盘点：12月Science杂志精选文章一览
2016-12-11 MedSci MedSci原创
【1】Science：活细胞内首次实现硅和碳的结合近期，来自于加州理工学院的化学工程师Frances Arnold带领团队却在细胞内首次实现了硅和碳的结合。他们筛选到一种天然酶类，存在于生活在极端环境的细菌体内。这种酶能够在大肠杆菌细胞内表达，并催化培养基中的硅元素与细胞内的碳元素结合。为了提高结合效率，研究团队对天然酶进行改造，使其成为全新的生物催化，能够以前所未有的效率完成催化。相关研究成
【1】Science：活细胞内首次实现硅和碳的结合
近期，来自于加州理工学院的化学工程师Frances Arnold带领团队却在细胞内首次实现了硅和碳的结合。他们筛选到一种天然酶类，存在于生活在极端环境的细菌体内。这种酶能够在大肠杆菌细胞内表达，并催化培养基中的硅元素与细胞内的碳元素结合。
为了提高结合效率，研究团队对天然酶进行改造，使其成为全新的生物催化，能够以前所未有的效率完成催化。相关研究成果于11月24日发表在《Science》期刊。
这一发现能够帮助化学家开发出新的药物和工业催化剂，或许还有望用于解释为什么生命进化几乎完全避开了硅元素。
研究人员发现，重组后的大肠杆菌并不能有效地合成硅-碳化合物。为了提高效率，他们对酶基因进行突变，最终筛选到理想中的酶。而且，改造后的酶的催化效率远远赶超人工催化剂。
上世纪90年代，Arnold就已经开发了定向进化技术，目前广泛应用于多领域，例如改善洗涤剂、合成化药。她曾因此获得过千禧技术奖。
Hoffmann评价Arnold团队研究成果时表示：“这项工作开创了新的化学之美。” 以色列理工学院技术研究所致力于有机化学研究的Yitzhak Apeloig 认为：“这一最新研究为制药研究开辟了新机遇，有望促进新药物的研发。”
Arnold强调：“研究结果也可以帮助解决生命早期演化的基础问题，例如生命体‘绕开’硅元素的原因。我们可以试图计算将硅元素融入细胞的成本和收益。”（文章详见--Science：活细胞内首次实现硅和碳的结合）
【2】Science：北京大学周德敏/张礼和课题组在病毒疫苗领域取得重大突破
12月2日，国际顶级期刊Science发表了北京大学周德敏/张礼和课题组的突破性研究进展，题为“Generation of Influenza A Viruses as Live but Replication-Incompetent Virus Vaccines”。鉴于该成果在预防和治疗病毒性传染病方面的重大医学价值和社会意义，全球最大的科技新闻工作站SciPak将该发现作为亮点，于美国东部时间12月1日下午2：00向全球媒体发布。随即新华社、纽约时报、华尔街日报、加拿大广播公司和香港南华早报等媒体相继跟进，对这一重大发现进行了专题报道。Nature杂志也对此突破性进展给与了高度评价，认为周德敏及其北京大学同仁们建立的方法将被广泛用来制备更高效的病毒疫苗。
流感、艾滋病、SARS和埃博拉出血热等致命性传染病及其周期性爆发，时刻危害着人类健康和社会稳定，其幕后黑手是结构多样、功能复杂且变异快速的病毒，而疫苗是预防病毒感染的有效手段。当前临床使用的疫苗或因病毒灭活致免疫原性和安全性差，或因制备工艺复杂而不通用，或因病毒突变致免疫逃逸失效，从而使人们往往谈病毒色变。周德敏/张礼和课题组在国家创新药物专项、基金委和国家973计划的支持下，以流感病毒为模型，发明了人工控制病毒复制从而将病毒直接转化为疫苗的技术，即在保留病毒完整结构和感染力的情况下，仅突变病毒基因组的一个三联码，使流感病毒由致命性传染源变为了预防性疫苗，再突变三个以上三联码，病毒由预防性疫苗变为治疗病毒感染的药物,并且随着三联码数目的增加而药效增强。这一“四两拨千斤”技术不仅使疫苗研发不再复杂，而且摆脱了对病毒生物学知识获得的依赖，并适用于几乎所有病毒。这一发现颠覆了病毒疫苗研发的理念，成就了活病毒疫苗的重大突破。（文章详见--Science：北京大学周德敏/张礼和课题组在病毒疫苗领域取得重大突破）
【3】Science特刊：失眠、肥胖、癌症……万能的生物钟如何掌管我们的身体？
雄鸡报晓，蜘蛛半夜结网，牵牛花在清晨开放……自然界所有生物的生命活动都存在节律现象，这就是我们常说的生物钟。与地球24小时的光-暗周期保持同步对于生物维持健康的生理状态至关重要。然而现代社会压力使人类的作息时间不再严格遵循于体内的生物钟。加班、倒班工作，频繁地跨越时区，夜晚玩手机……越来越多人都面临着生物钟紊乱的困扰。11月25日，Science杂志推出了生物钟特刊。用4篇综述阐述了生物钟与健康疾病、免疫系统、睡眠和神经退行性疾病以及代谢的关系。
生物钟是如何产生的？
在哺乳动物的大脑中有一个生物节律的起搏器，它位于下丘脑视交叉上核（SCN）。SCN就像一个总司令，根据自然界光-暗周期调控生理和活动节律，并能通过激素和神经信号调节外周生物钟。SCN 被切除之后，动物活动和进食规律将完全被打乱。
生物节律的产生及维持是一系列与生物钟相关的基因调控的结果。这些钟基因包括：BMAL，CLOCK，PER，CRY， REV-ERB-α，ROR-β等。其中，核心钟基因BMAL1-CLOCK形成的异二聚体与PER和CRY及一系列钟控基因（clock-controlled genes，CCGs）上的E-box元件结合，启动这些基因的转录。随着PER和CRY蛋白表达逐渐增多，它们将进入细胞核中，抑制异二聚体的作用。因此，细胞中 PER和 CRY 的蛋白合成开始减少。如此循环，使基因的转录水平呈现出24h的振荡周期。除这个负反馈环路之外，CLOCK和BMAL1蛋白质也调节核受体REV-ERB-α和ROR-β的表达，后者又可反过来抑制或激活BMAL1的转录。在SCN之外， CLOCK的同源物NPAS2也可与BMAL1形成异二聚体，调控钟控基因的表达。（文章详见--Science特刊：失眠、肥胖、癌症……万能的生物钟如何掌管我们的身体？）
【4】Science：考前“恐慌”，恐怕并不能吸收死记硬背的信息
一项研究发现（也帮助成年人在工作中培训），在压力之下，相比于通过练习主动学习，重复地阅读效果差很多。
研究人员对120名学生进行了测试，在压力之下，他们平均只记得了一个页面上的30个文字图像中的7个。但是对于那些先学习了单词和图片之后再接受一个定时的实践测试的学生来说，这个数字是11，超过前者的50%。
Masachusetts州塔夫斯大学的高级研究人员Ayanna Thomas心理学博士说：“通常，处于压力之下的人从记忆中恢复信息的能力更差。我们首次发现了正确的学习策略，通过实践测试，即使在高度压力之下也可以获得很强的记忆再现，受测对象仍然能够获得他们的记忆。”
文章的合作者，心理学副教授Amy Smith补充说：“我们的结果表明，学习的量和时长并不是最关键的，关键的是如何学习。”
“再现”练习，或者叫做实践测试，已经被证明可以取得更好的复习效果。这项新研究关注这两种策略在添加额外压力的情况下效果如何。
研究团队让受测对象学习30个单词和30个图片，它们各自出现在计算机显示器上几秒钟。受测者做笔记，用看到的事物造句，其中一些人之后接受实践测试，而其余的人按照惯例学习。（文章详见--Science：考前“恐慌”，恐怕并不能吸收死记硬背的信息）
【5】Science：磁刺激可以找回遗忘的记忆
在12月2日的Science上，来自美国威斯康辛大学的研究小组的结果表明记忆可以复活。这项研究表明即使在传统的短期记忆已经消失时，信息可以在某种程度上在连接的神经元之间的突触中被保持，用经颅磁刺激可以将“遗忘”的项目激活。
威斯康星大学的认知神经学家Nathan Rose和同事让受试者观看一系列幻灯片显示的面孔，言语，或向一个方向移动的点。他们使用功能性磁共振成像(fMRI)，并在机器学习算法的帮助下跟踪神经活动，结果显示他们可以将大脑活动与每个相关的项目进行分类。然后以词语和面孔组合的方式查看项目，但线索仍集中在一项上。首先，在这一轮脑电图（EEG）测量中大脑显示对这两项的信号。对于没有线索的项目神经活动迅速下降到基线，好像已经忘记了，而有线索的项目脑电图信号依然存在，表明它仍然是在工作记忆中。然而，受试者在被提示几秒钟后，仍然可以迅速想起来没有线索的项目。
这项研究并没有解决突触或其他神经元如何能保持工作记忆的功能，或它可以存储多少信息。但这是了解我们如何把东西放进脑海刚开始的一步，并有一系列的实际意义：从帮助大学生更有效地学习，到帮助记忆有问题的如健忘、癫痫和精神分裂症的人们。（文章详见--Science：磁刺激可以找回遗忘的记忆）
【6】Science：北大教授找到可能应对几乎所有病毒的疫苗制备方法
近日，《科学》（Science）刊登了北京大学药学院周德敏教授和张礼和院士团队的一项研究。他们研制出了具有完整病毒结构，并能快速制备的活病毒疫苗，该成果或将普遍适用于几乎所有病毒，因此有可能成为病毒疫苗领域的革命性突破。本文通讯作者周德敏教授接受《环球科学》记者的采访，向我们详细讲解了这项研究。
疫苗诞生于19世纪末，法国微生物学家路易·巴斯德将狂犬病病毒经过人工减毒处理，使其不再能够伤害人类，但仍能刺激人类免疫系统产生对病毒的抗体，成功治愈了感染狂犬病的患者。这种减毒活疫苗开启了人类的病毒疫苗研发道路，人类历史上最著名的传染病之一天花，正是因为疫苗的诞生而永久绝迹。但是，现阶段的病毒疫苗多存在明显的缺陷。在我国，目前广泛使用的疫苗主要包括灭活疫苗和减毒活疫苗。前者在灭活过程中，病毒的蛋白质结构会发生改变，因此疫苗的免疫原性有限。此外，病毒拥有极快的突变速率，如果入侵人体的病毒发生突变，体内灭活病毒产生的“旧”抗体就难以中和这些“新”病毒，这种现象被称作“免疫逃逸”。减毒活疫苗的免疫效果更好，却存在着一定的安全隐患。
在动物试验中，此类疫苗的免疫效果和安全性均得到了验证，但对周德敏团队而言，收获还远不止于此。在研究过程中，他们有了一个意料之外的发现：注射入体内的改装病毒不仅是一种预防流感的疫苗，更是治疗流感的药物。
研究人员将活病毒疫苗注射至已经感染了野生流感病毒的小鼠体内，结果显示，之前感染的病毒消失了。周德敏对此解释道：“病毒一直在进行重组。我们的活病毒疫苗进入人体后，如果体内同时存在感染的病毒，它们之间会重组，带终止密码子的病毒基因会进入野生病毒的基因中。只需要一个终止密码子，野生病毒就会失去复制能力。如果流感疫苗里设置的终止密码子越多，它们能中和的病毒数量就越多，也就是说药性越强。”在周德敏看来，如果未来爆发大规模的病毒疫情，运用这种方法，人们可以在短时间内生产出大量针对性药物。（文章详见--Science：北大教授找到可能应对几乎所有病毒的疫苗制备方法）
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