自然要览Nature 469: 7330 20 January 2011

2011/01/21 10:43:07

封面故事：用流行病学研究工具分析金融危机

在一篇“Perspectives”评论文章中，英格兰银行负责金融稳定性的执行董事Andy Haldane和流行病学家Robert May，利用通常更多用来分析生态系统食物链及传染病扩散情况的工具，对2007年导致国际银行体系全球危机的风险的性质进行了分析。他们得出的结论是，从这次危机可以吸取一些教训，为未来公共政策方面的决策提供借鉴。认为其他领域的理论可应用于金融机构的观点并不被普遍接受，由Neil Johnson 和Thomas Lux进行的一场“论坛”辩论就反映了这个问题。Review Article p.351  doi:10.1038/nature09659

白血病细胞中的基因变异

对不同患者体内的癌细胞所做的全基因组分析显示了广泛的遗传异质性。现在，两个小组对“急性淋巴母细胞白血病”(ALL)患者进行了全面分析。Mel Greaves及其同事获得了来自60位ETV6–RUNX1-阳性ALL患者的大量单细胞突变分布图，而John Dick及其同事则对BCR-ABL1-阳性ALL患者进行了分析。两个小组都推断出了在疾病发展过程中不同亚克隆是如何形成的演化途径。转移该疾病的白血病传播细胞映照大体积肿瘤的基因变异，从而为在基因层面上了解这些功能性亚组的异质性提供了线索。这项工作对于以肿瘤、特别是白血病传播细胞为目标的治疗方法有参考意义。Articles p.356  doi:10.1038/nature09650

研究转录过程的一个新方法

转录（一个细胞的DNA模板的一个序列的互补性RNA版本的生成）正在成为一个比仅仅在几年前所认为的要更为复杂的过程。例如，“RNA聚合酶暂停”是普遍存在的，从而为各种不同调控过程提供一个焦点，而且很多转录副本注定要迅速退化。为了研究这些现象，Stirling Churchman 和 Jonathan Weissman建立了一种被称为“native elongating transcript sequencing (NET-seq)”的方法，该方法能够以单核苷酸分辨率对转录进行量化。NET-seq基于对与从活细胞直接获取的“RNA聚合酶-II”相关的新生副本进行测序。他们利用这一新方法对酿酒酵母的聚合酶暂停和回撤以及转录的方向性进行了研究。Articles p.368  doi:10.1038/nature09652

黑洞怎样消耗其寄主星系

多数大星系的中心都被认为有一个超大黑洞。本期Nature上两篇论文在解决这些黑洞的支持机制之谜题方面取得了一些进展。第一篇论文将对附近星系中一个样本所做的“伪核球”类别勘测与最大“无核球星系”中速度色散的最新测量结果相结合，证实黑洞与盘或“伪核球”不相关。第二篇论文显示，在暗物质与度量黑洞的参数之间几乎没有相关性，除非该星系也含有一个核球。Letters to Nature p.374  doi:10.1038/nature09694

石墨烯层状结构的透射电子显微镜分析

现在，单原子厚度的“石墨烯层”可以以米为尺度来生产了，从而距其在电子和光电方面的大面积应用更近了一步。但这样的“大件”可以预计是多晶的，所以重要的是要确定所涉及颗粒的性质和大小。Huang等人利用透射电子显微镜在颗粒边界上生成了原子分辨率的图像，并且利用将衍射过滤掉的成像方法绘制出了几百个颗粒和边界的位置、取向及形状图。通过将颗粒成像与扫描探针及传输测量相结合，他们发现，颗粒边界会强烈降低“石墨烯膜”的机械强度，但不会同样强烈地改变它们的电性。Letters to Nature p.389  doi:10.1038/nature09718

昆虫和微生物也懂“农业生产”

人类之所以能够成功，部分原因是我们懂得农业生产，但农业生产并不是人类所独有的一个职业。一些社会性昆虫（如长真菌的蚂蚁和粉蠹虫）已形成了非常复杂的耕作和收获程序。海洋蜗牛所采用的“真菌养殖”形式比较简单一些，但在生活在土壤中的社会性变形虫Dictyostelium disoideum（俗称为“粘菌”）中发现一种原始的农业形式却是有点儿意外。从野生种中分离出的粘菌克隆约有三分之一并不将在一个地点能够获取的全部细菌都消耗掉，而是将其吸收到它们自己的生殖体系中。这种“收获”在扩散过程中由孢子进行，其作用是在它们的下一个地点来播种“一季”新的细菌“作物”。在人类、昆虫和这些共生微生物中，耕作与社会性之间的联系也许不仅仅是巧合，因为这样所产生的多世代利益可以被已经建立起来的亲缘族群享受。Letters to Nature p.393  doi:10.1038/nature09668

地点细胞的“先知先觉”

海马体中的地点细胞跟踪一个动物在其环境中的位置。以前的研究工作认为，顺序性地点细胞图是在第一次访问一个新地方的时候产生的，而后在休息或睡眠过程中得以巩固。George Dragoi 和Susumu Tonegawa报告，地点细胞激发模式是在休息或睡眠过程中、在一次新的空间体验之前发生的。他们将此称为“预播”(preplay)，而且因为这些序列与以前经验的“重播”(replay)截然不同，所以他们提出，其作用是使细胞组合体为近期可能会出现的任何新的编码任务做好准备。Letters to Nature p.397  doi:10.1038/nature09633

视网膜怎样产生方向感

能够在视场中检测运动的能力，是视觉系统中首先在视网膜中进行的一种基本性计算。负责编码运动方向的细胞是“方向敏感性神经节细胞”(DSGCs)，它们在向一个方向的运动中发射最大数量的“动作势”，在向相反方向的运动中发射最小数量的“动作势”。来自抑制性细胞的高选择性连线方式有助于确定这些神经节细胞的方向选择性特点，然而过去人们对这些连接中所固有的非对称性连线方式是怎样建立的却不清楚。利用包括药理学、电生理学和光遗传学在内的互补性方法进行研究工作的两个小组报告说，尽管方向选择性细胞两边的抑制性输入在发育早期是一致的，但到出生后的第二个星期，在“无效边”的抑制性突触增强，而在“首选边”的抑制性突触则保持不变。这些弹性变化是独立于神经活动发生的，说明一个特定的发育程序被执行，以在视网膜中产生方向选择性回路。Letters to Nature p.402  doi:10.1038/nature09600

“增强”特征演化中所涉及基因被识别出来

物种形成（阻止种群之间成功交配的特征的积累）是生物多样性的一个主要来源。所涉及的特征大部分都是物种在地域上相互远离过程中所出现的适应性的副产品，但自然选择也通过一个被称为“增强”的过程直接减少新生物种之间的交配。现在，在某一特定“增强”特征的演化中所涉及的基因已被识别出来。德克萨斯本地野花“福祿考”(Phlox drummondii)的一个颜色变化，是响应于为阻止该野花与一种亲缘关系很近的种杂交而形成的选择性出现的。深红色的花是从图片上所显示的四种颜色形成的，可能是由等位基因组合产生的，其形成是与“花青素”色素的合成相关的两个基因的突变的结果。这一发现表明，“增强”特征的演化可能只涉及少量的、影响相对较大的遗传变化。这一“增强”特征还会降低杂交后代的适应性，从而进一步促进物种形成过程。Letters to Nature p.411  doi:10.1038/nature09641

“潘氏细胞”的另一关键功能

“潘氏细胞”（Paneth cells，即小肠上皮中的专门化细胞）已知通过生成杀菌化合物来保护干细胞。现在，研究人员又报告了它们的另一关键功能：它们为小肠中表达Lgr5的干细胞提供必要的生境信号(EGF/TGFα, Notch and Wnt)。表达Lgr5的多能干细胞产生全部的小肠上皮细胞类型，包括“潘氏细胞”在内，干细胞生境经常被看作是干细胞可向其迁移的预先存在的地点。这项工作表明，小肠干细胞从它们自己的后代获得生境支持。Letters to Nature p.415 doi:10.1038/nature09637

hBD-1具有强力抗菌性

“防御素”是先天免疫系统的关键“效应子”分子，保护宿主不受感染性微生物侵害并决定粘膜表面上微生物群的组成。“人β-防御素-1” (hBD-1)是同类中最著名的肽之一，由几乎所有的人上皮点表达，但以前的研究工作表明，它与其他“防御素”相比抗菌活性低。现在，Jan Wehkamp及其同事发现，在与结肠末端相似的还原条件下，hBD-1表现出针对潜在病原体白色念珠菌、双岐杆菌和乳酸菌的强力抗菌性。试管实验证据表明，“硫氧还蛋白”是最有可能掩蔽hBD-1在小肠上皮中抗菌活性的还原剂。Letters to Nature p.419 doi:10.1038/nature09674

HIV-1衣壳的原子模型

“人免疫缺陷病毒-1” (HIV-1)的病毒颗粒有一个锥形的核，由衣壳蛋白组成，后者要么是五聚体，要么是六聚体。Mark Yeager及其同事以前曾确定了衣壳蛋白六聚体的晶体结构。现在，他们提供了五聚体的结构，这使他们能够提出成熟HIV衣壳的首个原子层面的模型。Letters to Nature p.424 doi:10.1038/nature09640

两种全麻药物的结构被确定

人们对全身麻醉的作用机制很不了解，尽管一些证据表明它们的主要蛋白目标是“五聚配体门控离子通道” (pLGICs)。现在，与pLGIC家族一个细菌同系物结合在一起的异丙酚和地氟醚的X-射线晶体结构已被确定。这些结构显示了广泛用在每个原体(protomer)跨膜域上半部分的这两种麻醉药的一个共同结合点。这一全麻结合点为设计用来抑制或增强pLGICs的变构性调控药物的设计提供了一个模板。Letters to Nature p.428 doi:10.1038/nature09647