NATURE SCIENCE最新內(nèi)容精選

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人腸道微生物的基因目錄

人體是大約100萬億微生物細胞的宿主，其中大部分在腸道中，在那里它們對人的生理和營養(yǎng)都有深遠影響，而且現(xiàn)在還被認為對人的生命非常關鍵。腸道微生物幫助人從食物中攝取能量，腸道微生物群落的變化還可能與腸道疾病或肥胖癥有關。現(xiàn)在，一個華大基因研究院王俊與法國國立研究中心的S. D usko領導的國際研究小組（該課題組是“人類小腸元基因組學”項目的構成部分，該項目簡稱為M etaH I T）發(fā)表了從丹麥和西班牙124位健康的、超重的和肥胖的成年人以及炎癥患者提取的人腸道微生物菌落的一個基因目錄。所獲數(shù)據(jù)為了解這一基因組（比人類基因組大150倍）提供了第一手資料，并且表明這些基因大部分是在不同個體之間共享的。根據(jù)由這些基因所編碼的各種不同功能，研究人員就有可能來確定最小的腸道元基因組和最小的腸道細菌基因組。該成果被列為本期的封面文章。

逆轉錄病毒整合酶的晶體結構

逆轉錄病毒的整合酶蛋白如HIV-1催化病毒基因組向宿主基因組中的插入，在那里病毒能夠在一個細胞中無限期地長久存在。因為整合是病毒復制的關鍵，所以整合酶一直是藥物開發(fā)的一個目標，而幾種抑制藥物（包括raltegravir和 elvitegravir）則被用于治療或進行臨床試驗。尋找新的抗逆轉錄病毒藥物的工作一直受阻于缺乏在基質(zhì)D N A上的整合酶復合物（或稱整合體）的結構。現(xiàn)在，來自非致病逆轉錄病毒（被稱為“泡沫病毒原型”）的全長度逆轉錄病毒整合酶的晶體結構，已在與其同類病毒D N A形成的復合物中被確定。除了揭示整合反應生物化學方面的詳細情況外，該結構也反映了目前所使用的抑制藥物是怎樣影響這一過程的。

殼層隔絕納米粒子增強拉曼光譜

由廈門大學田中群組和佐治亞理工學院王中林組合作發(fā)明了一種基于表面增強拉曼光譜（SERS）的新技術，SERS是一種非常強大的高靈敏分析技術，它可以探測和分析物質(zhì)最表層分子，對于有些體系，它的靈敏度甚至達到檢測單分子水平。但是，它的應用具有很大局限性——僅有少數(shù)幾種金屬（金、銀、銅）可產(chǎn)生如此強大的表面增強拉曼信號，并且這些金屬的基底必須是粗糙或需要制備成納米粒子。這項新技術被認為將在材料科學和生命科學得到運用，例如，在食物安全、藥物、炸藥以及環(huán)境污染檢測中發(fā)揮作用。本項研究提出建立殼層隔絕納米粒子增強拉曼光譜(SHINERS)方法，從而首次在電化學控制條件下獲得了多種分子或離子吸附在鉑、金等單晶電極上的表面拉曼光譜。

觀察表面結構中單個原子的成像方法

能夠在一個一般性表面結構中識別所有單個原子（包括缺陷）的成像方法，對于材料分析將是非常有用的工具。研究人員已開發(fā)出這樣一種方法。他們在一個為低電壓操作進行了優(yōu)化的經(jīng)過像差校正的掃描透射電子顯微鏡中采用了“環(huán)形暗場”(ADF)成像。該方法能以原子分辨率成像，還能識別原子的化學類型。這個系統(tǒng)被用來檢查單層的氮化硼，顯示了三種類型的取代，涉及碳和氧雜質(zhì)原子。對觀測數(shù)據(jù)進行仔細分析，使研究人員能夠構建原子結構的一個詳圖，并識別出四種不同類型的原子。本期封面所示為對氮化硼表面所做的離散傅里葉變換模擬，所觀察到的取代雜質(zhì)疊加在實驗圖像上。原子的代號為B紅色、C黃色、N綠色和O藍色。

retromer復合體參與依賴吞噬三受體循環(huán)的細胞清除

中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所楊崇林組以秀麗線蟲為模式，揭示了凋亡細胞清除過程中吞噬受體的調(diào)控機制。他們發(fā)現(xiàn)吞噬受體從吞噬小體上的釋放需要一個在細胞內(nèi)部負責蛋白質(zhì)逆向運輸?shù)膹秃象w-retromer的參與。當retromer復合體的各個亞基發(fā)生突變后，線蟲體內(nèi)凋亡細胞的數(shù)量顯著增加。通過四維顯微追蹤及透射電鏡分析，他們發(fā)現(xiàn)在retromer突變體中增多的凋亡細胞緣于凋亡細胞的清除障礙。進一步研究發(fā)現(xiàn)，retromer復合體主要通過吞噬受體CED-1來發(fā)揮作用。當?shù)蛲黾毎煌淌蓵r，吞噬細胞膜上的吞噬受體CED-1隨著凋亡細胞一起內(nèi)陷進入到吞噬小體上。而后retromer復合體可能通過與CED-1的蛋白質(zhì)直接相互作用，使CED-1從吞噬小體上釋放并重新回到吞噬細胞的細胞膜上，從而使該受體得以循環(huán)利用。當retromer發(fā)生功能缺失性突變時，C E D-1將與吞噬小體一起被運送到溶酶體而被降解，造成吞噬細胞上的受體缺乏并引起凋亡細胞的清除障礙。

金絲雀幼鳥與它們的母親，為健康而戰(zhàn)

在一項凸顯了父母與其后代在出生前后是如何相互交流的試驗中，研究人員將不同的金絲雀母體鳥所下的蛋進行互換，因此打亂了母體鳥所具有的產(chǎn)前指示信號。他們對乞食的新生幼鳥與“收養(yǎng)” 它們的母體鳥之間的關系進行了觀察。研究人員記錄了這些金絲雀幼鳥的生長速度，母體金絲雀在來年所下的蛋的數(shù)目。他們發(fā)現(xiàn)，理論與實驗的結合清楚地證明了一只幼鳥的乞食會給它們的母親提供有關它們的后代健康狀況的有價值的資訊，而母體鳥產(chǎn)前的指示信號可轉達其未出生的后代有關它們出生后的親本素質(zhì)。這種親體-后代矛盾可能會以對雙方都互利的方式而得到解決。

F+H D反應中分波共振的過渡態(tài)光譜

分波是在量子散射過程中按總角動量分類的量子態(tài)。化學反應動力學的實驗觀測值通常包含了來自許多分波成份的貢獻，不同分波貢獻的混合導致對反應過渡態(tài)結構的測量十分困難。中國科學院大連化物所楊學明組和張東輝組利用里德堡態(tài)氘原子飛行時間譜技術對F+H D反應進行了交叉分子束研究。在實驗中，他們通過對F原子束和H D分子束進行低溫冷卻的方法，得到了具有極高能量分辨率、量子態(tài)分辨的微分反應散射截面隨碰撞能的變化關系。實驗結果清晰地顯示出產(chǎn)物H F的后向微分散射截面隨碰撞能變化呈振蕩結構。通過全量子散射理論計算，清楚地說明實驗測得的振蕩峰來自于反應中J= 12、13和14三個費希巴赫共振態(tài)分波的貢獻。研究中還發(fā)現(xiàn)了理論計算和實驗結果的差別小于0.03kcal/mol（10cm-1），表明理論計算的精確度已經(jīng)遠遠超越了1kcal/mol的化學精度，完全達到了光譜精度。

甲烷氣體滲漏比預期的更快

甲烷氣體正從被北冰洋所淹沒的殘余永凍土中滲漏到大氣之中，其速度可比從前所預計的世界上所有海洋的數(shù)據(jù)。這一發(fā)現(xiàn)披露了一個大型但被忽視的從水下永凍土所逸出的甲烷氣體的來源；類似但卻更為廣泛的甲烷排放會在未來對全球暖化產(chǎn)生劇烈的影響。研究人員從2003-2008年以來，每年都會登上俄國的破冰船來到E astSiberianArcticShelf，并對那里的水體進行考察。在經(jīng)過5000多次艱苦的海上觀測之后，發(fā)現(xiàn)在那里的大陸架上，有超過80%的底層水及超過50%的表層水處于源自水下永凍土的甲烷的過飽和狀態(tài)。海底的永凍土中含有大量的碳，這些碳作為甲烷氣體的排放會導致大氣溫度的變暖。因此，這只會造成一個從永凍土中有更多甲烷逸出及全球氣溫更為暖化的正反饋回路。由于在EastSiberianArcticShelf上的甲烷流動量與所有海洋加起來的甲烷流動的估計值不相上下，因此研究人員建議，他們的數(shù)據(jù)應該立刻在評估北極氣候在不遠的將來會如何變暖的時候被加以考慮。