因组测序可以重建它的传播历史,不过这取决于采样情况。在一项新的研究中,来自美国多家研究机构的研究人员分析了2020年2月20日至3月15日期间从来自美国华盛顿州的感染患者体内收集的453个SARS-CoV-2基因组。他们发现,在此期间采样的大多数SARS-CoV-2感染源于2020年1月底或2月初的一次病毒输入,随后这种病毒在实施积极的社区监测之前在当地传播。相关研究结果近期发表在Science期刊上,论文标题为“Cryptic transmission of SARS-CoV-2 in Washington state”。

      这些结果突出表明,即使在当前疫情得到控制之后,仍有必要在美国和世界其他地区广泛监测SARS-CoV-2的社区传播。疾病严重程度的广泛性使得监测工作面临挑战。传统的公共卫生监测和基因组流行病学的结合可以提供可操作的新见解,就像这项研究中提及的那样:在2020年2月29日对最初的社区病例进行测序后,结果立即与美国国家、州和地方公共卫生部门分享,从而在西雅图市和华盛顿州掌握现有的COVID-19传播范围时迅速推出社会隔离政策。西雅图当地传播的确认促使检测标准发生变化,以着重关注没有旅行史的个人。从2月29日起,新的基因组数据立即发布到GISAID EpiCoV序列数据库,并通过Nextstrain在线平台与其他公开的SARS-CoV-2基因组一起进行分析,以提供即时和公众的形势意识。这些研究人员认为,社区监测、基因组分析和公众实时分享结果的结合,将增强传染病监测新系统的能力。

      4.Science:雄性麻雀快速适应COVID-19封锁,发出更加性感的鸣叫声

      不论是这篇论文还是之前的大量研究,均描述了动物--从鲸鱼到郊狼到这篇论文研究的白冠麻雀(white-crowned sparrow)--如何让它们的行为适应COVID-19封锁,这种封锁迫使人类撤退到他们的家里,这种现象被称为“人类活动暂停(anthropause)”。

      论文通讯作者、美国田纳西大学行为生态学家Elizabeth Derryberry说,“当旧金山市很吵的时候,它们的歌声真地很响亮。”

      但是,她说,随着今年春天全州范围内的“就地避难(shelter-in-place)”命令的实施,交通陷入停顿,噪音水平下降了50%。这些研究人员发现旧金山金门大桥上的车辆数量急速下降到1954年的水平。

      他们将前几年收集到的鸟鸣数据与2020年4月至5月在同一地点录制的鸟类叫声进行了比较,发现麻雀如今的鸣叫要安静得多,并且能够发出低得多的音调,这反过来又扩大了它们的音域,提高了它们的整体表现。

      UNC Lineberger综合癌症中心的科学家于2020年10月30日在《Science》杂志上发表的一项新研究表明,如果肠道内有特定类型的细菌,则暴露于可能致命的全身辐射水平的小鼠可以免受辐射损害 。在临床环境中或意外接触过程中吸收的辐射可能会损坏组织,而在这项研究中,研究者们发现特定细菌能够减轻辐射暴露带来的损害,增强了血细胞生产的恢复以及胃肠道的修复。

      研究人员指出,只有一组“精英”小鼠具有强烈抵抗强辐射作用的两种细菌,即Lachnospiraceae和Enterococcaceae,具有很高的丰度。对于人类而言,重要的是,这两种类型的细菌在接受放射疗法的患有轻度胃肠道症状的白血病患者中含量很高。 研究表明,这两种细菌的存在导致称为丙酸酯和色氨酸的小分子产量增加。这些代谢物可提供长期保护,防止辐射,减轻对骨髓生产的损害,减轻严重胃肠道疾病的发展,并减少对DNA的损害。在某些国家/地区可以购买两种代谢物作为保健品,但目前尚无证据表明该保健品可以帮助暴露于强烈辐射形式的人群。

      高剂量的辐射对身体器官的损害,包括意外暴露,癌症放疗,定向辐射攻击以及其他形式的暴露,都可能导致严重的疾病甚至死亡。人体中的血细胞以及胃肠道中的组织会迅速更新,因此特别容易受到辐射损伤。但是,从保护性的角度看,胃肠道中有超过10万亿种微生物,它们在限制辐射引起的损害中可能发挥重要作用。

      生长素(auxin)信号在发育或再生中的植物组织内通过通路进行传递,以引导组织形成。Hajny等人如今发现一种受到生长素调节的受体反过来调节一种生长素转运体的磷酸化和随后的亚细胞定位。通过这个信号通路,生长素建立起了它的运输途径,并在它移动的过程中指导发育。

      狗是第一个被驯化的动物,很可能起源于与人类相关的狼,但其起源仍不清楚。Bergstrom等人对27个古代狗的基因组进行了测序,获得这些基因组的多个地点靠近于获得古人DNA的场所,并在时间上与后者相对应。通过分析这些基因组以及其他古代和现代狗的基因组,这些作者发现狗很可能曾经产生于一个现已灭绝的狼群。他们还发现,至少有5个不同的狗种群在距今约1万年以前在后来的欧洲出现了替换。此外,一些狗种群的遗传学与人类相似,而另一些狗种群的遗传学则有所不同,由此可以推断出作为人类最好的朋友,狗有着复杂的祖先史。

      8.Science:我国科学家发现丹尼索瓦人的古线粒体DNA,有助揭示他们在亚洲的时间和分布

      在非洲以外,有两个古老的血统与现代人有交集:研究得很透彻的尼安德特人(Neanderthal)和他们更神秘的表亲丹尼索瓦人(Denisovan)。丹尼索瓦人的遗迹非常罕见,仅限于西伯利亚的丹尼索瓦洞穴和西藏的一个推定的、未定日期的下巴。然而,有证据表明,丹尼索瓦人发生向现代人类的多重融合,特别是在澳大拉西亚人群中。通过对位于西藏高原上的白石崖喀斯特洞穴的沉积物进行研究,我国科学家发现了来自丹尼索瓦人的古线粒体DNA,表明他们在大约10万年、6万年,甚至可能在4.5万年前存在。这一发现为了解丹尼索瓦人在亚洲的时间和分布提供了线索,延长了古人类(hominin)占领西藏高原的时间。

      解剖学上现代的古代人与古人类尼安德特人(Neanderthal)和丹尼索瓦人(Denisovan)杂交。然而,这种杂交的程度及其对现代人群的影响并不十分清楚。Massilani等人从蒙古东部Salkhit山谷的一个3.4万年前的女性个体中生成了全基因组数据,并对她的祖先与其他更新世(Pleistocene)人类基因组进行了详细建模。他们在这个生活在至少6000年前的女性个体的古人类基因组中发现了丹尼索瓦人祖先的证据,并确定丹尼索瓦人的贡献不同于另一个古亚洲个体的贡献,也不同于古丹尼索瓦人对现存澳洲人的贡献。这一参考点有助于我们了解我们这个物种在欧亚大陆---特别是在基因组证据仍然稀少的欧亚大陆东部---的早期历史。

      已知奇努克鲑鱼(chinook salmon)在一年中两个不同的时间段返回产卵:春季和秋季。在这两个时间段返回的个体一般被称为独特群体的一部分,或者说生态型(ecotype),具有特定于它们的时间的特征,推测分歧是由于缺乏杂交造成的。通过观察这两个返回时期的奇努克鲑鱼的基因组,Thompson等人发现,一个感兴趣的基因组区域与返回时间几乎完全相关,但与成熟度和脂肪储备等其他性状无关。此外,他们还得出结论,这个区域是作为孟德尔性状运作的,这表明返回时间和相关的表型是由迁移环境而非遗传学造成的。(生物谷

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