本文轉載自「頭條科學」，作者徐長祿（北京協和醫學院&中國醫學科學院 血液病醫院&血液學研究所）。
2020 年 5 月 13 日，國際頂尖學術期刊 Nature 在線發表了 16 篇研究論文，其中 8 篇論文的第一作者或通訊作者為華人科學家，可以說在這一期的 Nature 中成功「霸屏」，佔據了「半壁江山」。
接下來，我們就看一下這8篇文章為各種的領域帶來了哪些突破性的進展吧。
首先是結構生物學女神級大佬顏寧，值得一提的是，顏寧團隊在本期 Nature 共發表了兩篇研究性論文，分別揭示了人源DGAT1同源二聚體結構、人源ACAT1同源二聚體和四聚體的結構及其潛在生物學價值。
在本研究中，貝勒醫學院周鳴教授和普林斯頓大學顏寧教授團隊合作，解析了二醯甘油醯基轉移酶 1（Diacylglycerol-O-Acyltransferase, DGAT1）的結構。DGAT 是催化生成三醯甘油酯（triacylglycerol, TAG）的關鍵酶，而三醯甘油酯又是人體脂肪組織和血脂的主要成分（約佔 95%），是生命體中至關重要的能量儲存物質。同時，甘油三酯合成增加則會引起高甘油三酯血症，後者是導致肥胖、冠心病、高血壓、糖尿病等代謝性症候群、心血管相關疾病發生的重要危險因素。
總的來說，該研究利用單顆粒冷凍電鏡技術，首次解析了解析度為 3.1 人源 DGAT1 的同源二聚體結構，並確定了其底物醯基輔酶 A（acyl-CoA）在 DGAT1 上的結合位點，這些發現對於開發針對 DGAT1 靶點抑制劑具有重要指導作用。
在另外一項研究中，顏寧團隊將研究重點聚焦在酯醯輔酶A:膽固醇醯基轉移酶(Acyl-CoA: cholesterol Acyltransferase, ACAT1 醯基轉移酶)的結構上，ACAT1 醯基轉移酶能夠將長鏈脂肪酸轉移到膽固醇中，進而通過酯化作用形成膽固醇酯，並結合成胞質脂滴。前期研究表明，ACAT1 與動脈粥樣硬化、阿爾茨海默病和癌症等疾病的發生有關，因此可作為治療這些疾病的潛在藥物靶點。
這項研究首次解析了人源 ACAT1 的同源二聚體以及四聚體結構，在此基礎上通過實驗確定了醯基輔酶 A（acyl-CoA）在 ACAT1 上的結合位點及其識別底物的機理。這種結構和生化特徵的研究有助於加深對 ACAT1 的理解，並可指導 ACAT1 在疾病治療中的應用。
與上文提到的第一篇文章相似，哈佛大學醫學院廖茂富教授課題組及其合作者也在同期 Nature 發表了題為「Structure and catalytic mechanism of a human triacylglycerol-synthesis enzyme」 的最新研究成果。
在本研究中，研究人員通過冷凍電鏡技術首次解析了分子量為 55 kDa 的 DGAT1 的蛋白結構，並系統地闡明了 DGAT1 識別底物及催化甘油三酯合成的內在分子機制。首次闡明 DGAT1 如何參與人類甘油三酯的合成與代謝，同時也為相關疾病的藥物研發奠定了理論基礎。
第四篇文章仍然屬於結構生物學範疇，該研究來自美國德克薩斯大學西南醫學中心李曉淳研究組。上文中提到，ACAT1 醯基轉移酶能夠將長鏈脂肪酸轉移到膽固醇中，其在膽固醇穩態中發揮著重要作用。
該研究解析了共純化的 ACAT1 蛋白與抑制劑 nevanimibe 的高解析度冷凍電鏡結構，其中 nevanimibe 是一種治療先天性腎上腺增生的臨床試驗抑制劑。研究發現 ACAT1 能夠通過它的變構位點感知游離膽固醇，並根據此調節其催化酯化反應。這種調節機制是維持內質網中膽固醇的穩態的關鍵因素。這項研究對於膽固醇酯化作用過程以及抑制劑 nevanimibe 的抑制作用機制給出了結構生物學方面的模型，這可能有助於加速 ACAT1 抑制劑的開發來治療相關疾病。
第五篇文章來自多倫多大學電子與計算機工程系的科學家，該研究通過密度泛函理論計算結合主動機器學習識別到銅鋁電催化劑，發現它能有效地將二氧化碳還原為乙烯，具有迄今為止所報導的最高的法拉第效率。
同時，他們進行的計算研究表明，銅鋁合金提供了多個表面定向位點與 CO 結合，能夠有效地進行二氧化碳還原。這些發現說明了計算和機器學習在指導多金屬系統的實驗探索方面的價值，這些系統超越了傳統的單金屬電催化劑的局限性，為材料的研發提供了新的思路。
該研究的第一作者已入職南京大學工程與應用科學學院，固體微結構國家實驗室。
二維材料為研究拓撲學和多體現象提供了一個獨特的平臺。用插入物填充二維材料的範德華間隙可以產生新的性質，不過當前用於插層的物質材料通常僅限於鹼金屬。
中山大學物理力學與生物物理中心光電材料與技術國家重點實驗室 Xin Luo 及其合作者發文證明了原生原子自插入到雙層過渡金屬雙滷族化合物中，能夠產生一類超薄共價結合材料，他們稱之為 ic-2D。
這些材料的化學計量學是由範德華間隙的八面體空位的周期性佔用模式來定義的，它們的性質可以通過改變填充位置的覆蓋範圍和空間排列來調整。總之，這項工作建立了自插層作為一種方法，通過它生長一類新的二維材料與化學計量學或組成相關的屬性。
N 個不相關粒子的量子探針的測量靈敏度受標準量子的限制，然而，這種限制可以通過利用量子糾纏態來克服，例如自旋壓縮態。
5 月 13 日，復旦大學物理系，表面物理國家重點實驗室與山西大學，量子光學與量子器件國家重點實驗室的研究團隊在 Nature 發文，該研究報導的以測量為基礎產生的量子狀態，超過了探測 1011 個銣原子的集體自旋的標準量子限制。
雖然這項工作植根於量子測量的基本理論，但它可能會在量子計量和量子參數估計中找到實際應用。
新型顆粒的形成是城市煙霧的主要來源，但它是如何在城市中發生的卻常常令人費解。
來自卡內基梅隆大學大氣粒子研究中心等單位的研究人員通過在 CERN 的雲室中進行的實驗數據表明，在大約 5 攝氏度以下，硝酸和氨蒸汽可以凝結成新的有核粒子，這些粒子的直徑只有幾納米；當溫度足夠低 (零下 15 攝氏度) 時，硝酸和氨可以通過酸鹼穩定機制直接成核，形成硝酸銨顆粒。
由於這些氣體在大氣中含量較高，因此由其產生的粒子增長率非常高，可以達到每小時 100 納米以上。
研究人員指出，他們測量的過飽和的氣相具有強烈溫度依賴性，因此這種瞬態條件更可能會發生在城市環境中，特別是在冬季。
這項研究能夠在一定程度上解釋新型顆粒的形成機制，其在預防城市煙霧中具有重要的潛在作用。
綜上所述，我們可以看出這些「半壁江山」各具特色，涵蓋了結構生物學、材料科學、大氣科學、計算科學等多個領域，這在一定程度上反映了華人科學家在前沿科學研究已經具有一席之地，儘管其中有些仍然是就職於國外的科研機構。
科學技術是第一生產力，基礎科研能夠在一定程度上代表一個國家的科研水平，希望未來，我們國家的科研水平能夠進步一提升。