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生物技术
wanwan(42055)
发表于2021年12月24日 17时32分 星期五
来自月光狂想曲
哥本哈根大学生物学教授 Anders Albrechtsen 表示:“携带遗传变异的成年格陵兰人的 BMI、体重、体脂率、胆固醇水平都比较低,并且通常更加健康。他们腹部的脂肪较少,可能会更容易获得六块腹肌。令人惊叹的是,这种遗传变异有如此巨大的好处。”Albrechtsen 教授与哥本哈根大学、南丹麦大学以及格陵兰的研究机构和公共机构的同事一起分析了(PDF) 6,551 名成年格陵兰人的数据,并在小鼠身上进行实验。结果表明,这种变异基因的携带者具有所谓的蔗糖酶-异麦芽糖酶缺乏症,这意味着糖在他们的肠道中的代谢方式很独特。简而言之,他们不像没有这种变异基因的人那样吸收血液中的普通糖分。相反糖直接进入他们的肠道。研究的第一作者、哥本哈根大学代谢研究中心助理教授 Mette K. Andersen 解释说:“肠道细菌将糖分转化为一种叫做醋酸酯的短链脂肪酸,之前的研究证明它会降低食欲、提高新陈代谢并增强免疫系统。”在格陵兰人中广泛存在的这种基因变异是由于数千年来他们的日常饮食都与世界其他地方的人不同。
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wanwan(42055)
发表于2021年12月21日 15时44分 星期二
来自生命之书
New Scientist 报道,生物技术初创公司 Cortical Labs 的研究人员在培养皿中创造了一个由 80 万至 100 万个活人脑细胞组成的“迷你大脑”。这些细胞被放置在分析神经活动的微电极阵列的顶部.为了教会这个迷你大脑玩游戏,研究人员创建了一个没有对手的简化版“乒乓球”。一个信号被发送到阵列的右侧或左侧以指示球的位置,脑细胞的神经发回信号移动球拍。Cortical Labs 的首席科学官兼该项目的研究负责人Brett Kagan表示,虽然迷你大脑玩游戏比不上人类,但是它的学习速度比一些 AI 快。他表示:“它学习的速度令人吃惊,不到五分钟实时完成。”“这真是生物学的一项创举。”Cortical Labs 的网站表示,尽管这肯定是令人惊叹的 Twitch 素材,但是该公司的团队希望利用他们的发现,使用“与传统硅计算集成的活生物神经元”开发复杂的技术。
生物技术
wanwan(42055)
发表于2021年12月16日 15时59分 星期四
来自华龙之宫
OneZoom 浏览器——在 onezoom.org 上提供——绘制了 220 万种生物之间的联系,这是目前为止最接近于所有已知物种的总瞰。用户可以在单个网页上,以无缝可视化的方式在交互式的生命树上放大任何物种并查看其与其他物种的关系。该浏览器还包含了超过 85,000 个物种的图像,以及已知它们濒临灭绝的脆弱程度。OneZoom 由伦敦帝国理工学院生物多样性研究员 James Rosindell 博士和牛津大学演化生物学家 Yan Wong 博士开发。在发表在《Methods in Ecology and Evolution》上的一篇论文中,Wong 博士和 Rosindell 博士展示了十余年的工作成果——逐步创造了他们认为的“生物学的 Google Earth”。
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wanwan(42055)
发表于2021年12月07日 17时53分 星期二
来自环游黑海历险记
在发表在《Canine Medicine and Genetics》上的一项研究中,由加州大学戴维斯分校的兽医遗传学家 Danika Bannasch 领导的一个国际研究小组发现,大多数犬种高度近亲繁殖,这增加了它们在一生中患病的几率,导致医疗保健成本增加。Bannasch 表示:“近亲繁殖对健康的影响之大令人惊讶。虽然之前的研究表明小型犬的寿命比大型犬长,但是之前没有人报告过发病率或者疾病的存在。这项研究表明,如果狗的体型较小并且不是近亲繁殖的,它们就比高度近亲繁殖的大型犬要健康得多。”基于对 227 个品种的遗传分析,平均近亲繁殖率接近 25%,或者相当于与一个亲兄弟姐妹共享同样的基因物质。这一水平被认为远高于对人类或野生物种种群安全的水平。在人类中,高水平的近亲繁殖(3-6%)与复杂疾病和其他流行病的增加有相关性。Bannasch 表示:“来自其他物种的数据,加上癌症和自身免疫性疾病等复杂疾病的强烈品种倾向,凸显出狗的高度近亲繁殖与其健康的相关性。”
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wanwan(42055)
发表于2021年11月26日 21时09分 星期五
来自头号书迷
危及生命的细菌对抗生素的抵抗力越来越强,使得寻找抗生素替代成为一项日益紧迫的挑战。对于某些情况,一种特殊的激光器可能会是一种替代方案。圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员发现,发射超短脉冲光的激光可以杀死能抵抗多种药物的细菌和耐寒细菌孢子。研究结果发表在在线《生物光子学学报》上,提供了使用此类激光摧毁其他方式难以杀死的细菌的可能性。研究人员此前已证明,此类激光不会损害人体细胞,因此可以设想使用激光对伤口进行消毒或对血液制品进行消毒。 论文的第一作者、华盛顿大学马林克罗特放射学研究所(MIR)的放射学讲师 Shaw-Wei(David)Tsen 博士表示:“超短脉冲激光技术以独特的方式灭活病原体,同时保留人类蛋白质和细胞。想象一下,如果在闭合手术伤口之前,我们可以用激光束扫描整个部位,进一步降低感染的机会。我可以看到这项技术将很快被用于生物制品的体外消毒,未来甚至可以让患者接受透析,让血液通过激光治疗设备,用这种方式治疗血液感染。”
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wanwan(42055)
发表于2021年11月24日 18时09分 星期三
来自火星合成人
优雅的蛋白质芭蕾使现代细胞能自我复制。在细胞分裂过程中,结构蛋白和酶协调 DNA 的复制、细胞质内容物的分裂以及分裂细胞的膜的收紧。正确完成这些过程至关重要,错误会导致子细胞异常或无法存活。数十亿年前,从无生命材料中自发产生的首个自组织膜包裹化学物质一定也面临过同样的挑战。几乎可以肯定的是,这些原始细胞必须在不依赖大蛋白质的情况下进行复制。它们是如何做到的,这是研究生命起源的天体生物学家和生物化学家面临的一个关键问题。

“如果你删除细胞中的所有酶,什么都不会发生。它们只是‘惰性麻袋’,”悉尼新南威尔士大学的天体生物学家 Anna Wang 表示。“它们真的很稳定,这就是重点。”在最近发表在《Biophysical Journal》上的一篇论文中,法国科学与工业城的物理学家 Romain Attal 和巴黎公立医院的癌症生物学家 Laurent Schwartz 开发出一系列数学方程,模拟热量是如何足以独立推动复制过程的一个重要部分:一个原始细胞分裂成两个

Attal 认为早期生命中活跃的化学和物理过程可能非常简单,因此仅热力学就可以单独在生命的开始过程中发挥重要作用。他表示一直在研究各种基本方程可阐明控制生命最初出现的一些规则。Attal 表示:“温度梯度对生命很重要。如果你了解一个主题,你需要能写下它的原理。”
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wanwan(42055)
发表于2021年11月24日 17时03分 星期三
来自电动新世纪
布里格姆女子医院和 MIT 的研究人员利用纳米技术发现了癌细胞解除潜在细胞攻击者武装的新方法:将纳米大小的触手伸入免疫细胞并拽出其“电池”。吸出的免疫细胞线粒体会增强癌细胞并削弱免疫细胞。这项发表在《Nature Nanotechnology》上的新发现可能会为开发下一代抗癌免疫疗法提供新的靶点。

为研究癌细胞和免疫细胞如何在纳米尺度相互作用,论文通讯作者、布里格姆工程治疗中心的联合主任 Shiladitya Sengupta 博士及其同事设计了实验,共同培养乳腺癌细胞和免疫细胞如 T 细胞。使用场发射扫描电子显微镜,他们看见了一些不寻常的东西:癌细胞和免疫细胞似乎通过微小的触手物理连接在一起,触手的宽度大多在 100-1000 纳米范围内。作为对照,人的头发的宽度大约是80,000到100,000纳米。某些情况下,纳米管聚集在一起形成更厚的管子。该团队用荧光染料对 T 细胞中的线粒体(为细胞提供能量)进行染色,观察到亮绿色的线粒体被从免疫细胞中拉出,通过纳米管进入癌细胞。

共同通讯作者、工程治疗中心的首席研究员 Hae Lin Jang 博士表示:“通过仔细保存细胞培养条件并观察细胞内结构,我们看到了这些精致的纳米管,它们正在窃取免疫细胞的能量来源。这非常令人兴奋,因为以前从未在癌细胞中观察到这种行为。这是一个艰巨的项目,因为纳米管很脆弱,我们必须非常轻柔地处理细胞以免破坏它们。”研究人员观察如果他们阻止癌细胞劫持线粒体会发生什么。他们给实验小鼠注射了纳米管形成抑制剂,发现肿瘤生长显著减少了。
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wanwan(42055)
发表于2021年11月23日 19时54分 星期二
来自平格尔的奇遇
病毒的定义特征之一是依赖宿主蛋白质进行复制。如宿主细胞通常会将病毒基因复制到 RNA 中,然后将这些 RNA 转化成蛋白质。通常准备传播到另一个细胞的成熟病毒基本只含有遗传物质病毒蛋白,也许还有一些宿主的细胞膜。它不需要太多其他的东西;它进一步复制所需的所有蛋白质都应该存在于它感染的下一个细胞中。但上周公布的研究数据发现了一个例外。疱疹病毒家族的一些成员似乎在它们感染的第一个细胞中锁定一种蛋白质,然后将这种蛋白质携带到下一个细胞。这种行为可能会有帮助,因为疱疹病毒的正常目标——神经元,具有非常不寻常的细胞结构。与其他病毒一样,疱疹病毒首先感染暴露在环境中的细胞。此后它们转移到神经细胞,在那里驻扎下来,即使没有明显的感染迹象也能持续存在。然后这些受感染的细胞作为重新建立活跃感染的起点,给不幸感染这种病毒的人造成终生的问题。
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WinterIsComing(31822)
发表于2021年11月19日 19时54分 星期五
来自开普勒62号4:先行者
弄清楚蛋白质中氨基酸的排序相对简单。但弄清楚排序如何转化为执行特定功能的复杂三维结构则极具挑战性。在几十年的缓慢进展之后,Google 的 DeepMind AI 小组宣布它在解决这个问题方面取得巨大进展。它在 7 月开源了名为 AlphaFold 的系统。与此同时,一组学术研究人员发布了自己的蛋白质折叠软件 RoseTTAFold,部分使用了源自 DeepMind 的想法构建。这些工具的效果如何?即使它们不如某些统计数据显示的那么好,但很明显比曾经拥有的任何东西要好得多。科学家将如何使用它们?

本周我们得到了部分答案,一项大型研究合作将该软件用于相关问题:这些单独的三维结构如何结合在一起,形成在生物学中执行一些最重要功能的大型多蛋白复合物。单个蛋白质单独工作很好,但是生物学的某些方面需要仔细协调多种化学变化,使其作为一系列有序、连续的步骤完成。对于这些过程来说,最为容易的是需要协调成为单一复合体一部分的蛋白质。例如复制我们染色体的复合物通常由十几种蛋白质组成。植物光合作用一部分的光合系统I 规模相似。核糖体将信使 RNA 中的信息翻译成蛋白质的氨基酸排序,某些物种中核糖体可能需要超过 75 种蛋白质。
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wanwan(42055)
发表于2021年11月12日 18时55分 星期五
来自完美女孩
科学家展示了棕榈油中发现的脂肪酸如何促进癌症的扩散,这项工作可能为新的疗法铺平道路。在小鼠身上进行的研究发现,棕榈酸会促进口腔癌和皮肤癌的转移。未来药物或精心设计的饮食计划可能会瞄准这个过程,但研究团队告诫患者不要在没有临床试验的情况下节食。该研究提供了新的证据证明饮食可被用于增强现有的癌症治疗,因为肿瘤细胞过度依赖某些营养素,或者在转移等关键阶段需要它们。

该研究建立在同一团队之前的工作基础之上,表明在肿瘤内部,只有一小部分细胞有能力离开肿瘤,到达其他器官并在安定下来,从而实现扩散。这些专门的癌细胞似乎特别依赖脂肪酸,最新的研究将范围缩小到棕榈酸,棕榈酸存在于棕榈油之中,但也存在于黄油和橄榄油等多种食物之中。发表在《Nature》杂志上的研究发现,当在小鼠的饮食中补充棕榈酸时,口腔癌和皮肤癌更容易扩散。其他被称为油酸和亚油酸的脂肪酸——在橄榄油和亚麻籽等食物中发现的 omega-9 和 omega-6 脂肪——没有表现出同样的效果。所有受试的脂肪酸都不会在一开始就增加患癌症的风险。研究表明,接触棕榈酸会导致癌细胞基因功能发生变化,从而使它们能感知脂肪酸并更有效地使用它们。棕榈酸的存在似乎也使癌细胞进入“再生状态”,使它们能在肿瘤之外形成信号网络,众所周知,这是扩散的关键步骤。
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wanwan(42055)
发表于2021年11月05日 18时47分 星期五
来自总门谷
在本世纪初首次对海绵进行基因组测序时,研究人员惊讶发现,海绵不仅在基因数量上与人类以及其他复杂生物大致相同,而且还有很多相同的基因。海绵是运动生命演化树上最早的分支谱系之一。它们简单的身体甚至没有对称模式或者固定数量的器官。这些基因的存在意味着肌肉收缩和神经元分化等功能的遗传信息比肌肉或神经系统本身要古老得多。

但这些基因在这种没有神经或肌肉的动物身上做什么?研究人员只能进行有根据的猜测,并且逐个基因艰苦地研究表达模式。

本周发表的一项新研究表明淡水海绵中约有 26,000 个基因表达,研究利用了快速进步的基因组技术。基因表达图谱揭示了整个海绵体内各种细胞类型的遗传配置,包括一些以前从未描述过的细胞类型。它首次提供了关于细胞类型是如何进化的重要提示,这可能有助于解决一场长期而棘手的争论:神经元是一次进化还是多次进化的。研究论文发表在最新一期的《科学》期刊上。
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wanwan(42055)
发表于2021年11月03日 19时40分 星期三
来自海底两万里
对许多人来说,没有什么比晚餐时蒸的一大盘十字花科蔬菜更诱人了。是的,它应该对我们有好处,但那种苦味实在太强烈也太令人不愉快了。对年幼孩子尤其如此,任何一位沮丧的父母都能证明这一点。但是对于西兰花、花椰菜和类似食物的厌恶可不仅仅是因为人们挑剔;一些遗传因素也在起作用。根据最近发表在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》期刊上的一篇论文个人口腔微生物群可能也是一个重要因素

1931 年,名叫 Arthur L. Fox 的化学家不小心让粉末状的苯硫脲(PTC)飘散在实验室的空气中。他没有注意到任何异常,但是一位实验室伙伴感觉到了苦味。随后的实验证实,这种遗传变异存在于更广泛人群中,不能尝到苦味是一种隐性遗传特征。大约有 25% 的人尝不出丙基硫氧嘧啶(PROP)的味道,这种化学物质类似于卷心菜、生西兰花、咖啡、汤力水和黑啤酒中的苦味化合物。这种人就像Fox一样,本质上是“味觉盲”。

目前已知的“苦味”基因有 25 个;不同苦味食物通过不同的受体起作用,人们可能对一种食物有或高或低的反应,对另一种食物则完全没有。科学家认为,那些能感受到苦味的人可能对被称为葡糖异硫氰酸盐(glucosinolates)的化合物有反应,这种化合物存在于大多数十字花科蔬菜之中,如西兰花、抱子甘蓝和花椰菜。葡糖异硫氰酸盐是蔬菜大部分营养益处的来源,但是它们也会分解成刺激性化合物,对很多人的苦味受体产生负面影响。
生物技术
wanwan(42055)
发表于2021年10月28日 18时01分 星期四
来自百万年神殿
几乎所有细胞会在 24 小时内调节其生物过程,这被称为细胞的昼夜节律。细胞使用了一个生物钟,在白天和夜晚循环打开和关闭不同的基因。科学家已经知道,当生物钟被打破时,如由于工作或睡眠更替障碍,代谢健康会受到影响。目前尚不清楚 2 型糖尿病患者与健康人的生物钟究竟有何不同。现在一个国际科学家小组证明,2 型糖尿病患者的骨骼肌具有不同的昼夜节律。他们认为,这可能是由于细胞计时分子和线粒体之间的通讯中断造成的,线粒体为细胞生产化学能。一部分广泛使用的 2 型糖尿病药物治疗会影响线粒体,这意味着它们的作用可能会因为在一天之内的不同时间服用而不同。这项发现凸显了在为 2 型糖尿病患者开具治疗处方时考虑细胞节律的重要性。
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wanwan(42055)
发表于2021年10月19日 19时25分 星期二
来自银色金属恋人
未来十年,医学的发展可能会最终治愈一些困扰着人类的最复杂顽疾。许多疾病都是由人类基因的突变引起的,这些突变可能是从父母遗传而来如囊性纤维化,也可能是在生活中获得的,如大多数癌症。医学研究人员已经找到了导致其中一些疾病的确切突变,但是对更多的疾病,他们仍然在寻找答案。如果找不到问题的原因,就很难找到治疗方法。

我们相信,某种计算机辅助设计(CAD)程序将是推动此类探索的关键技术,GP-write 将在本周的 Genome Project-write(GP-write)大会上推出这样一个程序。

借助这个 CAD 程序,医学研究人员将能任意组合不同的突变,快速设计出数百个不同的基因组,将遗传编码发送给制造 DNA 片段的公司。然后这些合成 DNA 片段将被送到代工厂进行组装,最后送到实验室,这些被设计出来的基因组将在细胞中进行测试。根据细胞的生长状况,研究人员可以使用该 CAD 程序,迭代设计出一批新的基因组,并将数据共享进行协作。只有通过自动化才能快速重新设计出数千种不同的变体;在这种规模下,研究人员有可能找到导致遗传疾病的突变组合。这是寻找治疗方法的第一个关键研发步骤。
数据存储
wanwan(42055)
发表于2021年10月09日 21时27分 星期六
来自时间秘史
西北大学的研究人员开发出一种新方法用数分钟而不是数小时或数天将信息记录到 DNA 中。

研究人员利用一种新颖的酵素系统去合成 DNA 将快速变化的环境信号记录到其序列里,这种方法有可能彻底改变科学家检查和记录大脑内部神经元的方式。科学家目前将细胞内分子和数字数据记录到 DNA 需要通过多步流程才能将新信息与现有 DNA 序列相结合。为了准确地将信息记录到 DNA 里,他们必须刺激和抑制特定蛋白质的反应,这几步可能需要超过 10 小时才能完成。

研究人员猜测,他们可通过新方法加快这一过程,他们将新的方法取名为“使用局部环境信号Tdt的时间敏感非模板化记录(Time-sensitive Untemplated Recording using Tdt for Local Environmental Signals)”或缩写为 TURTLES。他们利用这种方法合成全新的 DNA,而不是复制 DNA 模板。该方法能将数据在几分钟内记录到遗传密码里。西北大学工程系教授、论文主要作者 Keith E. J. Tyo 在新闻稿里表示,“大自然擅长复制 DNA,但我们希望能从零写 DNA。体外方法涉及到缓慢的化学合成。我们的方法写入信息的成本低得多,原因是可对合成 DNA 的酶进行直接操作。最新的细胞内记录方法甚至更缓慢,因为响应信号的蛋白质反应需要更多的步骤,而我们的酶是提前响应,可以连续存储信息。”
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WinterIsComing(31822)
发表于2021年10月04日 20时04分 星期一
来自我是6号
热冷和触觉的感知能力对人类的生存至关重要,这些感觉也是互动的基础。但温度和触觉感知背后的神经冲动是如何启动的?2021 年度的诺贝尔生理学或医学奖授予了解决这一问题的两位科学家David JuliusArdem Patapoutian。David Julius 利用辣椒素识别了皮肤神经末梢对热反应的受体。Ardem Patapoutian 使用压敏细胞发现了皮肤和内脏器官中对机械刺激反应的受体。这些发现迅速提高了我们对神经系统如何感知热冷和机械刺激的认识,找到了理解感官和环境之间复杂相互作用的关键缺失环节。
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wanwan(42055)
发表于2021年09月30日 18时28分 星期四
来自歌剧院魅影
同卵双胞胎是基因如何塑造我们外貌与特征的现实证据。如今研究人员发现这类新生儿的 DNA 上带有一种普通人没有的分子特征——它们在发育早期就固化在细胞之内,并伴随进入成年。这种特征似乎不会影响双胞胎的健康,但却有望揭示出同卵双胞胎的成因。阿姆斯特丹自由大学双胞胎遗传学研究员 Jenny van Dongen 表示,“这将成为解决谜团的起点。”该特征还可用于测试某人是否拥有“消失的孪亲”,即在子宫内死亡的同卵双胞胎。

由 van Dongen 与自由大学双胞胎遗传学研究员 Dorret Boomsma 领导的国际团队在表观基因组中寻找线索,发现基因特征的开启与关闭是由甲基化学标记控制的。从秘鲁人对高海拔的强适应能力到帮助胎盘发育,表观基因负责遗传变化中的一切细节。研究人员使用血液与脸颊细胞样本扫描了 3000 多对同卵双胞胎的表观基因组,同时对照相当数量的异卵双胞胎及其父母的基因,检查各基因组上的 40 万个不同位置。根据发表在《自然通讯》上的研究报告,团队指出同卵双胞胎约在 800 个位置上存在不同于普通人的甲基化差异。van Dongeng 指出,“这很可能是在基因确定之初就存在的差异,之后再传播到后续发育细胞中。”

对某些甲基化与未甲基化点进行观察具有重大意义,因为粘附在细胞基因上的标记可能影响受精卵分裂成两个胚胎的难易程度。但其他一些位置变化,例如染色体末端,则还没有明确的影响解释。这些区域虽然与衰老有关,但同卵双胞胎的寿命与普通人并没有显著区别。表观遗传测试还能帮助确定某人是否曾有未能顺利降生的同卵双胞胎,例如因为没有足够的空间或营养而殒落于腹中。有时候,消失的孪亲可能一度出现在超声波下,但之后被吸收而不留任何痕迹。据估计多达 12% 的妊娠最初为多胞胎(包括异卵双胞胎),但最终只有 2% 的双胞胎能存活下来。van Dongen 表示,使用单独的数据集,表观遗传特征能以 70% 到 80% 的准确率预测某人是否拥有同卵双胞胎。她还提到,随着数据量的增加测试效果会越来越好,而且有助于“预测双胞胎的消失几率”。Boomsma 也提到,这个数字不仅能给研究人员提供指引,而且对双胞胎本身以及在不知不觉中失去一位孪亲的家庭“具有重要意义”。
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wanwan(42055)
发表于2021年09月27日 17时43分 星期一
来自刀剑神域进击篇05
在人类眼中,地球主要生命形式是多细胞结构。这些由果肉、纤维素或甲壳素构成的大教堂是从无止境的迭代发展而来:单一微细胞分裂,然后再次分裂,不断重复,每个细胞都在新生组织中占据一席之地,直到出现全新生态形态——大象或者红杉。

在生命的演变历程当中,单细胞生物至少曾有 20 次(可能还要多几倍)跨越至多细胞阶段,演化出自己祖先更大的形式。在少数情况下,多细胞结构进入超速发展逐渐形成了被称为植物、动物、真菌及藻类等复杂的生物体。在这些生命形式中,细胞会将自己塑造成各具不同功能的组织——心肌细胞与血液细胞、支撑小麦茎杆的细胞、进行光合作用的细胞等等。一部分细胞专门负责将基因传递给下一代,例如卵子与精子等生殖细胞。体细胞则支持生殖细胞强大的自我繁殖能力。

但与单细胞生命简单粗暴但却精准有效的“吃、分裂、再吃、再分裂”相比,多细胞生命体似乎令人费解。这里显然充满了危险与变数,不禁让我们好奇数百万年前地球上到底出现了什么样的情况、会最终诱使生物在这条充满荆棘的道路上越走越远。博弈论家、古生物学家以及在实验室中观察单细胞生物的生物学家都在努力对此做出解释。

现在,佐治亚理工学院的生物学家 William Ratcliff 和他的同事报告,他们成功在近两年的演化过程中诱导单细胞酵母成长为巨大的多细胞簇,完成了由微观结构到肉眼可见分支结构的转换。这些发现证明了由单到多的转变发生途径,同时也暗示着未来的实验有望揭晓这些结构是否会进一步分化,细胞如何在共生共存的状态下各自扮演起不同的功能角色。
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wanwan(42055)
发表于2021年09月23日 17时00分 星期四
来自牛津时间旅行:末日之书
从老鼠到猴子的哺乳动物都有尾巴,而人类及其近亲类人猿失去了尾巴。研究人员现在发现了一个简单的基因变化,可能是它导致我们的尾巴萎缩成小小的尾骨:这个流动的 DNA 片段跳入了染色体改变了类人猿制造关键发育蛋白的方式。这一发现还表明,这种基因转变会带来一个不明显、但却相当危险的影响:发育过程中脊髓的出生缺陷风险更高。哈佛大学进化生物学家 Hopi Hoekstra 表示,这项工作不仅回答了“人类为什么会变成如今这个样子”的有趣问题,同时也提供了关于这种演化方式发生机理的新见解。

纽约大学格罗斯曼医学院研究基因组进化的研究生 Bo Xia 表示,他从小就很好奇人为什么没有尾巴。几年前尾骨受伤的意外重新燃起了他的好奇心。近年来,人们已经对大量灵长类动物的基因组进行了测序,因此他开始在已知与尾巴发育有关的基因当中寻找各类猿特异性变化。在一个叫做 TBXT 的基因中,他发现了一位重大“嫌疑人”——其中插入了一条名为 Alu 元件的短 DNA,而且这种情况只出现在所有类人猿体内(在其他灵长类动物身上并不存在)。

Alu 序列能够在基因组当中移动,有时也被称为跳跃基因或者转座元件。它们可能是古代病毒的残余,在人类基因组中非常常见,约占人类总 DNA 量的 10%。有时候,Alu插入会中断基因并阻止蛋白质的生产;在其他情况下,这些元件还会引发更复杂的影响,包括改变蛋白质表达的位置或方式。加州大学圣迭戈分校的进化生物学家 Pascal Gagneux 表示,这使其成为推动演化变异的巨大驱力。他强调,这种插入“往往成本极高,但每隔一段时间就会发生”,而生物演化则会保留其中有益的变异。

TBXT 会编码一种名为 brachyury 的蛋白质——在希腊语中意为“短尾”,因为它的突变会导致小鼠尾巴变短。乍看之下,猿特异性 Alu 元件似乎并未对基因造成任何重大破坏,但在认真观察之后,Xia 注意到附近还潜伏着另一个 Alu 元件。这种元件存在于猴子和猿体内,但只有在猿身上两个 Al u才会粘接在一起形成一个环,由此改变 TBXT 的表达并令产生的蛋白质比原始蛋白稍短一些。Hoekstra 表示,这一结论“非常聪明,我就想不到对这样的突变进行测试。”

Xia 和他的同事还发现人类胚胎干细胞会产生两种形式的TBXT 信使RNA(mRNA),一种较长、一种较短。另一方面,小鼠细胞只会产生更长的转录本。研究人员使用基因组编辑技术 CRISPR 分别去除了人类胚胎干细胞中的两个 Alu 元件,可以发现任何一个Alu元件的缺失都会令 mRNA 的较短版本消失。在其他评估缩短的猿特异性蛋白质如何影响尾巴发育的实验中,Xia 和他的同事使用 CRISPR 制造出具有缩短版 TBXT 的小鼠。研究小组上周在 bioRxiv 发表的预印本论文中,他们提到携带两个缩短基因副本的小鼠未能存活下来,但带有一长一短版本的小鼠出生时尾巴长度各不相同——从完全无尾到几乎正常。
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wanwan(42055)
发表于2021年09月16日 16时41分 星期四
来自摩若博士岛
研究人员开发出一项新技术,能在 PC 上重建包括人类基因组在内的全基因组组装。这项研究发表在 9 月 14 日的《Cell Systems》杂志上,其灵感来自由单词而非字母为语言模型所实现的浓缩构建单元方式,找到了一种更为紧凑的基因组数据表达途径。为了比现有技术更高效地完成基因组排列,研究人员转向语言模型,希望超越以往在所有可能的计数对之间进行成对比较的“笨”办法。研究人员基于 de Bruijn 图(一种用于基因组排列的简单、高效数据结构)概念开发出一种极小空间 de Bruijn图(mdBG),其使用被称为极小值的短核苷酸序列来代替单核苷酸。一位研究人员称,“我们的极小空间 de Bruijn 图只需要存储总核苷酸中的一小部分,同时保留整个基因组结构,因此能够获得远高于经典de Bruijn图的存放效率。”

研究人员利用这种方法为黑腹果蝇排列出了高精度HiFi数据(具有几乎完美的单分子读取精度),同时成功还原出由 Pacific Biosciences(PacBio)提供的人类基因组数据。在评估所生成的基因组时,研究人员发现基于 mdBG 软件进行基因组组装的时间消耗仅为其他组装方案的三十三分之一,所占用的随机存取存储器(RAM)硬件容量则为八分之一。他们的软件在进行 HiFI 人类数据执行基因组组装时速度可达 Peregrine 组装程序的 81 倍,内存占用量则仅为十八分之一;与 hifiasm 组装程序相比快 338 倍,内存占用量为十九分之一。接下来,研究人员又使用这种新方法为 661406 个细菌基因组的集合构建起一份索引,这也是迄今为止同类基因组的最大集合。他们发现,这项新技术能够在 13 分钟之内完成对整个集合内抗菌素抗性基因的搜索操作,而传统标准序列比对则需要 7 个小时。