本周又有一期新的Science期刊，它有哪些精彩研究呢？
1.Science：新研究表明轉基因真菌可快速地殺死攜帶瘧原蟲的蚊子，減少幅度為99%以上
doi:10.1126/science.aaw8737
根據世界衛生組織（WHO）的統計，瘧疾影響著全世界數億人，每年造成40多萬人死亡。幾十年的殺蟲劑使用未能控制攜帶瘧原蟲（即導致瘧疾的寄生蟲）的蚊子，並導致許多蚊子品系產生殺蟲劑抗藥性。作為回應，科學家們開始對蚊子和其他有助於根除蚊子的有機體進 行基因改造。到目前為止，這些轉基因方法都沒有在實驗室測試之外取得成功。
在一項新的研究中，來自美國和布吉納法索的研究人員描述了首次在實驗室外進行抗擊瘧疾的轉基因方法的試驗。這項研究表明在布吉納法索的一個屏布封閉的模擬村莊的環境中，一種天然存在的真菌在經過基因改造將一種毒素遞送到蚊子中後可以將蚊子群體安全地減 少99％以上。相關研究結果發表在2019年5月31日的Science期刊上，論文標題為「Transgenic Metarhizium rapidly kills mosquitoes in a malaria-endemic region of Burkina Faso」。
這類稱為綠僵菌（Metarhizium）的真菌是一種天然存在的病原體，它感染野外的昆蟲並慢慢殺死它們。幾個世紀以來，它已被用於控制各種害蟲。在這項新的研究中，這些研究人員使用了這種真菌中的一種特異性地感染蚊子的菌株，並對它進行基因改造，從而讓它產生 一種更快地殺死蚊子的毒素。這種轉基因真菌讓他們的試驗場所中的蚊子種群數量在兩代內減少至不可持續的水平。這種毒素是一種名為Hybrid的殺蟲劑。它來源於澳大利亞藍山漏鬥網蜘蛛的毒液，並已獲得美國環境保護署（EPA）的批准，可直接施加於作物上來控制農 業害蟲。
接下來，這些研究人員希望在當地村莊或社區測試他們的轉基因真菌。在將這種新方法應用於一個開放的環境（比如村莊）之前，需要滿足許多監管和社會基準，但是他們表示，這項研究有助於為此類試驗提供依據。
2.Science：揭示多種非洲齧齒動物對疼痛不敏感的分子秘密，有望開發出副作用較小的止痛策略
doi:10.1126/science.aau0236
任何有煩人室友故事的人都知道困難的生活狀況會在很多方面改變你。如今，想像一下，不僅僅是吃掉你冰箱裡的所有食物，這個討厭的室友實際上可能會導致你發生遺傳變化，讓「未來的你」更能容忍其行為。這聽起來好得令人難以置信嗎？嗯，在一項新的研究中， 來自德國、南非、坦贊尼亞和美國的研究人員發現這正是一些非洲齧齒動物的情況，它們生活在以酸性空氣、刺人的昆蟲和刺激性食物來源為特徵的惡劣環境中。相關研究結果發表在2019年5月31日的Science期刊上，論文標題為「Rapid molecular evolution of pain insensitivity in multiple African rodents」。論文通訊作者為馬克斯-德爾布魯克分子醫學中心感官系統生理學家Gary Lewin博士。
作為美國康乃狄克大學護理學院的一名行為遺傳學家，Erin Young博士（未參與這項新的研究）研究基因和環境如何相互作用以確定發生慢性疼痛的風險。她的目標是利用這些知識開發新療法，以便更好地治療疼痛而無需使用阿片類藥物。阿片類藥物是治療疼痛，特別 是急性疼痛的有力工具，但它們並不能精確地靶向特定的疼痛機制或信號。相反，阿片類藥物主要用於降低細胞傳遞疼痛信息的能力，而不會實際關閉這種信息本身。
Young對這項針對裸鼴鼠的研究感到震驚，這是因為這些有機體已對非常特定的痛苦刺激物不敏感。這是由於基因活性和蛋白結構的細微差異，而不是由於基因的缺失或突變。
人們越來越廣泛地接受這些基因活性差異可能解釋了人類疼痛敏感性和患上慢性疼痛的風險存在個體差異。更為重要的是，如果研究疼痛的科學家們了解這些齧齒動物中的這些過程並將這項研究的結果應用於人類，那麼它自然可能會產生安全的有效緩解疼痛的創新方法 。
3.Science：關鍵蛋白保護機體免受高劑量放療帶來的損傷
doi:10.1126/science.aaq1165
放射療法是破壞癌細胞和縮小腫瘤體積的最有效方法之一。近幾十年來，腸胃腫瘤患者在接受這種治療之後存活率顯著提升。然而，強化放射治療不僅損害腫瘤細胞，還損害健康的腸細胞，導致60％的治療患者產生毒性。儘管在放療結束後觀察到毒性逆轉，但10％的治 療患者出現胃腸症候群，這是一種以腸細胞死亡為特徵的疾病，導致整個腸道破壞和患者死亡。然而，放射療法的主要缺點是會造成健康腸道細胞的損傷，從而導致癌症治療的中斷和失敗，可能導致腫瘤快速復發。現在，西班牙國家癌症研究中心（CNIO）的科學家在 《Science》雜誌上發表的一項發現可能有助於保護健康的腸道細胞免受輻射損傷。
該小組的工作重點是一種功能尚未完全理解的蛋白質「URI」。先前的研究發現，某些器官中該蛋白的異常表達水平可導致癌症的發生。最近這項研究表明，高水平的URI蛋白可以保護小鼠免受輻射誘導的腸道損傷，而蛋白質水平過低可以導致胃腸道症候群和死亡。
作者等人開發了第一個遺傳小鼠模型來研究這種蛋白質在哺乳動物中的功能。他的團隊觀察到，在體外細胞培養過程中，高URI水平可保護腸道細胞免受DNA損傷。而體內的效果仍然未知。作者一共開發了三種遺傳小鼠模型。其中一個作為對照模型，用於確定URI在腸道中 的確切位置;另一種小鼠模型中腸中表達高水平的URI蛋白質，第三種小鼠模型中，基因被敲除以降低腸上皮中的URI水平。
對照小鼠顯示URI在位於腸隱窩中的特定休眠幹細胞群中表達（稱為Lieberkühn的隱窩）。 URI保護這些細胞免受高劑量輻射誘導的毒性。在接受高劑量輻射後，100％設計用於在腸道中表達高水平URI的小鼠在胃腸症候群中存活，而在正常條件下，高達70％的小鼠死亡。 相反，所有URI敲除小鼠都死於胃腸道症候群。
4.Science：三個基因的聯合突變會導致致命性心臟病發生
doi:10.1126/science.aat5056
人類基因組項目允許科學家識別由單個基因的嚴重突變引起的一些罕見疾病病例，但科學家們認為，更常見的疾病形式可能是多種微妙的基因突變相結合的結果。然而，直到現在，這種人類疾病概念的實驗證據仍然難以捉摸。在5月31日發表在《Science》雜誌上的一篇 論文中，科學家證明，在一個家庭中遺傳的三個微妙遺傳變異，導致多個兄弟姐妹在很小的時候患心臟病。
「鑑於兒童疾病的嚴重程度以及其中一位父母患有無症狀的這一事實，我們懷疑兒童的病情是由母親和父親的基因組合引起的，」作者說道。
為了驗證這一理論，研究人員對該家族的基因組進行了測序，發現父親在兩個基因MKL2和MYH7中發生了突變，使他處於患心臟病的風險中。在我們的基因組中通常有兩個拷貝的每個基因，在這種情況下，只有一個拷貝的MKL2和MYH7被突變，導致數百個胺基酸中只有一個 發生變化。這三個孩子不僅從父親那裡繼承了這兩種突變，而且還從母親那裡繼承了第三個突變——NKX2-5基因的突變。這種突變也只影響了一種胺基酸，並且在沒有心臟病的一般人群中有報導。但是孩子們還共享了許多其他共同的遺傳變異，所以是否只改變這三個基 因的一個拷貝足以引起疾病的發生仍然是一個懸而未決的問題。
使用CRISPR基因組編輯，作者在小鼠的每個基因的一個拷貝上創建了完全相同的突變。只攜帶父親的兩個變種或母親變種的一個副本的小鼠沒有表現出任何心臟病的跡象。值得注意的是，具有所有三種變體的小鼠顯示出模仿兒童中觀察到的心臟缺陷。與人類疾病類似， 不僅損害了心臟的結構和功能，而且還改變了心臟和冠狀動脈血管發育所必需的數百種其他基因的表達。
5.Science：大腦島狀皮質區域負責疼痛感知與疼痛學習過程
doi:10.1126/science.aaw0474
急性疼痛，例如用尖銳的物體撞擊你的腿，會產生一種突然的，令人不快的感覺。通過這種方式，我們從痛苦的經歷中學習，以避免未來的有害情況。這被稱為「威脅學習」，幫助動物和人類生存。但是大腦的哪一部分參與了這種學習過程了呢？
我們已經知道一段時間叫做杏仁核的腦區對於「威脅學習」非常重要。但是現在，來自EPFL的Ralf Schneggenburger實驗室的科學家發現，實際上由島狀皮層發出了這樣的「警告」。眾所周知，島狀皮質在大腦外側溝內深處摺疊，可以對我們自己身體的感覺進行編碼。 此外，島葉皮質中的神經元與杏仁核中的神經元相連，但此腦連接的功能以前很少被研究過。
以小鼠為研究對象，研究人員使用光激活離子通道，這些通道被遺傳工程改造成小鼠大腦中的特定神經元。這允許他們通過在威脅學習行為期間發出短暫的雷射脈衝來關閉島狀皮質中的神經元的電活動。通過在痛苦事件中關閉島狀皮層，科學家們發現老鼠基本上無法抵 抗對腳的輕微電擊。此外，小鼠從痛苦事件中學習的能力大大降低。
該研究表明，除了告知我們的大腦有關身體狀態之外，島狀皮層還可以向其他涉及形成不愉快事件記憶的大腦區域發出強烈的警告信號。我們的研究表明，島狀皮質的沉默會消除通常與疼痛事件相關的不愉快感，因此我們的研究表明，島狀皮質中的神經元會引起疼痛的 主觀感受，並誘導其他大腦區域疼痛的學習。
6.Science：人工智慧代理需要團隊協作
doi:10.1126/science.aau6249
人工智慧代理（artificially intelligent agents）在雙人遊戲中變得越來越好，但大多數現實世界的努力需要團隊合作。Jaderberg等人設計了一個電腦程式，它擅長於在電子遊戲《雷神之錘3》的奪旗模式下玩遊戲。在奪旗模式下，兩支多人遊戲隊伍爭奪對方隊伍的旗幟。這些人工智慧代理通過玩數以千計的遊戲接受訓練，逐漸學習成功的策略，這些策略與人類所喜歡的策略並沒什麼不同。人工智慧代理成功地與人類競爭，即便它們的反應時間要慢於人類。
7.Science：我國科學家揭示富含胱氨酸的多肽促進植物的種間遺傳隔離
doi:10.1126/science.aau9564
攜帶植物精子的花粉管，需要從它們落在花中的地方生長到胚珠所在的地方。我國科學家Sheng Zhong等人如今展示了來自相關植物物種的花粉是如何首先到達胚珠的。調整一組快速進化的肽信號可加快同種花粉管的生長。一組相關的進化上古老的肽經調整後吸引所有花粉管。因此，受精更有可能通過同種花粉管發生，但是一種故障保險系統甚至促進生長緩慢者到達它們需要去的地方。
8.Science：受保護的土地和水域前途未卜
doi:10.1126/science.aau5525; doi:10.1126/science.aax6392
創建受保護的自然區的目的是長期保護它們免受破壞性的人類活動。然而，政府並不總是遵循這些意圖，並且通常在法律上取消保護並減少保護區的範圍。Golden Kroner等人觀察了過去200年的美國和亞馬遜地區，並發現了700多個這樣的變化，其中三分之二發生在2000年以來。 其中的大部分是允許破壞性做法，比如資源開採。因此，這些變化不僅會改變現狀，還會導致無法彌補的環境危害。
9.Science：一個關鍵的代謝基因讓魚類適應淡水環境
doi:10.1126/science.aau5656; doi:10.1126/science.aax7936
眾所周知，物種通過適應新環境而輻射到新的生態位。但是為什麼有些物種會以這種方式輻射，而其他相關的物種卻沒有。Ishikawa等人通過研究棘魚，確定了一些原本是海洋的棘魚譜系能夠在後冰川期的淡水環境中生活的原因。他們發現一個參與脂肪酸去飽和作用的基因在淡水棘魚譜系中發生重複。對這個基因的轉基因操作可讓海洋棘魚譜系合成脂肪酸，從而在缺乏脂肪酸的淡水飲食中存活下來。
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