《PNAS》八大热点文章

日期: 2019年03月12日


    

《PNAS》(美国国家科学院院刊)是与Nature、Science齐名,被引用次数最多的综合学科文献之一,PNAS收录的文献涵盖生物、物理和社 科学,主要内容包括具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。近期其最受关注的文章(生物类)如下:

 

Linking plasma formation in grapes to microwave resonances of aqueous dimers

 

不到8秒内,两枚葡萄碰在一起的地方,就会形成高温等离子体(plasma),喷出炽热的烈焰。你不但会失去你的葡萄,还很可能失去你的微波炉、厨房、甚至房子……

 

很早以前就有国外网友发现了这一情况——虽然什么样的人才会把葡萄放到微波炉里去加热呢?但是世上口味千千万,人类就是很多样。

 

直到最近,才有物理学家认真研究了这种现象的原理 ,论文发表在PNAS杂志上。研究者用的是直径在14~20毫米的圆形葡萄。发现凡是葡萄这么大小的含盐含水物体都有类似风险:两颗圣女果也会。两枚鹌鹑蛋也会。两枚特别大的蓝莓也会。

 

“两个挨在一起的葡萄”这种形状,配合2.4GHz微波炉的波长,恰好就能造出一个超级热点。微波被困在了这两颗葡萄组成的“陷阱”里,最后,球体间的接触点在几毫米的厚度内产生一个极其强大的电场,把集中起来的能量传递给葡萄里天然存在的钠离子钾离子,于是产生了等离子体,放出耀眼的光芒……

 

Persistent metabolic youth in the aging female brain

 

一项将年龄基于新陈代谢而非出生日期的研究发现, 女性比同龄男性拥有更年轻的大脑,男女之间平均存在 3.8 年的差异。该发现或有助于解释为何女性比男性更有可能在晚年保持敏捷的思维。相关成果日前发表于美国《国家科学院院刊》。

 

所有大脑都会随着年龄增长而变小。研究证实,男性的大脑往往以更快的速度萎缩。为进一步探寻其中的差异,华盛顿大学医学院 Manu Goyal 和同事研究了年龄在 20~82 岁的 205 名男性和女性的大脑。

 

他们利用了正电子发射断层扫描,这是一种通过测量氧气和葡萄糖流动阐明大脑新陈代谢状况的成像技术。大脑消耗大量葡萄糖作为能量,但利用模式随着年龄增加而改变。

 

研究人员发现,对于男性和女性来说,基于新陈代谢的大脑衰老均同基于时间的衰老存在对应关系,但从新陈代谢角度来说,在任何特定年龄,女性的大脑都要比男性年轻。

 

Paternal diet programs offspring health through sperm- and seminal plasma-specific pathways in mice

 

《PNAS》八大热点文章

 

研究人员发现,给雄性小鼠喂食质量差的饮食,会导致其后代体重增加、出现II型糖尿病症状,此外,后代小鼠调节脂肪代谢的相关基因表达也一并减少。

 

许多研究表明,超重、吸烟、酗酒或患有II型糖尿病的男性的精子质量通常比来自健康男性的精子质量差。然而,很少有人知道生活方式对父亲和其后代的长期健康有何影响。

 

诺丁汉大学生殖生物学助理教授Adam Watkins博士指出:人们很清楚怀孕时的母亲应该注意饮食以免影响孩子的发育和健康,并且,有关准妈妈的健康生活方式和良好饮食选择对自己和孩子健康的重要信息也不绝于耳。有趣的是,关于准爸爸却很少有建议和要求。

 

我们利用哺乳动物模式生物小鼠的研究表明,受孕时,父亲的饮食和健康状况对其后代的生长和代谢健康具有长期影响。我们的研究不仅确认了不良的饮食对后代健康的不利影响,还揭示了这些影响的背后机理。

 

小鼠研究发现,喂食低蛋白饲料的雄性小鼠比喂食正常饲料的小鼠所生产的精子中,调节基因表达的化学DNA标签明显更少。

 

Genetically encodable bioluminescent system from fungi

 

俄罗斯科学院的研究者及其英国、西班牙、巴西、日本和奥地利的同事们共同在PNAS发文,充分描述了真菌发光的机制。研究表明,真菌只利用四种关键酶就可以发光,而这些酶转移到其他生物体也可以使它们发光。

 

一些生物体由于体内特殊的化学反应而发光,这种现象被称为生物发光,例如萤火虫,水母和蠕虫等。科学家已经发现了数千种发光生物和大约40种发光的化学机制。其中只有少部分机制被系统研究过。

 

此项研究中,科学家发现了真菌中的一组合成荧光素的酶和荧光素酶。研究人员首先使用各种类型的细胞来测试荧光素酶的活性,包括人类癌细胞和爪状青蛙胚胎,结果在所有情况下,都获得了阳性结果:引入基因表达的荧光素酶在细胞中具有活性,使加入的荧光素氧化发光。

 

接着,为了研究真菌生物发光的过程,研究者将整个系统“拆解”成组件,结果真菌发光系统出人意料地简单。咖啡酸经酶1(hispidin synthase ,HispS)将咖啡酸转化为hispidin,经酶2(H3H)羟基化,生成3-hydroxyhispidin (真菌荧光素)。酶3 (luciferase,Luz)加入分子氧,产生一种内过氧化物,作为一种高能量的中间体,通过分解产生氧化荧光素(caffeylpyruvate)和光发射。氧化荧光素可以通过酶4(caffeylpyruvate hydrolase ,CPH)循环转化为咖啡酸。因此,在真菌细胞中进行咖啡酸循环的酶活性对于任何产生咖啡酸的生物体发光是必要且充分的。如果一种生物不含咖啡酸,也可以通过添加酶来诱导发光,研究者通过设计一种在黑暗中发光的酵母菌株已经证实。

 

研究者在真菌中发现了为生物发光创建遗传模块所需的成分,通过基因转移,几乎可以使任何生物体发光。该研究为基础研究开辟了新道路,例如真菌生态学或酶的光物理学。新系统可用于各种生物过程的可视化,例如跟踪癌细胞的肿瘤生长和迁移,以及开发新药物。

 

Profiling proliferative cells and their progeny in damaged murine hearts

 

在心肌梗塞(日常这称为心脏病发作)期间,部分心肌的血液供应被切断了,结果造成了部分心肌死亡。因为心脏是维持血液循环的中心泵,它供血不足会出现危及生命的情况。

 

因此心血管疾病的流行是一个全球性的现象,目前这种疾病患病率不断增长,尚无有效的治疗方法解决心肌细胞损失这一关键问题,一些科学家们希望干细胞移植可以成为新的治疗方法。

 

但是二十年来,研究人员和临床医生一直在寻找心脏干细胞,这些干细胞应该存在于心肌中,可以在心肌梗塞后修复心肌。多个研究小组声称对心脏干细胞进行了鉴定,但这些说法都没有得到证实。此前的新闻譬如 "US governments halts heart stem-cell study"之类的都说明了心脏干细胞的存在及其对成人心脏的意义仍然存在争议。

 

为了解决这场争论,荷兰乌德勒支大学Hubrecht研究所,阿姆斯特丹大学医学中心,伦敦高等师范学院(ENS)等处的研究人员专注于分析小鼠心脏中是否具有干细胞最广泛和最直接的的细胞功能——细胞通过细胞分裂替代丢失组织的能力。在心脏中,这意味着在心脏病发作后任何能够产生新的心肌细胞的细胞都被称为心脏干细胞。

 

Hans Clevers领导的研究小组使用先进的分子和遗传技术,在心肌梗死之前和之后生成了所有分裂心脏细胞的细胞图谱。

 

Nucleosomes inhibit target cleavage by CRISPR-Cas9 in vivo

 

来自犹他大学的科学家们通过研究发现,核小体会抑制CRISPR/Cas9的切割效率。

 

研究人员利用CRISPR/Cas9技术对活酵母中不同的导向RNAs进行编辑,这就能够实现对不同靶点的编辑。研究者表示,相比非核小体的区域而言,当对核小体区域进行编辑时,CRISPR/Cas9的编辑效率会发生降低;当研究人员对诸如锌指等基因编辑技术进行监测时,他们并未发现任何差异,后期研究人员或将进行更为深入的研究来改善CRISPR/Cas9对核小体区域进行基因编辑的效率。

 

Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans

 

对于大多数哺乳动物来说,线粒体和线粒体DNA都是只通过母系遗传。尽管其他生物偶尔会经历父系遗传,但之前关于人类父系遗传线粒体的报道大多是因为污染或样本混淆。

 

然而,美国辛辛那提儿童医院的黄涛生博士和梅奥诊所的Paldeep Atwal博士称他们在三个家庭中发现了mtDNA双亲遗传。研究人员还在独立实验室中通过不同方法证实了他们的成果。

 

“这篇论文深刻地改变了人们对线粒体遗传的普遍看法,有望在线粒体医学领域开辟一个新天地,”研究人员在文中写道。

 

Klotho controls the brain–immune system interface in the choroid plexus

 

《PNAS》八大热点文章

 

来自Gladstone研究所的科学家决定研究为什么脉络丛比其他脑区含有更多klotho。他们在《PNAS》发表的最新研究表明,klotho是把关大脑免受周围免疫系统打扰的守门员。

 

“我们发现,在小鼠模型中,脉络丛内klotho水平随年龄增长自然降低,”Gladstone研究所神经疾病部主任Mucke高级研究员说。“随后,我们通过实验降低该结构中的klotho水平模拟衰老过程,结果发现klotho耗尽就会增加脑炎症。”

 

Mucke团队进一步研究了这种现象对其他脑区的影响,他们发现,脉络丛内klotho较少的小鼠当身体其他部位受到模拟感染免疫挑战时,重要记忆中心的先天免疫细胞反应更积极。

 

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【赛业生物科技简介】

 

作为实力雄厚的基因工程鼠技术平台,赛业生物已服务全球数万名科学家,赛业产品与技术已直接应用于包括CNS(Cell, Nature, Science)三大期刊在内的2030篇学术论文。2016年,TurboKnockout把 ES打靶金标准推向新高度;同年,CRISPR-Pro使大片段及条件性基因敲除变得更加高效;2017年, AlphaKnockout基因打靶专家系统首次实现基于人工智能的最优化方案设计;同 年7月,推出万例CRISPR-AI敲除小鼠资源库。赛业一步一个脚印,踏实前行,助力中国科研!

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