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2018年6月1日Science期刊精華

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摘要:2018年6月3日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2018年6月1日)發布,它有哪些精彩研究呢?讓小編一一道來。圖片來自Science期刊。1.Science:重磅!開發出感知壓力和讓分離的蟑螂腿移動的人造神經doi:10.1126/science.aao0098; doi:10.1126/science.aat3125盡管可能是了不起的工程技術,但當今的假肢裝置可能
2018年6月3日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2018年6月1日)發布,它有哪些精彩研究呢?讓小編一一道來。
2018年6月1日Science期刊精華圖片來自Science期刊。
1.Science:重磅!開發出感知壓力和讓分離的蟑螂腿移動的人造神經
doi:10.1126/science.aao0098; doi:10.1126/science.aat3125

盡管可能是了不起的工程技術,但當今的假肢裝置可能無法讓人類大腦感到滿意。瑞典隆德大學神經生理學家Henrik Jörntell 說,“如果你有一只假手. . .你能夠以一種非常粗暴的方式控制它,但它沒有給出任何反饋,那么它對病人來說就變成了更大的精神負擔,并且他們通常在一段時間后會將他們的假體放到架子上。”

但是,在一項新的Jörntell沒有參與的研究中,他看到了有朝一日解決這種問題的可能性。在這項研究中,來自美國斯坦福大學、中國南開大學、韓國首爾國立大學和慶熙大學的研究人員報道了首個能夠檢測壓力的人造神經,在將這種人造神經連接到蟑螂的一只分離的腿上后,它甚至能夠讓這只分離的腿移動。這些作者們提出類似的傳感器可能有朝一日整合到假肢中,從而使得它們能夠向用戶傳遞觸摸信息。相關研究結果發表在2018年6月1日的Science期刊上,論文標題為“A bioinspired flexible organic artificial afferent nerve”。

為了開發這種裝置,Lee的研究團隊與斯坦福大學化學工程師Zhenan Bao合作,將三種組分組合成一種幾厘米長的扁平柔性片材,這三種組分分別為由有機聚合物、碳納米管和金電極制成的壓力傳感器;將這種傳感器的輸入轉換為電脈沖的環形振蕩器;將來自多個環形振蕩器的輸入組合成電流的晶體管。Bao說,“當我們構建一個系統時,如果一個部件的行為不符合它的要求,那么整個系統就會失敗。最具挑戰性的地方在于真正地讓所有這三個部件以一種緊密結合的方式一起發揮作用,并能夠真正地展示一種功能。”

Bao說,“我們仍處于開發能夠被整合到假體皮膚中的人造神經系統的早期階段。”人體皮膚“能夠檢測熱量、能夠檢測振動、壓力和各種不同形式的力。要真正模仿我們的皮膚. . .我們需要整合其他的傳感器,提高我們能夠實現的整合度,并進一步提高這種裝置的穩定性和可靠性。”

2、3、4.重大進展!三篇Science揭示單個細胞形成完整有機體的基因圖譜
doi:10.1126/science.aar4362; doi:10.1126/science.aar3131; doi:10.1126/science.aar5780; doi:10.1126/science.aat8413

不論是蠕蟲、人類還是藍鯨,所有的多細胞生物都是從單個細胞卵子開始的。這個細胞產生形成有機體所需的許多其他的細胞,而且每個新的細胞都是在合適的時間在合適的位置上產生的,從而通過與它的相鄰細胞進行合作而精確地發揮它的功能。這一壯舉是自然界中最引人注目的成就之一,而且盡管經過了幾十年的研究,生物學家們還是對這一過程知之甚少。

如今,在三項具有里程碑意義的研究中,來自美國哈佛醫學院和哈佛大學的研究人員報道他們如何系統性地對發育中的斑馬魚和熱帶爪蟾(Xenopus tropicalis)胚胎內的每個細胞進行分析,從而確定揭示單個細胞如何形成一個完整有機體的路線圖。

這些研究人員利用單細胞測序技術追蹤了胚胎生命的最初24小時內單個細胞的命運。 他們的分析揭示出當胚胎轉變為新的細胞狀態和類型時,哪些基因開啟或關閉以及何時發生的完整圖譜。總之,這些發現代表著在兩種重要的模式生物中產生不同的細胞類型的基因“配方”目錄,并且為研究發育生物學和疾病提供了前所未有的資源。這三項研究的結果于2018年4月26日同時在線發表在Science期刊上,論文標題分別為“Single-cell mapping of gene expression landscapes and lineage in the zebrafish embryo”、“Single-cell reconstruction of developmental trajectories during zebrafish embryogenesis”和“The dynamics of gene expression in vertebrate embryogenesis at single-cell resolution”。第一篇論文的通信作者為哈佛醫學院的Sean G. Megason和Allon M. Klein。第二篇論文的通信作者為哈佛大學的Aviv Regev和Alexander F. Schier。第三篇論文的通信作者為哈佛醫學院的Marc W. Kirschner和Allon M. Klein。

Klein、Kirschner和及其團隊開發出一種被稱作InDrops的單細胞測序技術,從而能夠每次一個細胞地捕獲斑馬魚和熱帶爪蟾胚胎中每個細胞的基因表達數據。他們在24小時內的多個時間點收集來自這兩種模式生物的成千上萬個細胞的基因表達數據。

當胚胎發育時,為了繪制每個細胞的譜系圖譜和確定標記著新的細胞狀態和類型的基因表達事件的準確順序,Klein團隊和Kirschner團隊開發了新的實驗和計算技術,包括TracerSeq,即導入人工DNA條形碼來追蹤細胞之間的譜系關系。

在Schier領導的一項研究中,Schier團隊利用一種被稱作Drop-Seq的單細胞測序技術在高時間分辨率下研究斑馬魚胚胎12多個小時。通過與Regev合作,Schier團隊利用一種他們稱為URD的計算方法重建出胚胎發育中的細胞軌跡。

Schier團隊分析了38000多個細胞,并開發了揭示當25種細胞類型發生特化時,它們的基因表達發生變化的細胞“家族樹”。通過將這些數據與空間推理相結合,Schier團隊還能夠重建早期斑馬魚胚胎中的各種細胞類型的空間起源。

在這兩種模式生物中,這些研究人員的發現都在很大程度上反映了之前對胚胎發育進展的了解,這一結果凸顯了這些新方法的力量。但是這些分析在全面詳細地揭示了讓細胞從早期的祖細胞狀態到更加特化的狀態的一系列事件方面是史無前例的。

這些研究人員鑒定出很難檢測到的細節,比如罕見的細胞類型和亞型,以及將新的高度特定性的基因表達模式與不同的細胞譜系相關聯在一起。在多種情形下,他們發現比之前認為的更早出現的細胞類型。

5.Science:揭示食物生產的全球影響
doi:10.1126/science.aaq0216

食物由全球數百萬農民和中間商進行生產和加工,其環境成本是相當可觀的。鑒于生產者的異質性,減少食物對環境影響的最佳方法是什么?J. Poore和T. Nemecek在一項針對各種食品生產系統進行比較的薈萃分析中,將關于全球大約38000個生產40種不同農產品的農場的多重環境影響的數據綜合在一起。生產同樣產品的環境成本存在著很大的變化。然而,這種異質性為靶向產生最大影響的少數生產者創造了機會。

6.Science:對COOLAIR表達的反饋調節可控制種子休眠和開花時間
doi:10.1126/science.aar7361

草食動物和不合時宜的寒流能夠破壞脆弱的植物幼苗。植物控制它們的種子的休眠以便等待更有利的生長條件。Min Chen和Steven Penfield分析了模式植物擬南芥中種子休眠的分子控制機制。從春化過程中已知的兩個基因和一個反義RNA通過它們的相反作用將環境溫度整合到對種子休眠的控制當中。

7.Science:揭示捕食誘導的變色龍蜥蜴冒險行為
doi:10.1126/science.aap9289

選擇可能通過作用于個體之間的行為差異來影響行為。測試這個想法一直很有挑戰性。Oriol Lapiedra等人利用了變色龍蜥蜴聚居的一些加勒比海地區小島。這些作者們建立了一系列可重復的行為選擇實驗,在這項實驗中,他們建立了具有捕食者的棕色變色龍蜥蜴和沒有捕食者的棕色變色龍蜥蜴。在沒有捕食者的島嶼上,更有探索性的動物受到青睞,而當捕食者出現時,較少冒險的動物幸存得更好。行為選擇與形態學選擇同時發生,但當捕食者出現時,以行為選擇為主。

8、9.兩篇Science揭示古代人類基因組是理解人類過去的關鍵
doi:10.1126/science.aar2625; doi:10.1126/science.aar6851; doi:10.1126/science.aat7257

古代人類基因組能夠揭示早期人類遷徙模式。盡管相對較近的定居(大約在1100年前),但冰島具有基因明顯不同的人群。S. Sunna Ebenesersdóttir等人研究了古代冰島人的基因組,這些古代冰島人的歷史可追溯到冰島殖民時期附近,并將這些古代冰島人與現代冰島人進行比較。這些古代冰島人的DNA揭示出他們的祖先是蓋爾人和挪威人。自初始定居以來的基因漂移使現代冰島人的等位基因頻率與眾不同,但仍偏向于他們的挪威人祖先。C. L. Scheib等人對來自美國加州海峽群島和加拿大安大略省的古代人基因組進行測序。古代的安大略省人群與其他的古代北美人和現代的說阿爾岡貢語的美洲原住民是相類似的。相比之下,這些古代的加州人群更類似于如今居住在墨西哥和南美的人群。似乎在冰河時期可能發生了遺傳分裂和種群隔離,但是這些人群在晚些時候重新混居在一起。(生物谷 Bioon.com)

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