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2017.1.16 每日早知道

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浏览:- 发布日期:2017-01-16 08:37:04【 】

周一

science:首次发现病毒操纵细菌细胞结构机制
在一项新的研究中,来自美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员首次描述非常大的病毒在感染期间如何重编程细菌细胞内的结构。这一重编程过程让这些外来入侵的病毒诱导细胞产生上百个新的病毒,最终让它们感染的细胞因发生爆裂而死亡。相关研究结果发表在2017年1月13日那期science期刊上,论文标题为“assemblyofanucleus-likestructureduringviralreplicationinbacteria”。

在开展一系列实验后,研究人员详细地观察到当入侵的病毒进行复制时细菌细胞内部到底发生了什么。

论文通信作者、加州大学圣地亚哥分校分子生物学教授joepogliano说,“科学家们几百年来一直在研究病毒,但是在此之前,我们从未观察到这一点。我们开展的每个实验都获得新的激动人心的发现。”

感染细菌的病毒,也被称作噬菌体,是地球上数量最多的实体之一。

论文共同作者、加州大学圣地亚哥分校分子生物学教授kitpogliano说,“我们选择研究一类非常大的噬菌体,并且采用前沿的方法以前所未有的细节观察它们的复制。”

joepogliano和他的同事们发现在噬菌体感染细菌后不久,它们破坏细菌细胞中许多现存的结构(包括细菌dna),然后劫持剩余的细胞结构。这些噬菌体随后将整个细胞重新组装为一种高效的集中式工厂来产生更多的噬菌体。

pogliano说,“这种工厂和被感染细胞的周边排布显著类似于在植物细胞和动物细胞中观察到中的结构。”

细菌缺乏很多在植物细胞或动物细胞中让细胞过程区室化的特殊结构。比如,细菌缺乏一种膜包围的细胞核。细胞核含有遗传信息,起着细胞控制中心的作用。

不过,pogliano实验室博士后研究员vorraponchaikeeratisak和研究生katrinanguyen发现入侵的噬菌体让细菌内部发生结构重组,从而产生类似于在真核细胞中发现的那些结构。

利用荧光显微镜,chaikeeratisak和nguyen发现当噬菌体在细菌细胞内复制时,它们构建区室从而将感染期间发生的不同过程分隔开来。

chaikeeratisak说,“正如植物细胞或哺乳动物细胞中的细胞核那样,这些区室包被着所有的病毒dna。dna过程,如复制或转录,都在区室内发生,而蛋白表达在区室外发生。”

加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学教授elizabethvilla和加州大学旧金山分校生物化学与生物物理学教授davidagard采用一种被称作低温电子断层扫描术(cryo-electrontomography,cryo-et)的技术捕捉chaikeeratisak和nguyen起初在非常高的放大倍数下发现的那些过程的图像。

这些图像表明新的噬菌体颗粒在细菌的细胞核样区室(nucleus-likecompartment)周围进行组装。最终,这些新的病毒颗粒让细胞发生爆裂并扩散出去,从而感染附近的细胞。

pogliano说,“观察到噬菌体操纵细菌细胞是完全出乎意料之外的,这是因为之前还未曾发现噬菌体如此剧烈地让细菌细胞发生结构重组。这种简单的细菌细胞经过重组后产生的结构类似于现存的更加复杂的真核系统,从而模糊了简单的细菌细胞与植物和动物等高等生物细胞之间的界限。”

这可能是多细胞有机体进化出来的方式吗?一种现存的被称作病毒性真核生物起源(viraleukaryogenesis)的观点提示着首个真核生物细胞是当一个大的病毒接管一个细菌时产生的。最终,这个细菌和这个病毒形成一个复杂的细胞,在那里,这个病毒进化为细胞核。

pogliano说,“想要了解这种特定的病毒是否是由细菌和病毒进化为多细胞真核生物的一个中间步骤,可能仍然为时过早,但是这一发现可能拓宽我们对生命起源的认识。”(生物谷bioon.com)

1月12日nature杂志精选文章一览
【1】封面故事:亚马逊雨林气候变化
doi|10.1038/nature20787
本期封面为2016年4月6日于国际空间站拍下的亚马逊河鸟瞰图。无论是在年度还是千年尺度上,亚马逊雨林既响应气候和生物地球化学变化,也驱动其变化,但有关该地区历史气候变率的高分辨率记录很难找到,而且直到最近,人们甚至都不清楚亚马逊雨林在末次冰盛期(lgm)是变得更加湿润还是更加干燥。王先锋及同事收集了亚马逊雨林东部天堂洞(paraísocave)中方解石石笋沉积物过去45000年的氧同位素数据,数据表明,在距今约21000年的末次冰盛期,降雨量大约是今天的一半,但在全新世中期(6000年前)的降水量比现今多50%,与全球温度和二氧化碳的变动大体一致。虽然冰期气候更为干燥,但亚马逊雨林仍然保存了下来。然而,雨林在未来能否继续存在仍是个未知数。

【2】食道癌的复杂性
doi|10.1038/nature20805
癌症基因组图谱研究网络(cancergenomeatlasresearchnetwork)报告了对164例食道鳞状细胞癌和食道腺癌的综合基因组和分子分析。他们发现了区分食道鳞状细胞癌和食道腺癌的基因组和分子特征,食道腺癌的基因组图谱与胃腺癌较为接近,这意味着二者或可归为一类。将食道腺癌与鳞状细胞癌区别考虑并对这些癌症做进一步分子表征,或许对临床试验以及开发靶向药物疗法有所帮助。

【3】机械力传导在呼吸中的作用
doi|10.1038/nature2079
研究者认为,150多年前发现的赫-鲍二氏肺扩张反射能在支配肺部的牵张激活性感觉神经元作用下,防止肺部过度扩张,但这一过程中涉及的实际分子机制和细胞机制仍未可知。ardempatapoutian及同事发现,缺乏机械敏感性离子通道piezo2的成年小鼠没有这种反射;此前,人们认为这一通道与皮肤触觉有关。出人意料的是,出生时的初始肺部扩张也需要piezo2通道,这意味着机械力传导在新生小鼠和成体的呼吸控制中都发挥了作用。

【4】人类胃底类器官
doi|10.1038/nature21021
jameswells及同事使用胃发育小鼠模型,描述了哺乳动物胃底特化所需的wnt信号转导。胃底是胃接近心切迹和食管的上半部分区域。基于这一发现,作者使用胃底多能干细胞培养出了人类胃类器官,这应可以为研究胃生理学、胃病理生理学和药物开发提供有力的模型。

【5】冥王星冰面的刀锋状地形
doi|10.1038/nature20779
新视野号探测器的观测揭示了冥王星表面的许多特征,其中最为引人入胜的特征之一是tartarusdorsa地区的刀锋状地形。通过对比地球上的类似结构,比如安第斯山脉和其他山区高海拔地区存在的一种坚硬、细长的雪构造——融凝冰柱(nievespenitents/penitentes),人们提出了数种可能的起源。johnmoores等人在模拟中发现,他们能够通过加深融凝冰柱结构复制出tartarusdorsa地区刀锋状地形的三种模态取向和分布。目前,这些融凝冰柱结构每个公转周期约加深1厘米,且只在大气压较高的时期增长,这表明其形成的时间尺度可能在千万年左右。

【6】压缩光将力学系统冷却至量子极限以下
doi|10.1038/nature20604
通过运用研究光与力学对象相互作用的量子光力学技术,研究者已经能够将大型力学对象冷却到接近量子涨落极限的温度状态。量子涨落是不确定性原理的结果,因为量子力学粒子的位置和动量始终都是不确定的,而是不断地涨落。本文作者展示了他们如何能够使用“压缩”光来进一步冷却大型力学对象;压缩光是通过重新分配潜在的不确定性,减少来自不确定性原理的量子噪声的光。这一技术或许能让人们将越来越大的力学物体冷却到越来越低的温度,以用于计量和量子力学的基础测试中。

【7】测序濒危欧洲白蜡树
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由于气候变化和全球贸易的影响,世界各地的林地和森林愈发受到害虫和病原体扩散的威胁。尤为突出的是,欧洲和北美的白蜡树目前正分别受到真菌疾病白蜡树枯梢病和害虫白蜡窄吉丁侵扰的严重威胁。在这一背景下,richardbuggs及同事报告了对欧洲白蜡树(fraxinusexcelsior)的首次基因组,并对欧洲各地的37棵欧洲白蜡树进行了重新测序,他们发现了一系列与疾病易感性降低有关的遗传变异,并用这些变异评估了一个刚受到病原体威胁的地区的白蜡树族群。基于转录组标记物,作者预测英国的白蜡树族群对白蜡树枯梢病的易感性将会低于丹麦。

【8】β-淀粉样原纤维差异
doi|10.1038/nature20814
roberttycko及同事研究了阿尔茨海默症患者脑组织中β-淀粉样原纤维的分子结构,他们使用了直接测定方法,包括电子显微镜和固体核磁共振来筛选大量人类患者组织样本的原纤维结构。他们在不同疾病亚型患者的皮层组织中发现了体外形成的aβ40和aβ42原纤维结构差异。这表明,不同的阿尔茨海默症亚型形成了不同的原纤维结构和肽长度。

【9】缺氧通路与心脏再生有关
doi|10.1038/nature20173
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【10】spns2蛋白调节肿瘤转移
doi|10.1038/nature20792
肿瘤转移灶定植的多步骤过程受组织和系统微环境的影响。davidadams、anneliesespeak及同事通过筛选突变小鼠系来识别微环境调节剂,发现spns2是肿瘤肺部定植的重要介导。删除spns2能促进自然杀伤细胞和效应t细胞对肿瘤细胞的杀灭,降低小鼠肿瘤模型的转移压力。(生物谷bioon.com)


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