Nature雜誌9月不得不看的亮點研究

2021-02-18 Science


9月份即將結束，本月Nature雜誌又有哪些亮點研究值得學習呢？小編對此進行了整理，與各位一起學習。

【1】科學與不平等

本期《自然》的「科學與不平等」特刊考察科學對不平等現象有何解釋，以及不平等如何影響科學工作者。經濟學家Branko Milanovic使用歷史數據，追蹤了不平等現象在數百年間的起落。Mike Savage在此探尋「階級」究竟意味著什麼。在新聞版塊的兩篇文章中，我們詳細探討了不平等對科學自身的影響。

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【2】去除β-澱粉樣蛋白新前景

doi | 10.1038/nature19323

在Aducanumab作用下，澱粉樣蛋白斑塊減少，如示例基線與治療54周後的澱粉樣蛋白PET圖像所示。Aducanumab是一種專門靶向β-澱粉樣蛋白（Aβ）肽聚集的人類重組單克隆抗體，人們認為Aβ肽聚集在阿爾茨海默病的神經退行過程中發揮了作用。近年來，多種阿爾茨海默病藥物都未能成功研發，因此任何新發現都會引起人們的強烈興趣。一項新的研究報告了每月向先兆或輕微阿爾茨海默病被試者注射Aducanumab的臨床試驗中期結果：Aducanumab療法減少了大腦中的澱粉樣蛋白斑塊，而且還延緩了患者的臨床損傷（呈劑量依賴性）。試驗數據為進一步將Aducanumab開發為一種去除Aβ肽療法提供了支持。


【3】專治疼痛的定製阿片類藥物

doi | 10.1038/nature19112

嗎啡和來自罌粟的其它生物鹼屬於μ阿片受體激動劑，幾百年來一直被用於治療疼痛。作者使用計算方法，將300多萬種小分子與μ阿片受體對接。通過對最具潛力的結構的基於結構優化，研究者發現了一種強力激動劑PZM21，它對μ阿片受體具有超常的亞型選擇性。在小鼠中，PZM21造成了顯著的痛覺缺失，而在μ阿片受體敲除動物中完全不存在這種情況。這個小分子似乎降低了疼痛感知，但沒有明顯改變反射行為，而且對呼吸影響很小。

【4】物種共存的根源

doi | 10.1038/nature19324

理論認為，在一個生態系統中，多種資源受限使物種間的相互妥協成為可能，從而提升了物種共存的潛力。William Harpole及同事使用「營養網絡」(Nutrient Network)國際合作所得的數據，在植物群落中檢驗這一理論。他們編制了在五大洲45個草原開展的多年營養富集實驗的數據，表明不斷增加營養物會導致植物物種多樣性下降。他們的發現說明，地下資源競爭會促進提高植物物種多樣性。

【5】細胞死亡影響抗腫瘤防禦機制

doi | 10.1038/nature19364

瘤內細胞死亡經常和預後不良聯繫在一起，人們之前認為，這種現象出現的原因是癌細胞在資源有限的環境中快速分裂。Robert Eil及同事表明，瘤內細胞死亡實際上在抑制抗腫瘤免疫力方面發揮著顯著作用。他們發現，若人體和小鼠腫瘤間質液中的細胞外鉀增加，則會抑制人體和小鼠T細胞內由T細胞受體誘導的抗腫瘤功能。此外，過度表達Kcna3，讓腫瘤特異T細胞輸出鉀質可以逆轉這種免疫抑制。

【6】合成多種胺基酸和肽

doi | 10.1038/nature18941

以抗生素萬古黴素為代表的非核糖體肽屬於非核糖體肽合成酶(NRPSs)合成的一大類次級天然產物。Christina White及同事報告了一種受NRPS啟發的合成策略：使用兩種小分子鐵催化劑促進對胺基酸和肽的靶向C-H氧化修飾，同時保留α中心手性 —— 這種合成的難度眾所周知 ——以生成多種多樣的胺基酸和肽。

【7】無需讓卵子受精，小鼠精子也可產生可存活的後代

DOI：10.1038/ncomms12676

《自然-通訊》發表的一篇論文表明，注入改造過的失活胚胎的老鼠精子能產生健康的後代。這一結果表明，精子能在沒有卵子的情況下成熟，而此前人們認為這一過程只能在卵子中發生。這激勵了研究者探究這種發育過程是如何發生的。

受精過程包括了精子和卵子轉化為胚胎的多個步驟。受精過程中會發生許多染色體和DNA改變（這一過程被稱為重編程），使精子成熟，以分裂產生生命體中的各個分化細胞，這種能力叫做全能性。但通常的觀點是，精子只能在卵子中被重編程來獲得全能性。

Anthony Perry及同事在胚胎首次分裂為兩個細胞前，將精子細胞核注入了經過化學改造的小鼠胚胎。這些胚胎經過化學處理，只含有一組不配對的染色體，而不是精子和卵子融合通常會產生的一組配對染色體。產生的胚胎發育成了健康的個體（但其比例最高只有對照組的24%）。雖然作者並沒有展示精子基因組是如何重編程的，但他們發現，經過改造的胚胎與對照組在染色體和DNA上有一定相似之處，然而在細胞運轉方面也有所差異，這意味著二者重編程的路徑不同。

雖然上述結果表明在一定情況下，精子在卵子中成熟的過程是可以繞過的，但這一發現距離人類應用還為時尚早。經注射胚胎的存活率很低，此外，這一研究是在小鼠胚胎中進行的，沒有證據表明在人類胚胎中也能成功。

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【8】遺傳學：基因組測序揭示水熊蟲對極端環境的適應

DOI：10.1038/ncomms12808

水熊蟲(Ramazzottius variornatus)是一種小型水生動物，又稱為緩步動物，一篇有關其基因組測序的最新研究成果發表在本周的《自然-通訊》上。該研究在緩步動物體內發現一種基因，其蛋白質能夠抵抗人類培養細胞內的DNA損傷。這表明特異於緩步動物的蛋白質或有助於細胞抵抗DNA損傷來源。

緩步動物可以在極端的壓力環境（包括真空）中生存，不過之前不了解其具體如何在極端環境下生存。緩步動物的這種能力促使研究人員對其基因組展開調查，對緩步動物Hypsibius dujardini的第一次基因組測序結果顯示，在緩步動物演化過程中，緩步動物通過水平基因轉移（不同物種基因組之間的DNA轉移），從其它物種中獲得了大量基因。但是，緩步動物對極端環境所表現出的耐受力的根源，仍是未解之謎。

國枝武和及同事呈現了以耐高壓環境著稱的緩步動物R.variornatus的高質量基因組，他們並未發現大規模水平基因轉移的證據，但是與蒼蠅和蠕蟲相比，負責耐受高壓環境的基因數量較多。此外，他們發現了一種與DNA結合併且有助於保護培養的人類細胞不受X射線輻射影響的蛋白質，他們認為該蛋白質為緩步動物所特有。通過詳細對比緩步動物基因和其它物種基因，作者發現為這種保護性蛋白質指定遺傳密碼的基因可能為緩步動物所特有。這些結果不支持耐受性源自水平基因轉移的觀點。

雖然目前仍不清楚緩步動物獨特的適應性如何在分子級別或有機體級別發揮作用，但是上述研究結果表明，緩步動物已經演化形成對抗壓力條件的獨門「秘籍」。

相關報導：水熊蟲特殊蛋白或幫助人類DNA抵禦輻射損傷

【9】環境保護：增加造林樹種有益動物多樣性

DOI：10.1038/ncomms12717

《自然-通訊》發表的一項研究提出，更普遍地種植不同種類的樹木能提高中國退耕還林計劃的生物多樣性收益。目前，許多地區都在使用單一樹種造林，比如桉樹，竹子和柳杉，但缺少樹木多樣性無法提升鳥類多樣性。

退耕還林計劃是全世界規模最大的造林計劃，截至2013年共佔地近2800萬公頃。這一項目補貼農戶在坡地上的耕地或灌叢改種樹、草，以生產木材或其他可收穫的植物。

華方圓及同事發現，中國各地的退耕還林林地往往只種植一種樹木，種植兩到五種樹木的更少一些，只在極少情況下選擇原先的天然林樹種。在調查四川省的退耕還林林地後，研究者發現相比於耕地，單一種植林地的鳥類多樣性更低，而混合林則能提高鳥類多樣性。

推廣混合林能帶來生物多樣性收益，且不需增加農戶額外成本或大幅調整政策。

稿件來源：生物谷

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