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2017.1.24 每日早知道

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浏览:- 发布日期:2017-01-24 08:36:37【

周二

Science:利用宏基因组数据预测之前未知的蛋白结构
根据一项新的研究,从多种环境中收集的DNA序列数据有助研究人员构建出600多种蛋白家族的三维结构模型,而在此之前,它们的结构是未知的。这些宏基因组数据能够让人们在多种物种之间进行蛋白序列比较,从而允许利用统计学力量预测这些之前不可能预测的蛋白结构。相关研究结果发表在2017年1月20日那期Science期刊上,论文标题为“Proteinstructuredeterminationusingmetagenomesequencedata”。

美国加州大学洛杉矶分校蛋白生化学家DavidEisenberg(未参与这项研究)说,“重大的关键信息是如今利用计算方法获得非常好的蛋白结构模型是可行的。这是非常重要的,这是因为[这些作者们]能够获得比几年前获得的更多蛋白的结构模型。”

重要的是,德国马克斯-普朗克生物物理化学研究所计算生物学家JohannesS?ding(也未参与这项研究)补充道,“这些方法并不需要任何实验数据”,比如利用X射线晶体分析术或核磁共振成像等揭示蛋白结构的传统技术获得的那些数据。

S?ding解释道,直到最近,生物学家们利用同源建模预测他们喜欢的蛋白的结构---“那就是你有一种与你感兴趣的蛋白存在同源关系的模板蛋白,而且利用这种同源性,你基本上能够复制这种结构,并让它适应这种新的序列。”但是,他说,利用这种新的方法,“即便你没有模板蛋白的话,你也能够构建出[准确的]模型”。

领导这项新研究和开发出蛋白结构预测软件Rosetta的美国华盛顿大学研究员DavidBaker说,自从发现氨基酸序列决定着蛋白折叠方式以来,科学家们一直在研究利用蛋白序列计算它的结构的方法。

Baker说,已知蛋白折叠成它们最低的能量状态,但是经常存在如此多可能的低能量构象,特别是对大分子蛋白而言,毕竟构象本身很少会提供有价值的信息。他补充道,利用实验确定的蛋白结构数据能够提高Rosetta的计算准确性,“但是几年前,我们和其他人已意识到如果你拥有来自一个大的蛋白家族的足够多序列,那么你可能能够基于它们在进化期间的共同变异(covariation),鉴定出在三维结构中进行接触的氨基酸残基对。”

简而言之,如果两个氨基酸在一个蛋白内相互作用,那么它们可能一起进化。比如,如果它们的电荷是相反的,一种突变改变一个氨基酸的电荷,那么另一个氨基酸可能也会发生改变。对来自多种物种的给定蛋白进行序列比较能够鉴定出这些共同进化的---因此相互作用的---氨基酸残基。

几年前,Baker团队利用这种方法预测几十种蛋白家族的结构。自那以后,其中的6种蛋白已通过实验加以确定,而且在这项新的研究中,对Rosetta预测结果和这些实验结果进行一一比较,结果表明它们是“真地真地类似的”。

但是如果感兴趣的蛋白并没有大量的多样性序列用于比较,那么将会怎么样?Baker解释道,这正是宏基因组学发挥作用的地方。

Baker说,宏基因组数据是通过对一种给定样品(比如土壤,池塘水等等)中的所有DNA进行测序获得的,因此“你获得巨大的多样性序列。它极大地扩大蛋白家族的数量,因此有足够多的序列比较来产生准确的结构模型。”确实,利用宏基因组数据,Baker团队能够自信地预测另外614个蛋白家族的结构。

Baker说,“它是非常令人关注的,这是因为每个蛋白家族当中有至少1000种不同的蛋白,因此这些结构模型很可能覆盖一百万多种当前结构未知的蛋白。”

Baker说,相比于真核生物DNA序列,宏基因组数据通常含有更高比例的原核生物DNA序列。因此,在剩余的4500种左右的仍然没有结构模型的蛋白家族当中,很多蛋白家族是真核生物特异性的。他说,“如今,我们正在尝试着做的事情是收集来自全世界正在参加针对鸟、鱼、蠕虫和真菌等真核生物的基因组测序项目的人体中的基因组序列。”

美国马里兰大学的JohnMoult(未参与这项研究)说,“这项研究的限制在于序列可获得性。但是,如今每年有大量的新序列出现,因此仅需提前预测一下,你就会明白这一点:利用这种相同的方法,你将会在接下来的5年或10年内对剩下的蛋白家族留下深刻的影响。”(生物谷Bioon.com)


1月必看的重磅级研究Top10

【1】NatCommun:突破!科学家成功开发出新版本干细胞或具有强大的治疗潜力
doi:10.1038/NCOMMS13724

最近,一项发表在国际杂志NatureCommunications上的研究报告中,来自北卡罗来纳州立大学、中国郑州大学第一附属医院等机构的研究人员通过研究开发出了一种合成版本的新型心脏干细胞(Cardiacstemcell,CSC),相比天然干细胞而言,这些合成细胞能够提供一定的治疗潜力,同时还能够降低干细胞疗法相关的疾病风险,此外研究者开发的这种新型干细胞还具有一定的稳定性,该技术有望帮助开发其它类型的干细胞。

干细胞疗法能够通过促进机体内源性修复来发挥作用,也就是说,其能够通过分泌一些旁分泌因子(paracrinefactors)来帮助损伤的组织进行修复,这些旁分泌因子包括蛋白质和遗传物质,当干细胞疗法能够对疾病进行有效治疗时,往往也会诱发机体肿瘤的生长和免疫排斥反应的产生,此外这些干细胞自身都非常脆弱,在其被使用之前需要进行包括储存等一系列重要的过程。

【2】Science:伤口愈合会留疤痕可怎么办?看这里!
DOI:10.1126/science.aai8792

科学家们最近找到一种让伤口愈合为再生皮肤而非疤痕组织的新方法,这种方法可以将伤口处最常见的细胞类型转变成脂肪细胞,在该研究之前一直认为这种转变在人体上不可能发生。相关研究结果发表在国际学术期刊Science上。

在正常情况下皮肤中有脂肪细胞存在,但是当伤口愈合为疤痕脂肪细胞就会消失。肌成纤维细胞是处于愈合过程的伤口中最常见的一类细胞,被认为只能形成疤痕组织。疤痕组织中也没有任何毛囊因此看起来与正常皮肤不同。研究人员以这些特性为基础进行了他们的研究。

该研究发现毛发和脂肪各自发育但是发育过程并非完全独立进行。研究人员曾经发现了毛囊形成所必需的一些因子,现在他们又发现一些由再生毛囊产生的因子可以将周围的肌成纤维细胞转变成脂肪细胞而非形成疤痕。没有毛发形成的时候也不会形成脂肪细胞,一旦形成毛发就会随之形成脂肪细胞,并且与已经存在的脂肪细胞没有区别,这样愈合形成的伤口就会看起来非常自然而不会留下疤痕。

【3】Science:科学家成功解析HIV病毒关键结构攻克重大难题
DOI:10.1126/science.aah5163

美国Salk研究所的科学家们最近解析了HIV病毒中一个关键部分的原子结构,这个叫做整合体(intasome)的关键结构能够帮助HIV整合到人类宿主DNA并在体内复制。相关研究结果发表在国际学术期刊Science上,该研究有助于开发新的HIV治疗药物。

本文作者DmitryLyumkis表示:“HIV是一种非常聪明的病毒,学会了如何逃脱最好的药物。深入理解病毒逃逸机制,开发适用性更强的药物将会是未来研究的一个主要方向。”

在这项新研究中,研究人员使用了单颗粒低温电子显微镜,这种技术能够帮助科学家们对比较大的复杂动态分子进行图像捕捉。他们在病毒整合体上添加了一个特殊蛋白促进整合体在甘油中的溶解性,并加入了一些盐离子防止蛋白聚集成块。

【4】FPH:科学家发现大部分人实际上处于过胖状态
doi:10.3389/fpubh.2016.00279

近日,刊登在国际杂志FrontiersinPublicHealth上的一项研究报告中,来自奥克兰理工大学等机构的研究人员对当前的研究数据进行了深入分析发现,目前全球有高达76%的人口(大约55亿人)都是过胖人群。研究者PhilipMaffetone表示,过胖(overfat)的流行甚至会在那些锻炼及参加体育活动的人群中也会出现。

研究人员提出了关于过胖的新概念,即个体机体中含有能够影响健康的过度体脂,基于对当前研究数据的深入分析,研究者讨论了这种过胖和肥胖发生的原因,同时他们还分析了为何有些正常体重的人群也会落入过胖的范畴之中。过胖的分类包括慢性疾病风险因子增加的正常体重个体,比如较高的腹部脂肪,以及那些正常体重的代谢肥胖型个体。

为何肥胖的流行率在过去30至40年里会发生显著增长,本文研究中研究者就对体脂水平不健康的大量人群进行了相关研究,Maffetone指出,我们想深入理解影响肥胖的风险因子,同时还希望能够进行更多研究来开发出改善全球人类健康的新型措施。目前全球大约有9%至10%的人群处于因饥饿引发的过瘦状态,而这一数字也会快速下降,然而随着人口老龄化、慢性疾病、过度锻炼以及厌食症人群的增加,往往会增加非饥饿引发的过瘦人群的数量。

【5】NatCommun:重磅级研究!科学家发现HIV病毒的寿命已经5亿岁了
doi:10.1038/ncomms13954

近日,发表在国际杂志NatureCommunications上的一项研究报告中,来自牛津大学的研究人员通过研究表示,包括HIV在内的逆转录病毒或许已经有5亿岁了,这要比科学家们此前认为的寿命还要老很多年,而且研究者认为,逆转录病毒或许起源于古代海洋,而且其实随着动物宿主慢慢实现了从海洋到陆地的转变。

本文研究为科学家们理解病毒和其宿主之间的“军备竞赛”提供了新的线索,研究者ArisKatzourakis博士指出,关于逆转录病毒的起源我们并不是很清楚,部分是因为缺少地质华师的记录,逆转录病毒广泛分布于脊椎动物中,同时其还可以在宿主之间互相传播,最终引发新的疾病,比如HIV等,而且逆转录病毒还能够在不同宿主之间实现跳跃性变化,截至目前为止,研究者仍然认为这类病毒是“新手”(只有1亿岁)。

【6】Nature:吊炸天!在体筛选800多个基因发现阻止癌症转移的新靶点
DOI:10.1038/nature20792

来自英国桑格研究院的一项新研究为遏制肿瘤转移找到了新的药物靶点。相关研究结果发表在国际学术期刊Nature上。这项研究共发现23个参与癌细胞转移调控的基因,研究人员证明靶向其中一个基因——Spns2能够显著抑制肿瘤扩散。

肿瘤转移是导致癌症病人死亡的首要原因。高达90%的癌症死亡都因癌症转移而发生,但是目前对癌症转移的调控机制仍了解不足。

为了找出影响癌细胞转移的基因,研究人员借助敲除了单个基因的多种基因工程小鼠对肿瘤转移过程进行了研究。他们筛选了810个基因在其中发现了23个促进或抑制皮肤肿瘤细胞向肺部扩散的基因。其中的许多基因还会引起免疫系统的变化。

移除Spns2基因会引起最显著的变化,可以大大抑制肿瘤向肺部的扩散。随后研究人员又检测了该基因对其他癌症扩散的作用,包括结肠癌,肺癌和乳腺癌,并发现敲除Spns2也会抑制这几种癌症的转移。

【7】PNAS:重大突破!科学家阐明HIV如何成功感染机体
doi:10.1073/pnas.1620144114

一旦进行性接触,AIDS病毒就会克服多种屏障寻找正确的靶向细胞并且建立新型感染,病毒往往会横穿生殖道粘膜,强行通过紧密组装的上皮细胞最终实现入侵机体的目的,但在病毒感染机体时它们往往需要克服机体的免疫警钟—1型干扰素,实际上据很多研究结果表明,在1000例无防护的性接触个体中,仅会有1人最终成功感染HIV-1。

来自宾夕法尼亚大学的研究人员BeatriceHahn博士指出,这些病毒的特殊之处到底在哪里呢?人类机体拥有强大的保护性屏障能够有效阻挡HIV的感染。这项研究刊登于国际杂志PNAS上,文章中研究者通过研究检测了HIV-1毒株如何成功穿过机体生殖道粘膜从而成功感染机体,研究者对8名HIV-1慢性感染者及其匹配接受者机体的血液和生殖道分泌物的病毒进行分离和检测,结果鉴别出了携带特定生物特性的HIV-1毒株亚群,这些特性能够帮助HIV-1有效建立新型感染。

【8】Science:突破性成果!科学家重编程胚胎干细胞成功扩展其潜在的细胞命运
doi:10.1126/science.aag1927

近日,一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中,来自加利福尼亚大学等机构的研究人员通过联合研究开发出了一种新方法,该方法能够对小鼠胚胎干细胞进行重编程使其能够表现出颇似受精卵一样的发育特性。研究者指出,这些全能样的干细胞不仅能够产生发育胚胎中所有的细胞类型,还能够产生一些特殊类型的细胞,这些细胞能够促进胚胎和母体之间的营养交换。

这项研究或将帮助研究人员理解早期胚胎发育过程中的分子决策,同时也将扩展干细胞所产生的组织类型的“目录”,对于后期再生医学研究以及基于干细胞疗法的开发也至关重要。一个受精卵拥有完全的发育潜能,其能够产生所需的所有细胞类型,包括发育中的胚胎以及额外的胚胎组织,胎盘哺乳动物、胚外组织比如胎盘以及卵黄囊的特性对于胎儿和母亲之间进行营养和废物交换非常重要。

【9】PLoSONE:吃辣椒可降低死亡率
doi:10.1371/journal.pone.0169876

喜欢辣的食物吗?如果喜欢的话,那么你可能存活更长时间。在一项大规模的前瞻性研究中,来自美国佛蒙特大学拉纳医学院的研究人员发现吃红辣椒与总死亡率下降13%相关联。相关研究结果于2017年1月9日发表在PLoSONE期刊上,论文标题为“TheAssociationofHotRedChiliPepperConsumptionandMortality:ALargePopulation-BasedCohortStudy”。

几个世纪之前,辣椒和香料就已被认为有利于治疗疾病,但是人们仅在中国完成的并在2015年发表的一项研究中研究了吃辣椒与死亡率之间的关系。这项新的研究验证了早前的这项研究的结果。

利用从已接受高达23年随访的1.6多万美国人体内收集的NHANESIII数据,医学生MustafaChopan和医学教授BenjaminLittenberg博士依据吃红辣椒与否,研究了这些参与者的基线特征。他们发现相比于不吃红辣椒的参与者,吃红辣椒的参与者往往是“更加年轻的,男性,白人,墨西哥裔美国人,已婚的,而且往往吸烟,喝酒,吃更多的蔬菜和肉类…具有更低的高密度脂蛋白-胆固醇(HDL-C),更低的收入和更少的教育。”他们研究了接受中位数为18.9年的随访的参与者的数据,记录这些参与者的死亡人数,随后分析了死亡的特定病因。他们发现死亡病例主要是由心脏病或中风导致的。

【10】SciencePNAS:重大突破!科学家首次在细菌中发现朊病毒样蛋白
DOI:10.1126/science.aai7776

朊病毒(Prions)是一种被认为能够引发诸如疯牛病等大脑退行性疾病的感染性因子,如今研究人员在细菌中或许也发现了朊病毒的踪迹。肉毒杆菌是一种能够诱发中毒的细菌,研究者发现,当肉毒杆菌中的一部分蛋白插入到酵母和大肠杆菌的细胞中时,该蛋白的行为类似于朊病毒,相关研究发表于Science杂志上。

朊病毒由蛋白质生成,其能够以多种结构上不同的方式进行折叠,朊病毒蛋白往往能够将正常形式转化成为朊病毒形式来维持一种传染性的方式,20世纪80年代当科学家们对名为传染性海绵状脑病的致死性大脑障碍进行研究时发现了朊病毒的存在,从那时候开始,科学家们就在哺乳动物、植物、线虫、植物以及真菌中都发现了错误折叠的蛋白质,同时研究者还发现,并不是所有的朊病毒都会对宿主有害。但截止到目前为止,研究者仅在真核生物的细胞中发现了朊病毒。(生物谷Bioon.com)

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