至2017年Science杂志重磅级突破性研究成果

2017年Science杂志重磅级突破性研究成果

时光总是匆匆而逝，12月份已开始，2017年也已接近尾声，迎接我们的将是崭新的2018年，2017年3大国际杂志Cell、Nature和Science(CNS)照旧刊登了很多突破性耐人寻味的研究，本文中小编首先对2017年Science杂志发表的重磅级亮点研究进行盘点，分享给大家!与各位1起学习!

Science：科学家成功解析HIV病毒关键结构 攻克重大困难

美国Salk研究所的科学家们近解析了HIV 病毒中1个关键部份的原子结构，这个叫做整合体(intasome)的关键结构能够帮助HIV整合到人类宿主DNA并在体内复制。相干研究结果发表在国际学术期刊Science上，该研究有助于开发新的HIV医治药物。

本文作者Dmitry Lyumkis表示：HIV是1种非常聪明的病毒，学会了如何逃脱好的药物。深入理解病毒逃逸机制，开发适用性更强的药物将会是未来研究的1个主要方向。

在这项新研究中，研究人员使用了单颗粒低温电子显微镜，这类技术能够帮助科学家们对照较大的复杂动态份子进行图象捕捉。他们在病毒整合体上添加了1个特殊蛋白增进整合体在甘油中的溶解性，并加入了1些盐离子避免蛋白聚集成块。

Science：睡眠是如何提高知识的记忆能力的?

我们都知道，如果想让白天学到的知识更加的巩固，那末好晚上要睡个好觉。虽然很久以来科学家们已了解我们的记忆贮存于大脑的神经元连接中，但睡眠对信息的贮存和巩固具有怎样的作用还不清楚。

如今，有两项研究能够帮助我们解释这1久长以来的谜题。

事实上，我们都很好奇为何每天都必须要有1定的睡眠时间。新1项假说认为睡眠能够帮助我们大脑排出白天生产出的有毒的蛋白。近研究则表明，如果没有得到充足的睡眠，我们患血汗管疾病和II型糖尿病的风险将会有明显的提高，更别说帕金森等神经退行性疾病了。

如今，来自威斯康星大学和约翰霍普金斯大学的研究者们提出了睡眠的另外1个好处，即它能够精细地修剪我们白天学习产生的记忆。这类所谓的突触稳态调理理论其实不是新的产物。来自威斯康星大学的研究者们早在10年之前就提出了这样的假说，他们认为睡眠阶段大脑神经元之间的连接将会被断开，从而将记忆变得更加清晰。

Science：大脑比我们想象的要复杂100倍

近1项由UCLA的科学家们做出的研究可能能够改变我们此前对人类大脑的认知。这1变化或许会对神经紊乱和人工智能的开发起到重要的影响。

该研究的重点在于大脑神经轴突的结构域功能。神经元是体积较大的树状结构，由胞体和上面长出的若干突触构成。此前研究者们1直认为神经元的信号首先由胞体发出，而轴突仅仅是将上述信号被动地转移到其它神经元中。但这1假说还没有真正被检验过。这1进程也与记忆的产生和贮存息息相干。

但是，UCLA的研究者们发现神经元的轴突其实不仅仅是被动传递信号的功能。他们的研究表明在动物运动的进程中突轴突能够主动地激活，相对胞体能够产生10倍以上的树突。这1发现挑战了现有的观点，即胞体产生的分支才是理解、记忆和学习进程中的大脑活动的根本。

Science：癌症免疫疗法新突破!PD⑴阻断疗法激活的T细胞还需依赖CD28共刺激

阻断PD⑴通路的抗癌药物(也被称作免疫检查点抑制剂)如今被美国食品药品管理局(FDA)批准用来医治黑色素瘤、肺癌和几种其他的癌症。这些药物常常被描写为在功障碍的T细胞表面上松开制动器。

在1项新的研究中，来自美国埃默里大学医学院埃默里疫苗中心和温希普癌症研究所(Winship Cancer Institute)的研究人员证实，即使松开强加在PD⑴上的制动器，这些肿瘤特异性的T细胞依然需要燃料进行增殖和恢复有效的免疫反应。这类燃料来自基于CD28份子的共刺激(co-stimulation)。相干研究结果于2017年3月9日在线发表在Science期刊上，论文标题为Rescue of exhausted CD8 T cells by PD⑴ targeted therapies is CD28-dependent。

虽然PD⑴靶向药物获得成功，但是很多病人的肿瘤其实不对它们作出反应。这项研究的发现表明存在于T细胞表面上的CD28多是1种能够预测PD⑴靶向药物是不是有效的临床生物标志物。另外，对CD28的需求提示着共刺激可能在1些病人体内丢失了，这可能有助指点设计组合疗法。

Science：甚么?挠痒也能沾染?

与打哈欠类似，抓痒也是1种能够沾染的行动，仅仅看到他人抓耳挠腮就可以够引发我们挠痒的愿望。

近，研究者们发现小鼠可能具有一样的反应，这1发现或许能够帮助我们找到能够感受他人刺激性感觉的脑回路。

此前关于沾染性行动的研究结果1直以来饱受争议，对我们在看到他人抓痒或打哈欠时会作出类似的行动是不是是由于同情心在作怪，1直没有统1的解释。因此，这类沾染性行动产生的缘由其实不清楚。

近，研究者们发现小鼠与人类具有相同的情感，即它们也能够与同伴分享抓痒的行动。

首先，研究者们将1对小鼠关在1个笼子里，然后对它们的行动进行了分析。结果显示，如果有1只小鼠开始挠痒的话，另外1只小鼠挠痒的概率也会明显上升。为了验证这1行动的产生仅仅是由于视觉上的感受，研究者们让小鼠观看视频中小鼠挠痒的行动，得到了类似的结果。

Science：3分之2的致癌突变归因于随机DNA复制毛病

在1项新的研究中，来自美国约翰霍普金斯大学基梅尔癌症中心的研究人员提供证据证实随机的不可预测的DNA复制毛病致应重新焊接；若元器件性能变差使将近3分之2的致癌突变。他们的研究建立在根据来自全球的DNA测序数据和流行病学数据开发出的1种新的数学模型的基础上。相干研究结果发表在2017年3月24日的Science期刊上，论文标题为Stem cell divisions， somatic mutations， cancer etiology， and cancer prevention。

论文共同通讯作者、约翰霍普金斯大学基梅尔癌症中心生物统计学助理教授Cristian Tomasetti博士说，尽人皆知，我们必须避免吸烟等环境因素，以便降到我们的患癌风险。但是，其实不为很多人所知的是，每次分裂时，1个正常的细胞会复制它的DNA，产生两个新的仔细胞。这个进程会产生很多毛病。这些复制毛病是致癌突变的1种重要的来源。在过去，这些致癌突变在科学上被低估的。这项新的研究首次估计了这些复制毛病致使的突变比例。

Science：为什么每一个人的长相都不1样?看科学家如何解释

虽然在每一个人体内控制面容构成的基因都大致相同，但每张面孔都是的。Filippo Rijli和他的研究团队发现了能够调理脸部形态构成的表观遗传学机制。在初期发育进程中，构成不同脸部结构的神经嵴细胞能够保持染色体的可塑性，所有参与其中的基因都处于准备状态来应对局部信号。1旦细胞暴露于环境信号，神经嵴细胞的基因就会从准备状态变成活跃状态，引诱位置特异性的转录程序，来构成下巴、颧骨和额头等结构。

神经嵴细胞构成了大部份的头骨、脸部软骨和骨骼，在初期胚胎发育阶段，神经嵴细胞从发育中的神经管迁移到未来的头部区域。这些产生迁移的神经嵴细胞是天然的多能细胞，1旦到达它们终的目的地，就会产生命运决定向软骨方向分化。

神经嵴细胞也会取得特定的位置身份，从而肯定骨骼和软骨的形状，将来构成下颌骨和下巴、颧骨、鼻子和额头。细胞在迁移进程中对这类位置身份的取得取决于它们迁移的路径和与局部环境的相互作用。但是即便在迁移以后位置身份不可逆转地肯定下来，神经嵴细胞依然会保持1定的可塑性。

Science：科学家开发出效力明显优于其它方法的新型全基因组扩增方法

近日，刊登在国际杂志Science上的1项研究报告中，来自哈佛大学的研究人员通过研究开发出了1种新型的全基因组扩增方法，这类方法优于当前使用的其它基因组扩增方法;在这项研究报告中，研究者对这项技术进行了描写，同时阐明了这项技术如何用于测定人类细胞暴露紫外辐射后所出现的单核苷酸改变。

随着科学家们不断完全深入理解机体的基因组，新型的研究工具也在不断诞生，其中1种研究就是探究人类机体近乎1样的细胞之间的差异，比如胚胎细胞等，每一个细胞都有本身的基因组，乃至在相同的有机体中都是这类情况;此前研究中，研究者开发出了能够放大细胞间差异的工具，这不但能够帮助更好地理解基因组工作的原理，还具有1定的实际利用;其中研究者就开发了1种名为MALBAC的工具来研究并且测订单1细胞间的遗传改变，其能够在体外受精中对胚胎进行筛查，但研究者指出，这类技术常常也受限于等位基因的丢失，而这常常会限制他们了解单核苷酸突变的进程。

Science：颠覆常规认知!科学家发现树突细胞也许源于特殊祖细胞

树突细胞是机体免疫力的门卫，其能够帮助机体有效检测并且开启抵抗外来病原体或异物的免疫力，截止到目前为止，研究者认为树突细胞的亚型是从1种共同的祖细胞分化而来;近日，1项刊登在国际杂志Science上的研究报告中，来自新加坡A*STAR研究所等机构的研究人员通过研究发现，人类机体的免疫细胞也许是从特殊的祖细胞衍生而来，相干研究或为后期开发新型疫苗并且优化疫苗提供了新的线索。

波昂大学的研究者Andreas Schlitzer教授表示，我们的血液中其实不仅仅是红细胞，红细胞对运输氧气非常关键;血液中还含有多种类型的免疫细胞，其能够帮助有效抵抗外来的病原体，比如病毒或细菌等，长时间以来研究者深入解析了血液免疫细胞的隔间( blood immune cell compartment)，其中人类的树突细胞就是先天性免疫系统和免疫系统适应性分枝的重要接口，因此相干研究结果对理解人类免疫反应调理期间免疫细胞亚型所扮演的关键角色具有重要的意义。

Science重磅!科学家发现了5种新型血液免疫细胞!

科学家们已发现了人免疫系统中的几种新型免疫细胞。

这些细胞是被称作树突状细胞和单核细胞的血液白细胞中的新亚群。研究人员发现了两种新的树突状细胞亚群及两种新的单核细胞亚群，他们还发现了1种新的树突状细胞前体细胞，相干研究成果近日发表在Science上。

来自Broad及其他机构的研究人员使用1种叫做单细胞基因组学的技术分析了人血细胞的基因表达模式。此前，不同的免疫细胞已被研究过，并根据它们表面的蛋白进行分类。这项新技术则更强大，能够揭露旧技术没法发现的罕见细胞类型。

树突状细胞表面会呈递1种叫做抗原的份子。这些份子会被T细胞辨认，随后T细胞会启动免疫反应。而单核细胞是大的血液白细胞，能够发育成为负责消化细胞碎片的巨噬细胞。

Science：抗HIV药物失效的缘由竟可能在于某些阴道细菌

在全球，HIV病毒每一年感染1百万以上的女性。在1项新的研究中，来自加拿大、美国、南非和瑞典的研究人员发现1些类型的阴道细菌可能对旨在禁止感染上HIV风险的药物凝胶产生干扰。相干研究结果发表2017年6月2日的Science期刊上，论文标题为Vaginal bacteria modify HIV tenofovir microbicide efficacy in African women。

这些发现建立在2010年的1项针对南非女性使用阴道凝胶情势的杀微生物剂药物替诺福韦(tenofovir)来评估它如何很好地禁止HIV传播的研究的基础上。

经证实，这类药物在禁止高风险男性感染上HIV方面获得成功，但是触及女性的研究结果是使人失望的。

2010年展开的1项被称作CAPRISA 004的随机临床实验已证实替诺福韦凝胶在性接触之前和以后使用将HIV感染率下降39。

在这项研究期间，研究人员研究了虽然常常使用这类凝胶但依然感染上HIV的1部份女性。

Science：发现癌细胞迁移新机制

在1项新的研究中，来自法国的年轻研究人员发现1种增进细胞迁移的新机制。细胞在它的细胞膜表面上产生多种小的钩子，从而有助它附着到细胞外的胶原纤维上并且沿着这些胶原纤维进行迁移。这类作用有助我们更好地理解细胞从肿瘤块中逃离出来，并且在体内迁移和构成新的病灶。相干研究结果发表在2017年6月16日的Science期刊上，论文标题为Tubular clathrin/AP⑵ lattices pinch collagen fibers to support 3D cell migration。论文通讯作者为法国国家健康与医学研究院研究带头人Guillaume Montagnac和法国巴黎-萨克雷大学哥斯达夫胡西研究所研究员Nadia Elkhatib。

细胞迁移是1种对生命相当重要的正常进程。在肿瘤学中，它参与新的转移瘤构成。

Guillaume Montagnac宣称，在此之前，我们已知道细胞依赖于某些结构将它自己附着到它的环境中。我们如今鉴定出被称作网格蛋白包被小窝(clathrin-coated pit)的新结构，已知它们在其他的细胞功能中发挥侧重要作用。癌细胞利用它们作为钩子附着到其他的结构上以便4处移动。这些新的结构致使大约50的细胞附着到周围的结构上。

Science：高通量分析上千种微型蛋白，有望引发蛋白工程变革

DNA合成技术获得的进展与利用计算方法设计新的蛋白取得的改进相结合为进入数据驱动的蛋白份子工程的新时期做好准备。

在1项新的研究中，来自美国华盛顿大学和加拿大多伦多大学的研究人员报导了1种新的高通量方法使得对计算设计蛋白(computationally designed protein，即利用计算方法设计蛋白)的折叠稳定性进行大范围的测试成为可能。相干研究结果发表在2017年7月14日的Science期刊上，论文标题为Global analysis of protein folding using massively parallel design， synthesis， and testing。论文通讯作者为华盛顿大学生物化学教授David Baker，论文作者为华盛顿大学生物化学博士后研究员Gabriel Rocklin。

科学家们想要构建出新的在自然中不能发现的蛋白份子，这些份子能够在禁止或医治疾病、在工业利用、在能量产生和在环境清算中发挥功能。

Rocklin说，但是，当在实验室中进行测试时，计算设计蛋白常常不能够构成在设计它们时想要它们具有的折叠结构。

Science：重磅!新发现挑战染色体组装经典模型

几10年来，科学家们普遍认为染色体组装是1个多层级高度有序的进程，即双链DNA缠绕着组蛋白8聚体(H2A， H2B， H3和H4)组成核小体，既没有明确的战略性矿产名录DNA如细丝般将大量核小体串起，构成了11nm的念珠状结构，它们依照螺线管或Z字形排列堆砌成为30nm的染色质纤维，经过折叠聚集成120nm染色质丝，进而紧缩为300⑺00nm的染色质。当细胞处于有丝分裂期时，染色质可进1步高度浓缩成1400nm的有丝分裂染色体。但是在之前的研究方法中，人们广泛采取电子显微镜视察DNA，但是在所取得的DNA图象中，它的对照度比较低。

如今，在1项新的研究中，来自美国加州大学圣地亚哥分校和沙克生物研究所的研究人员开发出1种新的被称作ChromEM的电镜样品染色方法，从而能够在透射电子显微镜下直接视察细胞核中的染色质结构。这类方法的关键在于1种名为DRAQ5的特殊DNA荧光染料。这类染料不但可以对DNA进行荧光标记，而且在遭受激起后，能够让2氨基联苯胺(DAB)产生光氧化，从而使得DAB多聚化，从而提高细胞核内的DNA电子密度，这样就能够电子显微镜下清晰地视察细胞中的DNA。

Science：重大突破!揭露III型CRISPR-Cas系统中的1种环寡腺苷酸信号通路

在原核生物的III型CRISPR-Cas系统中，多种Cas蛋白与CRISPR RNA(crRNA)组装在1起构成Csm(对III-A型CRISPR-Cas系统而言)或Cmr(对III-B型CRISPR-Cas系统而言)效应复合物，Csm或Cmr复合物通过1种转录依赖的DNA沉默来干扰入侵的核酸。在噬菌体感染细菌以后，它的DNA开始转录，以便建立和保持感染周期。在细菌中，这类crRNA引导的Csm/Cmr复合物作为1种监控复合物扫描入侵者的RNA中的互补性靶序列，即前间隔序列(protospacer)。

crRNA引导Csm/Cmr结合到入侵者的RNA上，从而触发Csm3/Cmr4亚基切割这类RNA，并且同时激活Cas10亚基的单链DNA酶活性，从而降解转录泡(transcription bubble)中的单链DNA。Csm或Cmr复合物通过检查crRNA 5-柄与RNA靶序列的3端侧边序列之间的互补性来避免本身免疫反应。crRNA 5-柄与噬菌体的靶RNA存在碱基配对会抑制Cas10的单链DNA酶活性，因此保护宿主DNA不被降解。crRNA 5-柄与噬菌体的靶RNA不存在互补性会表明转录泡中的单链DNA是非自我DNA模板，从而激活Cas10的单链DNA酶活性，将它降解。

Cas10亚基在III-A型CRISPR-Cas系统中也被称作Csm1，在III-B型CRISPR-Cas系统中也被称作Cmr2。它含有1个N末端HD结构域，两个小的 螺旋结构域和两个Palm结构域。这两个Palm结构域都具有1个铁氧化还原蛋白类似的折叠(ferredoxin-like fold)，而且这个折叠区域具有核酸聚合酶和核苷酸环化酶的核心结构域。

Science：大脑记忆构成新机制

利用新型的NeuroGrid技术，科学家们发现睡眠能够增进大脑与记忆构成有关区域之间的相互交换。相干结果发表在《Science》杂志上。

大脑中1类叫做海马区的结构对新构成记忆向记忆转变具有关键的作用，此前研究者们已发现：在睡眠阶段，大脑海马区会产生1种高频的神经信号，他们认为这1信号对记忆的贮存具有重要的作用。目前这项研究则证明了这1信号的存在，和证明了它们的具体散布位点是在复杂感受性信息进行处理的大脑区域。

当我们初次发现的时候，都以为是错的，由于这信号此前从未被发现过，该研究的作者，来自哥伦比亚大学的助理教授Dion Khodagholy说道。

Science：重磅!1种3特异性抗体3管齐下有望禁止HIV感染

在1项新的相对纯度高研究中，美国研究人员报导在实验室制造的1种3特异性抗体(three-pronged antibody， trispecific antibody)要比用来制造这类3特异性抗体的单1天然抗体更好地让猴子免受两种人猴嵌合免疫缺点病毒(SHIV)菌株的感染。相干研究结果2017年9月20日在线发表在Science期刊上，论文标题为Trispecific broadly neutralizing HIV antibodies mediate potent SHIV protection in macaques。

这类3特异性抗体是由来自美国国家卫生研究院(NIH)和法国制药公司赛诺菲的研究人员开发出的，而且在实验室中也比单1的天然抗体更强地禁止更多的HIV毒株感染细胞。这类新的广发中和抗体结合到HIV的3个不同的关键位点上。

目前，这些研究人员正在计划在健康人群和HIV感染者中展开这类3特异性抗体的初期临床实验，希望它终能够被用来长时间地预防和医治HIV。通过与HIV的3个不同位点结合，相比于单1的天然抗体，这类病毒应当更难躲避这类3特异性抗体。

Science：新方法制造有潜力医治癌症和HIV的苔藓虫素，产率提高上万倍

1种从海洋害虫中分离出来的药物有望医治1些为严重的疾病，而且科学家们也想要知道它到底多有效---只要他们能够取得更多的这类药物。就目前的情况来看，世界上的这类化学物的供应量大约降落到20世纪90年代的1半，而且很难从产生它的海洋生物中提取出足够的数量。

如今忌用坚固工具停止清算，在1项新的研究中，来自美国斯坦福大学的研究人员在实验室中发现1种更简单、更高效的方法来制造这类需求量日趋增加的化合物。他们新合成的药物将足以继续展开临床实验来测试它作为1种癌症免疫医治药物的疗效，和医治阿尔茨海默病和HIV的疗效。相干研究结果发表在2017年10月13日的Science期刊上，论文标题为Scalable synthesis of bryostatin 1 and analogs， adjuvant leads against latent HIV。

论文通讯作者、斯坦福大学化学教授Paul Wender说，他1度对这个项目感到非常兴奋，我穿上我的实验室外套，做了1些结晶实验。对他来讲，这篇论文是几10年研究的结果。

Science：利用DNA复制节律杀死癌细胞

人细胞在1生当中都会通过分裂产生新的细胞。在这个进程中，稳定地乃至是有节律地供应DNA构成单元(building block)是产生新的DNA所必须的。如今，在1项新的研究中，来自丹麦哥本哈根大学健康与医学学院的研究人员首次展现了人细胞如何地调理这个进程从而确保它不会产生过失和致使疾病。他们还展现了他们如何能够操纵这类节律，并且指出这1点在未来如何被用来杀死癌细胞。相干研究结果发表在2017年11月10日的Science期刊上，论文标题为Redox-sensitive alteration of replisome architecture safeguards genome integrity。

在人细胞中，新的DNA是利用核糖核苷酸还原酶(ribonucleotide reductase， RNR)产生的被称作核苷酸的构成单元构成的。在此之前，我们还没有完全理解RNR节律和适合数量的核苷酸的存在如何地与DNA复制速度保持1致。

如今，这些研究人员绘制出核苷酸的活动和调理。这类活动遵守着与DNA复制相同的节律，而且当产生偏差时，细胞就会调理着这个进程，让二者保持1致。

Science：重大突破!利用细菌CRISPR/Cas系统构建出世界上小的磁带录音机

在1项新的研究中，来自美国哥伦比亚大学医学中心的研究人员通过1些奇妙的份子黑客技术，将1种天然的细菌免疫系统转化为1种微型数据记录器，从而为开发将细菌细胞用于疾病诊断和环境监测等用处的新技术奠定基础。相干研究结果于2017年11月23日在线发表在Science期刊上，论文标题为Multiplex recording of cellular events over time on CRISPR biological tape。

这些研究人员对人体肠道中普遍存在的大肠杆菌的1种普通的实验室菌株进行基因修饰，使得它们不但记录与它们与环境之间的相互作用，而且还记录这些事件产生的时间。

论文通讯作者、哥伦比亚大学医学中心病理学、细胞生物学与系统生物学系助理教授Harris Wang说，这些被病人吞下的细菌可能能够记录它们在全部消化道中经历的变化，从而对之前没法视察到的现象产生的认识。其他的利用可能包括环境监测，生态学和微生物学领域的基础研究。

编辑点评

以上研究仅是笔者整理的1些重大突破性研究，固然2017年还有很多很多值得我们去认真学习和研究的亮点研究，相信在行将到来的2018年Science杂志上将会为我们显现出更多创新性的突破研究，让我们拭目以待。