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生物學
Biology
Reversing a model of Parkinson’s disease with in situ converted nigral neurons
原位轉化黑質神經細胞逆轉帕金森病模型
圖片來源：CC0 Public
（導讀 阿金）目前針對帕金森疾病的治療策略旨在防止神經元喪失或保護神經迴路。本研究報告一種通過敲除RNA結合蛋白PRB（PTBP1）分別將小鼠和人類星型膠質細胞一步轉化為功能正常的神經元。中腦星型膠質細胞可被轉化為多巴胺神經元，其軸突使黑質-紋狀體迴路得以重建，進而改善多巴胺分泌，有效逆轉小鼠的運動障礙。該發現提供有效的臨床可行方案用於治療神經退行性疾病。[相關報導：神經退行性疾病治療新突破：付向東組為治療帕金森疾病提供新的再生療法]
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加州大學付向東教授實名舉報中科院神經所楊輝研究員剽竊，涉及帕金森治療突破性研究
楊輝對付向東舉報信作出回應，中科院腦智卓越中心成立調查組
Feedback generates a second receptive field in neurons of the visual cortex
反饋在視覺皮層神經元中產生第二感受野
（導讀 阿金）動物將感知器官與大腦相連形成通路來感知周圍環境。本研究表明映射到小鼠初級視覺皮層的興奮性神經細胞會產生由非前饋感受野（ffRF）刺激激發的第二感受野。這種反饋感受野（fbRF）刺激引起的響應更慢且有延遲。具有fbRFs的神經細胞位於接收較強反饋映射的皮質層內。因此，該研究識別出的fbRF作為ffRF的補充，可能在預測處理過程中發揮作用。[論文詳細信息]
Hidden neural states underlie canary song syntax
金絲雀「歌曲」語法背後隱藏的神經狀態
（導讀 阿金）金絲雀鳴唱出的「歌曲」包含重複的音節，其構成的短樂句順序則遵循遠距離規則。本研究觀測了金絲雀探尋不同樂句順序時前運動區核HVC的神經活動狀態，識別出編碼先前轉換、延伸四個樂句、時長4秒並包含40個音節的神經細胞。這些細胞會優先編碼過去而非未來的動作，證明HVC的動態變化包括反映先前行為的「隱藏狀態」，將為控制符合遠距離規則的樂句轉換提供基礎。[論文詳細信息]
Lineage dynamics of the endosymbiotic cell type in the soft coral Xenia
千手珊瑚Xenia中內共生細胞類型的譜系動力學
（導讀 阿金）許多珊瑚內含有共生鞭毛藻，後者存活在特殊的共生體膜區室中。本研究報告一種快速生長的千手珊瑚Xenia基因組在染色體層面上的組裝，並將其作為模型探查珊瑚-藻類的內共生機制。識別出內共生細胞類型，及其表達的獨特基因與識別、吞噬和/或內吞作用、維護藻類以及宿主細胞免疫調節有關。研究結果有助於揭示不同珊瑚接納或者失去其內共生體的通用原理。[論文詳細信息]
Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals
武漢兩家醫院的新冠病毒空氣動力學分析
（導讀 阿金）新型冠狀病毒SARS-CoV-2能否通過氣溶膠傳播還不清楚。本研究測量了今年2、3月期間武漢兩家醫院內不同區域氣溶膠中的病毒RNA載量，在隔離病房和通風的病房中病毒濃度非常低，但在患者使用的洗手間中濃度較高。除了人群擁擠的區域，大部分公共區域都沒有檢測到病毒RNA。研究者認為，SARS-CoV-2病毒可以通過氣溶膠傳播，並通過實際檢驗發現，保持通風和嚴格消毒可以作為防控措施，有效降低氣溶膠中的病毒RNA載量。[相關報導：氣溶膠中測出新冠病毒核酸，武漢大學最新《自然》該怎麼理解？]
Rapid reconstruction of SARS-CoV-2 using a synthetic genomics platform
使用合成基因組學平臺快速重建SARS-CoV-2
（導讀 郭懌暄）本研究開發出基於酵母的合成基因組學平臺，可以在遺傳學上重建多種RNA病毒：通過多種方式獲得病毒亞基因組片段後，在釀酒酵母中，這些片段重組為病毒基因組，並以人工酵母染色體形式存在；最後，用T7 RNA聚合酶獲得具有感染性的RNA病毒。利用該平臺，可以在獲得DNA片段後一個星期內完成SARS-CoV-2的化學合成。這一技術進步將有助於爆發時病毒的實時生成和功能表徵。[相關報導：反向遺傳學合成法構建rSARS-CoV-2和rSARS-CoV-2-GFP病毒]
A metabolic pathway for bile acid dehydroxylation by the gut microbiome
腸道微生物組的膽汁酸脫羥基代謝途徑
圖片來源：Pixabay
（導讀 阿金）腸道微生物組合成的最豐富代謝產物包括脫氧膽酸（DCA）和石膽酸（LCA），尚不完全了解其生物合成基因，也缺乏有效的基因修飾工具。本研究在厭氧條件下通過體外重構，識別出6種酶是實現膽酸-DCA八步轉化過程的充分必要條件，從而重建脫羥基作用，將該通路設計引入產孢梭狀芽胞桿菌，證明微生物組衍生通路可進行異源表達和調控。[論文詳細信息]
Deciphering human macrophage development at single-cell resolution
以單細胞水平破譯人類巨噬細胞的發育
（導讀 王思菲）小鼠胚胎巨噬細胞浸潤到發育中的器官中分化形成組織駐留巨噬細胞（TRMs）。本研究對人胚胎卡耐基11到23期中分離的CD45+造血細胞進行單細胞RNA測序，並對卵黃囊來源的CD45+CD34+CD44+偏髓樣祖細胞（YSMPs）進行功能表徵。通過轉錄組及發育階段信息追蹤了卵黃囊來源的原始巨噬細胞或YSMP來源的胚胎肝單核細胞的特化軌跡，並評估了胚胎和成人TRMs間的相似性。該結果為研究人TRMs的發育和功能奠定基礎。[相關報導：劉兵/蘭雨/Ginhoux合作解析人類巨噬細胞的胚胎起源與特化]
Complement genes contribute sex-biased vulnerability in diverse disorders
補體基因參與多種疾病中性別偏向的易感性
（導讀 王思菲）本研究發現補體C4基因C4A和C4B和精神分裂症的風險增加相關，其變異使系統性紅斑狼瘡（SLE）的風險提高7倍，乾燥症候群的風險提高16倍。提高精神分裂症風險的等位基因降低患SLE和乾燥症候群的風險。補體蛋白水平的性別差異可幫助解釋為何C4等位基因對男性影響較大，女性患SLE和乾燥症候群的風險較高，而男性罹患精神分裂症的風險較高。[相關報導：用基因理解疾病的性別差異]
Cellular locomotion using environmental topography
利用環境因素的細胞運動
（導讀 阿金）真核細胞通過將肌動蛋白骨架的細胞內部力與環境相耦合而進行遷移。本研究表明真核細胞不僅能夠在低粘附力情況下遷移，還會在徹底沒有跨膜力耦合的作用下傳遞力。肌動蛋白骨架沿著底物質地逆向流動，產生的逆向剪切力足以驅動細胞體前進。粘附依賴遷移和無粘附遷移並不互相排斥，可同時互相切換。無粘附遷移使細胞完全行為自主。[論文詳細信息]
Oncometabolites suppress DNA repair by disrupting local chromatin signalling
腫瘤代謝產物通過局部破壞染色質信號抑制DNA修復
（導讀 阿金）腫瘤代謝產物可抑制DNA的同源依賴修復，但具體機制尚不清楚。本研究發現腫瘤代謝物誘導抑制賴氨酸去甲基化酶KDM4B，導致組蛋白3賴氨酸9（H3K9）在DNA斷裂周圍出現異常高甲基化，掩蓋了HDR所需的局部H3K9三甲基化信號，關鍵修復因子TIP60和ATM的招募大大受損，末端切除及下遊修復因子的招募降低。該發現為理解腫瘤代謝物誘導的HDR抑制機制提供見解。[相關報導：腫瘤代謝物如何阻礙DNA修復]
The proteome landscape of the kingdoms of life
生物界的蛋白質組景觀
（導讀 郭懌暄）本研究利用一種先進的蛋白質組學流程，即通過微結構和可重複性的色譜系統進行肽段分離，對100種分類上多樣生物的蛋白質組進行深入研究。通過標準化方法獲得兩百萬肽段和340000個蛋白。該數據為大規模基於序列的機器學習提供實例。通過比較整個進化範圍的蛋白功能組織，發現負責蛋白穩態和摺疊的蛋白佔所有界總蛋白組量的比例較高，供能相關蛋白的比例同樣也較高。[相關報導：細菌與人體內蛋白質的相似性]
材料科學
Materials Science
High-strength Damascus steel by additive manufacturing
增材製造高強度大馬士革鋼
圖片來源：hiconsumption.com
（導讀 阿金）雷射增材製造可從金屬粉末中製造出複雜的三維部件。本研究報告一種適用於雷射增材製造的Fe19Ni5Ti鋼，通過納米原位沉澱和馬氏體相變局部控制形成多個尺度下的複雜結構層次。製備出的鋼材料包含交替的硬質層和軟質層，具有1300兆帕的拉伸強度和10%的延伸率。該研究使用的方法有潛力應用於各種沉澱硬化合金和不同的增材製造工藝。[論文詳細信息]
Ultralow-dielectric-constant amorphous boron nitride
超低介電常數的非晶氮化硼
（導讀 阿金）電阻增加和電容延遲導致處理速度下降，是縮小電子器件的主要障礙。本研究報告一種三納米厚的非晶氮化硼薄膜，在100kHz和1MHz的工作頻率下表現出超低相對介電常數（k）值，分別為1.78和1.16，具有機械和導電穩健性，以及每釐米7.3兆伏的擊穿強度。研究結果證明了非晶氮化硼所具備的低k值介電特徵有潛力應用於高性能電子器件。[論文詳細信息]
Optical Fourier surfaces
光學傅立葉表面
（導讀 阿金）傅立葉光學可產生期望的衍射輸出，但實際製造技術會產生幾個深度級別的表面輪廓，限制了複雜衍射光學器件的製造。本研究結合熱掃描探針光刻技術和模板技術，通過創建一個超薄光柵克服了先前光子學局限，創建出深度連續可控和亞波長空間解析度的周期性、非周期性表面圖案。該方法有潛力應用於光學設備和光子學新興領域的探索。[論文詳細信息]
其他
【Planetary Science-行星科學】A planet within the debris disk around the pre-main-sequence star AU Microscopii
圍繞主序前星AU Microscopii的星周塵盤中的行星
（導讀 阿金）AU Microscopii（AU Mic）是距離太陽系第二近的主序前星，擁有一個相對罕見且空間分辨的邊緣巖屑盤，探測其中新形成的行星仍是挑戰。本研究報告對行星AU Mic b經過AU Mic 的觀測。其軌道周期為8.46天，軌道距離為0.07個天文單位，半徑為0.4個木星半徑，質量則少於0.18個木星質量，置信度為 3σ。該觀測結果為檢驗現有的行星形成和演化模型提供線索。[論文詳細信息]
【Physics-物理】Entanglement-based secure quantum cryptography over 1,120 kilometres
基於糾纏的1120千米級量子安全加密技術
（導讀 阿金）量子密鑰分發（QKD）是理論上安全的遠程用戶共享密鑰的方法。本研究證明在無需可信中繼情況下，以0.12bit/s的有限密鑰速率在兩個相距1120km的地面基站間實現基於糾纏的QKD。所生成的密鑰對於實際設備安全有效，該方法不僅增加了地面安全距離，同時極大提高了QKD的實際安全性。[相關報導：潘建偉團隊實現1120千米遠距離量子通信]
【Chemistry-化學】Mapping the emergence of molecular vibrations mediating bond formation
分子振動介導成鍵的映射過程
（導讀 阿金）化學反應的基礎研究通常考慮沿反應坐標的分子動力學，但以時間分辨方式跟蹤所有核運動，從而完全映射其動力學仍有挑戰。本研究使用飛秒X射線液相圖和X射線自由電子雷射，跟蹤了金三聚體在單體水溶液中由光誘導成鍵過程中的分子振動波包軌跡，使用實驗數據映射且分配出特定的正常模式。該實驗方法有潛力用來直接跟蹤許多化學反應中涉及的原子運動。[論文詳細信息]
【Geoscience-地球科學】Variable water input controls evolution of the Lesser Antilles volcanic arc
水輸入量變化控制小安的列斯火山弧的演變
（導讀 譚坤）大洋巖石圈下滲的水對巖漿的產生、地震、大陸地殼的形成和礦物資源起著控制作用。確定不同的潛在流體來源並追蹤流體的釋放及其到地表的過程具有挑戰性。本文研究小安的列斯群島火山弧的微量元硼素和熔融包裹體的同位素指紋，表明蛇紋巖，而不是地殼或沉積物，是中央火山弧俯衝水的主要供應者。這些綜合地球化學和地球物理數據表明,俯衝板塊的結構和水化作用與弧形的演變及其相關的地震和火山災害直接相關。[相關報導：地球深部的水引發了火山和地震]
【Archaeology-考古】Monumental architecture at Aguada Fénix and the rise of Maya civilization
AguadaFénix的紀念性建築與瑪雅文明的興起
圖片來源：Pixabay
（導讀 阿金）傳統上考古學家認為瑪雅文明的發展是從小村落漸進而成的。本研究使用雷射雷達技術定位並挖掘出先前位置的Aguada Fénix遺址，發現一個長1400米，高約10到15米的人工高臺，並以其為中心有9條堤道以輻射狀向外延伸出去。研究人員使用放射性碳同位素定年測定該建築建於公元前1000年至800年。該建築表明在瑪雅文明最初發展中社區工作的重要性。[相關報導：墨西哥發現最大最古老的瑪雅建築遺址]
期刊推薦與徵稿
【生物學徵稿】極端環境中的生命 | BMC 期刊聯合徵稿
@BMC科研永不止步
砥礪十年,再鑄輝煌 |《自然-通訊》前任主編Magdalena Skipper訪談錄
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科學60秒
科學60秒：學習/工作的時候總是走神？可能是工作記憶能力太強了 | 1:26
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本周值得讀·論文推薦
年紀到了也能保持高代謝，神秘分子既燃脂又增肌｜演技不過關，只需把臉換？迪士尼開發百萬像素換臉新技術｜本周值得讀 · 論文推薦
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6 月 27 日：看不見數字的人：能認出「B」，但看不見「8」；中國近30年青少年婚育率整體下降，男女比例愈加失衡
6 月 20 日：在中國，這種病毒一年內導致11萬多人患癌；不動也能燃脂的「脂肪燃燒」分子誕生；稀釋血漿便能逆轉衰老
6 月 13 日：治療禿頂又有希望了；讓你爆痘的不是因為吃辣，而是另有真兇；AI也精通了「讀唇術」？
6 月 6 日：喝咖啡或有助於女性減肥；疫情期間發論文變少了，在家帶娃是主要原因？人類腫瘤裡發現大量細菌
5 月 30 日：1%的人只吃不胖，原因就在這個基因；黑白照片修復亦可「如假包換」，華人學者提出實例感知著色新方法