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2016.12.6 每日早知道

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浏览:- 发布日期:2016-12-06 08:55:53【

周二

年终盘点:2016年打破教科书挑战常规的突破性研究
目前教科书中的很多理论知识,以及日常生活中的传统认知仅限于科学家们当前的研究结果,然而科学研究不断在发展,新的研究结论也层出不穷,教科书中的知识点会被覆盖更新,很多传统认知也会被替换。

本文中小编就盘点了2016年那些打破教科书或挑战常规理论的突破性研究成果,与各位一起学习!

【1】Cell子刊:打破教科书的发现:没有线粒体的微生物
doi:10.1016/j.cub.2016.03.053
根据已知的科学知识,真核细胞中线粒体(负责呼吸与能量转移的细胞器)是必需的细胞成分。可以把它想象成一个负责转移能量的微型电池,基于此细胞才可以正常工作。

如今,加拿大与捷克的科学家们发现了一个惊人的现象:一种真核细胞可以在没有线粒体的情况下存活。这一发现彻底打破了我们以往对细胞的认识,换句话说,生命远比我们想象的要灵活得多。

"一直以来,线粒体被认为是真核生物细胞中不可或缺的部分,也是真核细胞进化上的里程碑式的标志",该研究组的领头人,来自不列颠哥伦比亚大学的Anna Karnkowska说道。

这个奇特的微生物分离自宠物的皮毛样本。通过基因组测序,研究者们发现该微生物缺少可以编码线粒体蛋白质的基因。"这令我们感到意外",研究者之一Karnkowska说道:"理论上这样的生物是不存在的"。

【2】Cell:改写教科书!缺失一些必需基因,细胞照样存活!
doi:10.1016/j.cell.2015.10.069
在一项新的研究中,来自新加坡科技研究局(A*STAR)的研究人员发现酵母细胞即便缺失某些“必需的”基因,也仍然能够存活下来。这一令人吃惊的发现在理解细胞如何适应充满挑战性的环境以及解决耐药性问题上产生重大影响。相关研究结果近期发表在Cell期刊上,论文标题为“Gene Essentiality Is a Quantitative Property Linked to Cellular Evolvability”。

在此之前,必需基因(essential gene)被定义为在细胞存活中起着至关重要作用的基因。这种教科书上的定义成为很多治疗方法的基础:药物被开发出来阻断癌细胞和致病性细菌中的必需基因,从而杀死这些危险的细胞。

如今,在这项研究中,来自A*STAR医学生物学研究所和新加坡免疫学组(Singapore Immunology Network)的Giulia Rancati、Norman Pavelka和及其同事们证实这种情形并不是如此明了。他们发现,在给定时间内,酵母细胞能够经历进化过程,从而允许它们适应某些之前被认为是必需的基因的缺乏。

【3】Nature:挑战常规,绝大多数人肠道细菌能够在体外培养
doi:10.1038/nature17645
微生物几乎在地球每个环境中蓬勃生长,但是令人吃惊的是,已知当在实验室中培养时,只有一小部分能够茁壮成长。因此,研究人肠道微生物组主要采用基因组方法。如今,在一项新的研究中,通过将微生物培养实验和基因组方法结合在一起,来自英国韦尔科姆基金会桑格学院研究所(Wellcome Trust Sanger Institute)等机构的研究人员及其同事证实与广泛接受的观念---大多数微生物在体外是“不能培养的(unculturable)”---相反的是,大多数已知的肠道微生物物种能够在体外培养和保存。这些研究结果揭示出很多之前“不能培养的”肠道微生物属于新的群体,而且为了在人体外存活下来,它们当中将近60%形成孢子。相关研究结果于2016年5月4日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Culturing of ‘unculturable’ human microbiota reveals novel taxa and extensive sporulation”。

美国北卡莱罗纳大学微生物学教授James Oliver(未参与这项研究)说道,“这真地是一项非常完美的研究,它面面俱到,作出重要贡献。”

为了评估多少人肠道菌群在体外能够培养,来自韦尔科姆基金会桑格学院研究所的Trevor Lawley和同事们开始利用来自6名健康人的新鲜粪便样品开展研究。他们对这些样品进行测序以便从中鉴定出细菌多样性,在含有YCFA培养基的培养皿上培养来自这些样品的细菌,然后对原始样品的基因组测序数据与能够在培养皿中生长的细菌菌种的基因组测序数据进行比较。

【4】EMBO Rep:挑战几千年传统中草药疗法效率 科学家认为中草药疗法或存在健康威胁
doi:10.15252/embr.201642375
全球数百万人目前都在使用中草药健康疗法,而草药疗法要追溯到几千年以前了,很多人认为中草药疗法比较安全,因为该疗法已经使用了很多年了;但近日来自贝勒医学院和石溪大学的研究人员通过联合研究发现,长期使用中草药疗法或许并不安全,相关研究刊登于国际杂志EMBO Reports上。

文章中,研究者发现,马兜铃属植入可以引发机体患马兜铃酸肾病(aristolochic acid nephropathy),而这类疾病的患者往往会经历间质性肾炎、肾功能衰竭和及泌尿道癌症等疾病。据国家处方数据库数据显示,在台湾,1997年至2003年间有800万人都进行了包含马兜铃属植物的中草药疗法,而相关的对肾衰竭及癌症患者的研究数据则显示,数百万人都有患马兜铃酸肾病的风险。

对于遗传上易感的人群而言,摄入马兜铃属植物会在马兜铃内酰胺(马兜铃属植物的化合物)和肾脏组织DNA间形成复合物,而这些复合物会导致TP53肿瘤抑制基因的突变,从而开启肾脏癌症的发生,其它研究也表明上述过程会引发肝脏和膀胱癌症的发生。研究者Marcus指出,其它中草药和传统医学疗法当然也会在非洲和亚洲人群中引发严重的疾病事件,但目前仍缺乏相关的流行病学数据。

【5】IJC:新研究挑战老观点——“姨妈”大战卵巢癌?
DOI: 10.1002/ijc.30144
最近一项研究表明,月经周期紊乱的女性晚年发生卵巢癌以及因卵巢癌死亡的风险更高。这项研究首次表明女性月经周期在非正常情况下变长或无月经与卵巢癌风险增加之间存在关联,同时对之前关于随着女性排卵总数增加,卵巢癌风险也逐渐增加的假说提出了挑战。

相关研究结果发表在国际学术期刊International Journal of Cancer上。

普遍认为排卵周期少是避免卵巢癌的一种保护性因素。因此服用特定类型的避孕药,妊娠以及输卵管结扎等终止排卵的措施也被认为能够帮助降低卵巢癌风险。

虽然在所有患癌女性中,卵巢癌患者仅占3%,但卵巢癌是所有妇科癌症中的头号杀手。所有诊断为卵巢癌的女性中只有不到一半的病人存活超过5年。一些卵巢癌的早期症状经常被病人忽视或被误诊为其他疾病,并且目前还没有用于卵巢癌常规筛查的方法和标记物,因此多数病人发现病情的时候已经错过最佳治疗时机。

【6】Cell:挑战常规!体腔中的巨噬细胞直接促进组织快速修复
doi:10.1016/j.cell.2016.03.009
尽管科学家们多年来已知道有细胞生活在诸如心脏、肺部和肝脏之类的多种器官周围的空腔中,但是它们的功能一直是未知的。在一项新的研究中,来自加拿大卡尔加里大学卡明医学院(Cumming School of Medicine)的研究人员研究了这些细胞,并且发现它们在组织快速修复中起着不可或缺的作用。相关研究结果发表在2016年4月21日那期Cell期刊上,论文标题为“A Reservoir of Mature Cavity Macrophages that Can Rapidly Invade Visceral Organs to Affect Tissue Repair”。

在体腔中发现的几种类型免疫细胞中,这项研究特别地研究巨噬细胞---在清除体内有害的物质和微生物(如毒素和细菌)以及清除死亡组织中发挥着关键性作用的免疫细胞。在研究肝脏周围的腹腔时,这项研究证实巨噬细胞在腹腔内巡逻,一旦发现器官损伤,就将它们自己附着到受损区域以便快速修复损伤。

【7】Cell:挑战常规!揭示表观遗传记忆跨代传递新机制
doi:10.1016/j.cell.2016.02.057
根据表观遗传学---研究可遗传的基因变化,其中这种基因变化并不是由我们的DNA直接编码的---的说法,我们的生活经历可能传递给我们的孩子和我们的孩子的孩子。对创伤事件存活者的研究已提示着遭受应激(exposure to stress)可能确实持续地影响子孙后代。但是这些表观遗传“记忆”是如何传递的呢?

在一项新的研究中,来自以色列特拉维夫大学的Oded Rechavi博士和他的团队精确地阐明让环境影响遗传“开启”和“关闭”的机制。他们揭示出决定哪些表观遗传反应(epigenetic response)会被遗传以及持续多长时间的规则。相关研究结果发表在2016年3月24日那期Cell期刊上,论文标题为“A Tunable Mechanism Determines the Duration of the Transgenerational Small RNA Inheritance in C. elegans”。

Rechavi博士说,“在此之前,人们一直认为一种被动稀释或衰减过程调控着表观遗传反应的遗传。但是我们证实存在一种主动过程调节着表观遗传反应的跨代遗传。”

【8】Nature:改写教科书!挑战细胞内蛋白转运经典理论
doi:10.1038/nature19309
当人体的一切运转正常时,这是因为大量新合成的蛋白折叠成正确的结构和在正确的时间被转运到细胞内的正确位点上。相反地,很多人类疾病---比如癌症和神经退行性疾病---之所以会发生是因为这个过程的某些方面发生差错。

理解触发这个过程的机制在设计越来越有效的药物和疗法用于治疗这些疾病中发挥着至关重要的作用。如今,在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学的研究人员在对蛋白转运的众多基本机制中的一种机制获得新的深入认识后,有望改写教科书。相关研究结果发表在2016年8月11日那期Nature期刊上,论文标题为“Cotranslational signal-independent SRP preloading during membrane targeting”。

当mRNA运送指令和命令到核糖体上时,蛋白的旅程就开始了。核糖体读取编码在mRNA上的信息---mRNA本身就是通过转录人DNA中的基因而产生的---和产生特定的蛋白。下一步就是事情变得有趣的地方。

【9】PNAS:改写教科书!DNA也会天然地发出荧光!
doi:10.1073/pnas.1602202113
在一项新的研究中,来自美国西北大学的研究人员捕获到DNA做一种之前从未观察到的事情:它发出荧光。相关研究结果发表在2016年8月15日那期PNAS期刊上,论文标题为“Superresolution intrinsic fluorescence imaging of chromatin utilizing native, unmodified nucleic acids for contrast”。

几十年来,教科书写道活细胞内DNA、RNA和蛋白质等大分子不会独立地发挥荧光。当对大分子进行成像时,人们需要依赖对大分子进行标记的荧光染料增强它们的对比度。

但是,如今,来自美国西北大学的Vadim Backman教授、Hao Zhang教授和Cheng Sun教授发现活细胞内的大分子结构事实上确实天然地发出荧光。这一发现可能为开发出一种新的无需荧光标记的超分辨率纳米成像技术和扩大对生物学过程的理解铺平道路。

Zhang说,“教科书写道,生物大分子不会吸收光线,也不会发出荧光。这是每个人学到的东西;它是训练的一部分,但是没有人对此提出质疑。”

【10】Science:重磅!改写教科书上的共生经典例子
doi:10.1126/science.aaf8287
地衣(lichen)的词典条目可能需要编辑一下。一项新的研究推翻了关于地衣的古老的一种藻类-一种真菌共生观点,替换它的是一种略微复杂的观点:一种藻类-两种真菌,其中这两种真菌为已知的子囊菌和新发现的担子菌酵母。相关研究结果于2016年7月21日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Basidiomycete yeasts in the cortex of ascomycete macrolichens”。

论文共同作者、美国普渡大学真菌学家M. Catherine Aime在新闻稿中说,“这一发现推翻了我们关于地球上这种研究得最为透彻的共生关系的长期假设。这些酵母组成一个完整的但是之前不为人所知的群体,但是它们作为第三种共生伙伴存在于每个大陆上的许多种地衣中。”(生物谷Bioon.com)



Science:中国北京大学发现开发活病毒疫苗或是可行的
在一项新的研究中,来自中国北京大学的研究人员开发出一种新型疫苗。他们声称这可能提供一种新方法来产生活病毒疫苗,而且在他们的想象下,这种疫苗可能适合于任何一种病毒类型。他们概述了他们对一种流感病毒进行修饰而导致它在没有感染风险的情形下引发免疫反应的方法。相关研究结果发表在2016年12月2日那期Science期刊上,论文标题为“Generation of influenza A viruses as live but replication-incompetent virus vaccines”。

当前,大多数疫苗含有已被杀死的或已被削弱到当注射到健康人体内不可能导致感染的程度的病毒。如果类似的病毒在体外被发现,并且在它们有发生增殖和导致感染的机会之前,这些疫苗通过导致免疫系统靶向这些类似的病毒发挥作用。不幸的是,在某些情形下,具有较弱免疫系统的人发现自己在接种疫苗后遭受感染。在这项新的研究中,研究人员采取一种新方法构建疫苗---对一种流感病毒进行修饰,并且以一种不允许导致任何病人遭受感染的方式进行修饰。

研究人员了解到病毒利用某些氨基酸作为这种感染过程的一部分---他们随后通过利用他们已在实验室中制造的一种人工氨基酸替换参与感染过程的一种氨基酸来对一种流感病毒进行修饰,其中这种人工氨基酸在正常情形下不会出现在病毒或人体中。在缺乏正确的氨基酸情形下,这种病毒仍然能够发挥功能,但是它不能够导致感染,而且鉴于它仍然是一种流感病毒,它在体内的存在导致免疫系统攻击它们和遇到的任何其他类型的流感病毒,因而阻止感染发生。本质上,它与传统的疫苗一样地发挥作用,同时不会让病人产生因接受疫苗接种而遭受感染的风险。

研究人员报道他们构建的试验疫苗经发现可导致小鼠产生抗体反应,而且这种效果与利用常规疫苗导致的效果相当。当在较晚的时候给这些受试小鼠第二次接种这种试验疫苗时,研究人员发现它们的抗体水平增加6到8倍。再者,他们发现这种病毒有效地阻止小鼠、雪貂和豚鼠遭受流感病毒感染。

研究人员计划在开展临床试验之前继续利用他们开发的疫苗开展更加严格的测试。(生物谷 Bioon.com)

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