根据发表在《eLife》期刊上的一项研究，多伦多大学的研究人员发现，高脂肪饮食会导致小鼠骨髓的快速变化，推动炎症免疫细胞的产生。研究结果可能有助于解释高脂肪饮食是如何引发炎症的，炎症可能导致肥胖个体产生胰岛素抵抗、2型糖尿病和其他并发症。被称为单核细胞的炎症免疫细胞侵入脂肪组织是肥胖的标志，但导致这种有害现象的原因尚不清楚。骨髓中产生包括单核细胞在内的许多免疫细胞，对环境变化非常敏感。科学家们已经证明，骨髓中的脂肪细胞会在高脂肪饮食的作用下迅速膨胀。

根据发表在《自然》期刊上的研究，科学家报告发现了一种端粒 DNA 新结构。端粒被视为长寿的关键，它们保护基因免受损害，但每次细胞分裂时都会变短一些。如果它们变得太短，细胞就会死亡。端粒之间的 DNA 有两米长，因此必须将其折叠以适合细胞。这是通过将 DNA 包裹在蛋白质上来实现的，DNA 和蛋白质一起被称为核小体，它们排列成类似于一串珠子的东西。这串珠子还会进行更多的折叠。它如何做到这一点取决于核小体之间的 DNA 长度，即串上的珠子。折叠后出现的两种结构是已知的。一种结构是两个相邻的珠子黏在一起，游离的DNA挂在它们之间。但如果珠子之间的DNA片段较短，则相邻的珠子不会黏在一起，两个堆叠并排形成第二种结构。结合电子显微镜和分子力光谱法，研究人员发现了另一种端粒结构。核小体靠得更近，因此珠子之间不再有任何游离 DNA。这最终会产生一个大的 DNA 螺旋。

根据发表在《Environmental Science & Technology》期刊上的一项研究，香港浸会大学的科学家报告纳米塑料颗粒可以进入肝脏和肺细胞，扰乱其正常过程，可能导致不良的健康后果。塑料无处不在，它们会释放出微小和纳米大小的碎片，可能被人意外吸入。虽然纳米塑料对人类的健康风险还不完全清楚，但最近研究表明，直径小于 100 纳米的颗粒可以进入动物的血液和器官，导致炎症、毒性和神经系统变化。在最新研究中，研究人员将人类肝脏和肺细胞分别培养在实验室平板上，并用不同数量的 80 纳米宽的塑料颗粒处理它们。两天后，电子显微镜图像显示，纳米塑料已经进入两种细胞，但没有杀死它们。当肝脏和肺细胞暴露在更多的纳米塑料中时，它们会产生更多的活性氧和不同数量的核苷酸、核苷、氨基酸、多肽和羧酸，这表明多重代谢过程受到了干扰。在某些情况下，线粒体通路似乎出现功能障碍。

水熊虫以在极端环境下生存的能力著称。根据发表在《PLOS Biology》期刊上的一项研究，东京大学的研究人员对缓步动物（水熊虫）耐受极度脱水而还能复活的机制进行研究，发现一种细胞质富集热可溶性(CAHS)蛋白质负责保护其细胞耐受脱水。对 CAHS 蛋白质的研究表明，它们可以感知包裹它们的细胞脱水，在细胞失去水分时形成凝胶状细丝网络、支撑着细胞的形状。这个过程是可逆的，所以当缓步动物细胞重新水化时，这些细丝以不会对细胞造成过度压力的速度消退。有趣的是，即使从缓步动物细胞中分离出来，这些蛋白质也表现出同样的作用。研究人员还发现，这些蛋白质在人类培养的细胞中也显示出有限的功能。

根据发表在《Cell Stem Cell》期刊上的一项研究，比利时鲁汶大学研究团队在实验室中使用干细胞生成了一种新型人类细胞。新细胞与早期人类胚胎中的天然细胞非常相似，有助于更好地研究胚胎植入子宫后会发生什么。鲁汶大学团队开发出第一个特定类型的人类胚胎细胞模型，即胚胎外中胚层细胞。这些细胞在胚胎中产生第一批血液，有助于将胚胎附着在未来的胎盘上，并在形成原始脐带方面发挥作用。研究人员表示，他们现在可研究在发育过程中通常无法企及的过程，该模型已使他们能够找出胚胎外中胚层细胞的来源。从长远来看，该模型也有望为生育、流产和发育障碍等医学挑战带来更多启示。

根据发表在《Cell Reports》期刊上的一项研究，外表相似但毫无关联的人被发现共享了大量 DNA 序列。研究人员招募了 32 对外表相似的人，其中 16 对的相似度接近同卵双胞胎。研究人员测序了他们的 DNA 以了解在基因层面他们是否具有类似外表的相似度。结果显示，这些个体拥有相似的基因类型，但在DNA甲基化和微生物组景观方面有所不同。遗传分析显示，这 16 对人中的 9 对聚集在一起，基于 19277 个常见的单核苷酸多态性。此外，体重和身高等身体特征以及吸烟和教育等行为特征在长相相似的配对中也是相关的。综上所述，这些结果表明，共同的基因变异不仅与相似的外表有关，还可能影响共同的习惯和行为。

根据发表在《自然》期刊上的一项研究，免疫细胞在抵御病原体感染过程中会发生突变。被称为淋巴细胞的免疫细胞是后天免疫系统的一部分，它包括了记忆 B 细胞和记忆 T 细胞，为了识别和抵御病原体，这两种细胞都会经历了一定程度的基因突变。这种正常的基因突变主要针对抗体基因，但会在其它地方产生附带损害。这种脱靶突变会导致淋巴细胞发生癌变，发展成淋巴瘤。

DeepMind 上个月宣布发布所有已知蛋白质的预测结构，它的蛋白质结构数据库 AlphaFold DB 中的数据超过了 2 亿。这一突破是否会对新药研制产生革命性影响？在多家大型药厂工作过的 Derek Lowe 博士给出了否定答案。他指出 AlphaFold DB 发现的蛋白质结构是知其然而不知其所以然——为什么蛋白质如此折叠的疑问还需要很多年才能回答。此外 AlphaFold 算法是建立在有序的已知结构的基础之上，对于无序的结构帮助不大。有些无序的蛋白质会在其它蛋白质存在的情况下突然变成有序，而有些在任何条件下都不会变成有序。这一特性对其功能至关重要。部分蛋白质行为无法通过结构解释，显然超出了 AlphaFold 的能力范围。

根据发表在《细胞系统》期刊上的一项研究， 中科院的研究人员发现胚胎发育具有的纠错潜能，可赋予生物学过程稳固性。所谓稳固性，即生物体在一定的遗传和环境扰动条件下具有维持其状态相对正常的能力，这对应对遗传突变和适应环境改变具有重要意义。既往研究表明，很多分子机制都可赋予生物学过程稳固性，如基因表达随机性、基因功能剂量补偿、反馈调控等。但多细胞生物的发育等复杂过程受到多层次调控，在细胞、组织、器官及个体水平等层面的稳固性的表现形式和调控方式仍有待系统研究。

生物学存在最久的问题之一是生物是如何从一个由均匀细胞组成的胚胎团开始，随着时间的推移，成长成为一个具有不同组织的有机体，而每个组织都具有自己独特模式和特征。这个问题的答案将解释豹子如何得到斑点，斑马如何获得条纹，树木如何长出枝丫以及生物学上许多模式发展的奥秘。半个多世纪以来，最受欢迎的解释是一个优雅的模型，它基于数学家图灵（Alan Turing）提出的化学信号，并取得了许多成功。但越来越多的科学家怀疑图灵的理论只是故事的一部分。洛克菲勒大学发育生物学家 Amy Shyer表示：“在我看来，仅仅因为它的美丽，我们就对它应该应用到多大范围一无所知。”在她看来，在细胞生长和分裂时发挥作用的收缩和压缩的物理力可能也发挥了重要的核心作用。她现在有证据。在 5 月发表在《细胞》期刊上的一篇论文中，Shyer 和共同资深作者、发育生物学 家Alan Rodrigues 及其同事表明，机械力可以诱导鸡胚胎皮肤产生毛囊以生长羽毛。正如表面张力可以将玻璃表面的水拉成球形的水珠一样，胚胎内的物理张力也可以建立模式，引导发育中的组织的生长和基因活动。随着生物体的生长和发育，其组织内的细胞互相拉扯和挤压，并与支持性蛋白质支架（细胞外基质）互相拉扯和挤压，细胞错综复杂地连接到这些支持性蛋白质支架上。一些研究人员怀疑这些力和细胞压力和刚度的变化一起，指导了复杂模式的形成。然而直到现在，还没有研究能够将这些物理力的影响与化学作用区分开来。

肠道微生物群有助于消化食物，通过影响免疫、代谢和神经系统维持人体健康。人类的部分肠道微生物历史相当悠久，在其它灵长类动物身上都能找到，这意味着它们源自于共同的祖先。随着人类涌入城市生活，逾半数的肠道微生物群都丢失了。这一情况可能会影响人类健康。城市生活改变了饮食、抗生素的使用以及卫生条件的改善，都可能是人类肠道微生物消失的原因。研究人员分析对比了灵长类动物以及人类的肠道微生物，发现人类失去了黑猩猩等灵长类动物中发现的 100 种微生物中的 57 种，其中部分是在几千年前消失的，部分是在近期消失的，城市居民损失最多。

作为拥有极其复杂的大脑和认知能力的非凡生物，章鱼在无脊椎动物中非常独特。以至于它在某些方面更像是脊椎动物而不是无脊椎动物。正如来自的里雅斯德港 Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati（SISSA）的 Remo Sanges 和来自那不勒斯 Stazione Zoologica Anton Dohrn 的 Graziano Fiorito 最近发表在《生物医学中心生物学刊（BMC Biology）》上的一篇研究论文发现的，这些动物的神经和认知复杂性可能源于与人类大脑类似的分子。这项研究表明，同样的“跳跃基因”在人类大脑和两种章鱼——普通章鱼和加利福尼亚双斑章鱼中都很活跃。这一发现可帮助了解这些非凡生物的智慧秘诀。

早在 2001 年，人类基因组测序就发现其中有超过45%是由转座子序列组成，即所谓的“跳跃基因”，通过分子复制粘贴或者剪切粘贴机制，这些基因可以从一个人基因组的一个地方移动到另一个地方，实现重排或复制。在大多数情况下，这些移动元素都保持沉默：它们没有可见的效果且失去了移动的能力。有些跳跃基因不活跃是因为它们积累了几代突变；其他一些完整的跳跃基因则是被细胞防御机制阻挡。从演化的角度来看，即使是这些片段和转座子的破碎副本仍然可以成为演化雕刻的“原材料”。

在这些移动元素中，最重要的是那些属于长散在重复序列（LINE）家族的元素，它们是在一百个人类基因组拷贝中发现的，可能仍然活跃。传统认为这些 LINE 的活动只是过往的痕迹，是这些移动元素演化过程的残余，但是近年来出现的新证据表明，它们的活动在大脑中受到了精细调节。科学家认为 LINE 转座子与学习和记忆等认知能力有关：它们在海马体中特别活跃，海马体是我们大脑中学习过程神经控制的最重要结构。和我们的一样，章鱼的基因组也富含“跳跃基因”，其中大部分是不活跃的。研究人员着重研究了仍然能够复制粘贴的转座子，在这些动物对认知能力至关重要的大脑区域发现了LINE家族的一个元素。

1346 到 1353 年，黑死病席卷西欧，部分地区人口减员多达六成。历史记录显示鼠疫源自东方，1346 年被蒙古军队围困的克里米亚 Caffa 经历了欧洲最早的鼠疫爆发。中国有着遗传多样性最丰富的现代鼠疫菌株 Y. pestis，暗示鼠疫源自东方。但鼠疫是如何传播过去的，它的中转站在哪里？根据本周发表在《自然》期刊上的最新研究， 研究人员在吉尔吉斯斯发现了两个 14 世纪的墓地，其中有 10 个墓碑明确提及了鼠疫。对墓地残骸的 DNA 分析发现了鼠疫菌株。基因组分析显示它们是导致黑死病的菌株的直接祖先。墓地的菌株与从吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦和中国天山周围旱獭等啮齿动物身上取样的菌株关系最为密切。这些地区都位于丝绸之路的贸易线路上，表明贸易在黑死病的传播上发挥了重要作用。研究人员希望能分析来自中国的古代样本以更好的了解黑死病的起源。

全球首次对海洋 RNA 病毒的研究发现了数千种新病毒，其中一些在海底固碳方面发挥了核心作用。2009 年至 2012 年间，研究人员在一艘名为 Tara 的船上收集了世界所有海洋的海水样本。俄亥俄州立大学的 Guillermo Dominguez-Huerta 和同事此前曾研究过这些样本中的数十万个 DNA 病毒，发现它们集中在五个主要生态区，其中一些在北冰洋多样性程度最高。但这只是故事的一半。海洋中还充满了另一种病毒，这些病毒的基因组由另一种被称为 RNA 的遗传物质组成，细胞用它来指导蛋白质合成。使用现有方法分析 DNA 病毒相对容易，但研究人员必须想方设法改进技术以区分病毒 RNA 和每个样本中游动的其他生物体产生的过量 RNA。现在 Dominguez-Huerta 和同事发表论文，他们使用来自 Tara 的样本对海洋中 RNA 病毒进行了有史以来最大规模的研究。研究人员在海洋中发现了 5000 多种 RNA 病毒，几乎所有这些病毒都是新的科学发现。研究团队特别关注病毒在碳封存中所起的作用。每天大量死去的浮游生物沉入海底，带着它们体内的碳，之后可能会被埋葬数百万年。这个过程被称为生物碳泵，每年可以带走多达 120 亿吨的碳。这大约是人类造成的二氧化碳排放总量的三分之一。

2003 年人类基因组计划完成了对人类 DNA 所有片段的测序。现在二十多年后，MIT 的 Jonathan Weissman 教授及其同事超越了序列，完成了首个人类细胞表达的基因的综合功能图谱。该项目的数据于 6 月 9 日发表在线上《Cell》期刊上，将每个基因与其在细胞中的工作联系起来，这是多年来在单细胞测序方法 Perturb-seq 上合作的成果。数据可供其他科学家使用。这一成果要归功于单测序工具 Perturb-seq 和 CRISPR-Cas9 基因组编辑，它们将基因变化引入细胞，然后捕获关于 RNA 表达的信息（使用单细胞 RNA 测序）。研究人员使用人类血液癌细胞系和来自视网膜的非癌细胞将该方法扩展到整个基因组，最终在超过 250 万个细胞中使用了 Perturb-seq。

北京大学等的研究团队日前宣布，以只使用化合物的新方法成功构建出人的 iPS 细胞。与京都大学山中伸弥教授发现的在人体细胞中加入 4个 基因从而构建 iPS 细胞的方法完全不同。这可能促进实现更轻松且大规模构建iPS细胞的方法等，但也存在其他研究团队能否再现同样的结果及安全性等课题。研究报告发表在《自然》期刊上。北京大学教授邓宏魁等人把利用这种新方法构建的 iPS 细胞称为“CiPS细胞”。该团队 2013 年宣布构建出小鼠 CiPS 细胞，之后又用了 9 年时间，实现人体 CiPS 细胞。在人体细胞中加入多种化合物，分四个阶段用了大约 40～50 天培养，就形成了 iPS 细胞。CiPS 细胞可以利用胎儿及成人皮肤等细胞构建，构建效率为0.2～2.5％ 左右。

发表在《科学报告》期刊上的一项考古学研究，报道了公元 79 年维苏威火山喷发后在意大利庞贝去世的一名个体的人类基因组测序结果。在此之前，研究人员只测序过庞贝人和动物残骸的线粒体 DNA 短片段。丹麦哥本哈根大学和意大利萨兰托大学的研究人员此次分析了在庞贝“匠人之家”发现的两名个体的残骸，并提取了他们的DNA。根据这些骨骼的形状、构造和长度判断，一组残骸属于一名死亡时年龄 35 到 40 岁的男性，另一组残骸属于一名 50 岁以上的女性。虽然作者能提取两名个体的古 DNA 并进行测序，但他们只能获得男性残骸的完整基因组，因为女性残骸的序列存在空白。研究团队比较了这名男性个体的 DNA 与其他 1030 名古代及 471 名现代西方欧亚个体的 DNA，发现他的 DNA 与现代中部意大利人以及罗马帝国时期住在意大利的其他个体的相似性最大。不过，对这名男性的线粒体DNA和Y染色体 DNA 的分析还发现了在撒丁岛个体中常见的基因群，但在罗马帝国时期住在意大利的其他个体中没有发现这些基因群。这说明整个意大利半岛在这一时期可能有着很高的遗传多样性。

下一代基因改造技术将不只是简单的向生物体引入实验室微调的基因，而是用实验室微调的基因靶向和移除特定的天然基因，此类技术被称为基因驱动。

如果包含基因驱动的动物（亲本A）与不包含该基因驱动的动物（亲本B）交配，那么在结合了它们遗传物质形成的胚胎中，亲本A的基因驱动会立刻开始发挥作用。它会在亲本B的染色体中识别出自身的天然基因版本并加以破坏——将其从 DNA 链中切割出来。然后亲本B的染色体会修复自身——但会复制亲本A的基因驱动。因此胚胎和由此产生的后代几乎可以保证具有基因驱动，而不是只有标准转基因的 50%的几率——因为胚胎从每个亲本那里获取一半的基因。可通过基因编辑技术 Crispr 添加到基因之中创建基因驱动。这告诉它在新胚胎的另一个亲本DNA中靶向自身的自然版本。基因驱动还包含一种进行实际切割的酶。

我们希望基因驱动可用来大大减少疟蚊和其他害虫或者入侵物种的数量。Target Malaria是这方面最前沿的一个组织，它开发出了阻止蚊子产生雌性后代的基因驱动。这很重要，原因有两个——只有雌蚊子会咬人，而且没有雌性，蚊子的数量会直线下降。其核心目标是大幅减少死于疟疾的人数，据世界卫生组织称，2020 年死于疟疾的人数是 62.7 万人——一个悲伤的数字。它还可以减轻这种疾病对经济的影响。2020 年有 2.41 亿例病例，主要在非洲，据估计疟疾每年使非洲大陆经济产出损失 120 亿美元。

美国生物学家、MIT 助理教授 Kevin Esvelt 是世界基因驱动开发的先驱之一。他在 2013 年首次提出这项技术。Esvelt 教授表示，这项技术是通过一种名为“菊链（daisy chain）”的方式提供的。在这种方式下，基因驱动被设计成在几代之后就不再起作用。或者每一代的传播几率都减半，直至最终停止。他表示使用这种技术可以控制并隔离基因驱动的传播。他表示：“可以在一个城镇释放带有限制的转基因生物，以改变（特定生物）的种群数量，同时将对临近城镇的影响降至最低。”

据估算人体包含了超过 200 种细胞，它们全部来自一个受精卵。皮肤的纺锤形细胞、神经节分支的神经元、肥大的脂肪细胞，极其敏感的视杆细胞和视锥细胞——所有这些都是长期发育过程的产物，它们的物理形态发生了面目全非的改变。除了少数例外，所有这些细胞都携带着与受精卵相同的基因。每种细胞之间唯一的差异是哪些基因是活跃的。但是基因相同的细胞是如何分化出不同的身份的呢？在分子水平上发生了什么将干细胞转化为皮肤细胞，为什么它们会保持这种状态而不是变成肌肉或脂肪？研究人员一直在努力回答这些问题，这些问题与所有复杂生物的发育有关，无论是芥菜植物、蜈蚣还是蓝鲸。遗传模型的早期尝试总是缺乏生物学家在自然界中看到的重要方面——尤其是一种简单性，使它能够扩大规模以定义多种细胞命运。

现在加州理工学院一群具有物理学背景的生物学家在《科学》期刊上报告称，他们设计出了一个简单的基因网络，可以产生令人惊讶的复杂、逼真的行为。这可能代表着在理解大自然如何告诉细胞分化方面的重大进展。研究人员将少量工程基因引入细胞，并施加正确的化学信号，将细胞引导出了七种不同的稳定状态，每一种在显微镜下都可以通过不同的发光颜色进行区分。细胞表现出与分化细胞相关的关键特性；例如它们坚定地致力于成为一种细胞，但它们也会表现出对以前活动的“记忆”，这会影响它们对新环境的反应。数学模型表明，只需再增加几个基因，就有可能定义数百种细胞身份，足以形成复杂生物的组织。这一发现为实验打开了大门，更接近于理解构建我们的系统在一万年前是如何构建的。

狼疮是一种自体免疫性疾病，即免疫系统非正常地攻击自身健康的组织和器官。狼疮的原因一直是个谜，它没有治愈方法，目前的治疗主要在于减轻症状。根据发表在《自然》期刊上的一项研究，研究人员相信他们发现了导致狼疮的单点突变。此前的研究将狼疮与 TLR7 基因关联起来，西班牙少女 Gabriela Piqueras 在 5 岁时出现了狼疮症状，研究人员在她的基因组中识别了一个单点突变，在小鼠身上利用 CRISPR 基因编辑技术重现这一突变会导致其发展出狼疮症状。这一突变增加了免疫系统对鸟嘌呤的敏感性，鸟嘌呤是 DNA 和 RNA 的基础组成部分之一。这导致了在没有病毒 RNA 存在的情况下打开感染传感器。TLR7 位于 X 染色体上，这能解释为什么女性比男性更可能发展出狼疮。