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Nature 一周论文导读

时间: 2021年12月29日 | 作者: admin | 来源: 科研圈
审校 小勺 阿金 制版 阿金


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生物学



Footprint evidence of early hominin locomotor diversity at Laetoli, Tanzania

坦桑尼亚莱托利早期人类运动多样性的足迹证据


(导读 阿金)1978年在坦桑尼亚莱托利考古挖掘遗址发现的双足行走行迹是人类谱系最古老的直立行走证据。本研究挖掘并分析考古遗址A点的足迹,使用3D摄影和激光扫描生成数码档案,在于美国黑熊、黑猩猩和人类足迹比较之后,表明这些足迹属于人族,其脚面结构特征符合小体型、走交叉步的直立行走人族,但与先前其他遗址发现的脚印有差异,说明至少在莱托利曾存在过至少两支不同的人族谱系。[相关报道:曾被当做是熊脚印的遗迹,其实来自于人类祖先|Nature]


Cognitive control persistently enhances hippocampal information processing

认知控制持续增强海马信息处理


(导读 一晴)根据神经可塑性假说,认知控制训练(CCT)改变了神经回路信息处理过程。本研究检测了CCT是否持续改变海马神经回路功能。结果表明,相比于对照组,CCT促进了在新环境中新任务的学习。CCT能够快速改变内嗅皮层-齿状回突触回路功能,导致兴奋性-抑制性亚回路持续改变数月,同时还增强齿状对内侧内嗅皮层输入应答削弱的抑制。发现结果支持神经可塑性假说。[论文详细信息]


Contextual inference underlies the learning of sensorimotor repertoires

语境推理是感觉运动技能学习的基础


(导读 一晴)人类要花一生的时间来学习、储存和提炼一系列的运动记忆。然而,连续的感觉运动经验如何被分割成独立的记忆,我们又如何适应和使用这个不断增长的技能?本研究提出了一种记忆创造、更新和表达都由单一计算-语境推理控制的运动学习理论。研究表明适应既可以通过创造和更新记忆(适当的学习),也可以通过改变现有记忆的不同表达方式(明显的学习)来产生。这些结果表明,语境推理,而不是经典的单一语境,是经验反映在运动行为的关键机制。[论文详细信息]


Exercise plasma boosts memory and dampens brain inflammation via clusterin

运动血浆通过凝聚素增强记忆力并抑制脑部炎症


(导读 一晴)体育锻炼的认知益处与海马体内增强可塑性和减少炎症有关。本研究发现,将自发跑步的老鼠身上的“跑步者血浆”注入久坐的老鼠体内,可以降低神经炎症相关基因表达以及实验诱发的脑炎。血浆蛋白质组学分析显示包括凝聚素(CLU)在内的补体级联抑制剂协同增加。在急性脑炎小鼠模型和阿尔茨海默病小鼠模型中,静脉注射CLU可以降低神经炎症基因表达。参与结构化运动6个月的认知障碍患者血浆CLU水平较高。这些发现证明了抗炎运动因子的存在,并且可转移到脑血管,对大脑有益。[相关报道:运动后的血浆,能让躺平小鼠长出更多脑细胞?]


Combinatorial, additive and dose-dependent drug–microbiome associations

组合、相加和剂量依赖性药物-微生物组关联


(导读 一晴)大量药物导致肠道菌群和血清代谢组异常,并使生物标志物复杂化。本研究对2173名欧洲居民进行了综合多组学分析,发现相比疾病而言,药物对宿主和肠道菌群特征的变异影响更大。药物组合以及相加效应比并单一药物的影响更能够将代谢组和微生物组向更健康的状态转变。研究报道了心脏代谢药物剂量、临床标记物和微生物组组成的改善之间的关系,这些都支持药物的直接效应。本研究的分析方法能够在接受多重药物治疗的个体中解释药物和疾病对宿主和微生物群特征的影响,这一框架为心脏代谢疾病中的药物宿主-微生物群系相互作用提供了新的假设。[论文详细信息]


A multi-scale map of cell structure fusing protein images and interactions

融合蛋白质图像和相互作用的多尺度细胞结构图


(导读 领研网)科学家利用显微成像将不同荧光标记添加到蛋白上,跟踪其运动和生物物理关联。本研究开发出一种多尺度集成细胞技术,首次将不同尺度的细胞测量结果结合在一起,还利用深度学习直接根据细胞显微镜图像绘制细胞图谱。通过该技术,研究人员揭示了人类肾脏细胞系种包含的大约70种成分,并确定了一种参与细胞剪接的RNA结合蛋白质复合物。[相关报道:人类连细胞内有什么都没弄明白,《自然》研究借助AI找到大量未知胞内蛋白]


Accuracy mechanism of eukaryotic ribosome translocatio

真核生物核糖体转位的准确机制


(导读 阿金)将遗传密码翻译成蛋白质由mRNA和tRNA通过核糖体同步转位重复实现,而真核生物中真核延伸因子2(eEF2)保证转位成功。本研究报告了真核80S核糖体处于转位-中间体状态下的高分辨率X射线结构,其中包含了mRNA,自然修饰的eEF2和tRNA。晶体结构揭示了密码子-反密码子相互作用稳定化网络。最终模型揭示真核特异元素如何经历大规模分子重组保持转位过程中mRNA的阅读框。[论文详细信息]


De novo protein design by deep network hallucination

通过深度网络从头设计蛋白质


(导读 领研网)由多肽链折叠成、具有复杂三维结构的蛋白质是细胞发育、DNA修复、新陈代谢等生物学活动的基础。本研究基于深度学习算法开发了一种计算神经网络,能够根据已知蛋白质的序列和结构预测完全随机设计的氨基酸序列是否能形成稳定的空间结构。研究人员由此得到2000多种可折叠成稳定结构的全新蛋白,其中129种已在实验室种合成并提纯,27种的二级结构与神经网络预测一致。该结果开辟了蛋白质设计和改造新途径。[相关报道:《自然》新研究让幻想成真!AI成功想象和构建出前所未有的蛋白结构]


The conformational cycle of prestin underlies outer-hair cell electromotility

Prestin蛋白的构象循环变化揭示外毛细胞电活动基础


(导读 阿金)电压依赖性运动蛋白Prestin(SLC26A5)负责外毛细胞的电活动行为。本研究解析出海豚Prestin蛋白六种不同状态下的冷冻电镜结构。结构和功能数据表明Prestin采用了一系列独特又复杂的状态,可通过与阴离子的结合协调。阴离子结合、带电残基和螺旋偶极子,三者共同发挥动态电压传感器作用。该结果揭示了电压传感器结构重排与构象变化的偶联机制,强调了哺乳动物耳蜗放大器的演化特化基础。[论文详细信息]



新冠疫情


Genomic reconstruction of the SARS-CoV-2 epidemic in England

英国新冠疫情流行的基因组重建


(导读 阿金)本研究使用新冠疫情基因组英国联盟生成的密集基因组监测数据,重构了2020年9月至2021年6月间315处英国地方当局中71种不同病毒谱系动力学。结果揭示了一系列亚流行病在2020年初秋达到峰值,随后Alpha谱系出现跳跃性传播,Alpha变体在随后两个月内不断增长并占据主导优势。最终德尔塔变异株重复输入英国,于2021年6月占据了新冠病毒基因组样本的98%。[论文详细信息]


High genetic barrier to SARS-CoV-2 polyclonal neutralizing antibody escape

新冠病毒多克隆中和抗体逃逸的遗传屏障


(导读 阿金)本研究使用HIV-1假病毒和使用水疱性口炎病毒/新冠病毒嵌合体血浆选择实验,发现受体结合域内外的多个中和表位是人类多克隆抗体的不同靶点。抗体靶点和天然新冠病毒群中丰富的刺突序列相吻合。研究人员因此创造出“多突变体”刺突蛋白假病毒,而接种过mRNA疫苗的个体血浆可中和包含“多突变体”刺突蛋白的假病毒。因此,长远看来人类免疫系统对病毒始终具有防御能力。[论文详细信息]


Anti-SARS-CoV-2 receptor-binding domain antibody evolution after mRNA vaccination

mRNA 疫苗接种后抗新冠病毒受体结合域抗体的演化


(导读 阿金)本研究检验了接种mRNA疫苗后5个月个体体内的记忆性B细胞演化情况。在初次接种和加强针之间,记忆性B细胞制造中和活性逐渐增强的抗体,而接种5个月之后,记忆性B细胞表达的抗体类似于主导最初应答的抗体。而接种加强针的个体将增强血浆中和活性,但抗体广度可能无法等同于恢复期个体接种疫苗获得的抗体。[论文详细信息]


Impact of circulating SARS-CoV-2 variants on mRNA vaccine-induced immunity

新冠病毒变异株对 mRNA 疫苗所诱导的免疫力的影响


(导读 阿金)本研究分析了先前感染或从未感染新冠病毒个体接种mRNA疫苗后,体内抗新冠病毒抗体和T细胞应答情况,先前感染病毒的个体体内比未感染只接种过疫苗的个体维持着更高的抗体滴度,而后者在接种第二针后才达到相当的中和应答水平。在体测量的T细胞活性标志物则表明细胞活性在接种后逐渐增加。针对新冠变异株,尤其是E484k和N501Y/T突变谱系的中和能力有所降低。结果表明疫苗增强针有助于减缓新增变体对抗体中和活性的影响。[相关报道:《自然》新研究证实,mRNA疫苗对德尔塔等16种变异新冠病毒有效]


Hybrid immunity improves B cells and antibodies against SARS-CoV-2 variants

混合免疫力强化B细胞和针对新冠病毒变体的抗体


(导读 阿金)本研究分析了接种mRNA疫苗的从未感染个体和恢复后个体的记忆性B细胞,调查单细胞水平上B细胞属性和抗体应答。分选的6000个细胞中超过3000个细胞产生单克隆抗体,其中400多个细胞可中和最初在武汉识别的新冠病毒。Beta和Gamma变异株能逃避70%的抗体,而Alpha和Delta变异株的抗体影响更小。其中从未感染过病毒个体的抗体中和能力丧失程度更高。结果表明感染恢复后或者初次接种疫苗的个体将生成中和效果更强、范围更广的抗体。[论文详细信息]


Mapping the human genetic architecture of COVID-19

绘制 COVID-19人类遗传结构图


(导读 阿金)本研究描述了来自19个国家46项研究49562名新冠病毒感染患者的三项全基因组相关荟萃分析结果,报告了13个与新冠病毒感染或者重症相关的全基因组显著位点。孟德尔随机化分析支持吸烟和体重指数与新冠重症之间的因果关系。数据、分析结果、资源和分析框架的共享有助于研究人员识别出更多与新冠疫情相关的新宿主遗传因子,为未来其他流行病的出现或者任何复杂人类疾病提供遗传学基础。[相关报道:寻找导致新冠重症的基因]



地球科学


A large West Antarctic Ice Sheet explains early Neogene sea-level amplitude

南极大型冰盖解释了新近纪早期的海平面振幅


(导读 领研网)中新世南极冰盖连续经历了温暖和寒冷时期,造成全球海平面变化。本研究分析了南极洲罗斯海的深海沉积物,发现在中新世最寒冷的时期,西南极冰盖发生了大规模扩张。过去预测模型提出西南极冰盖容易受到气候变化的影响,而本研究发现也证实了这一预测。结果有助于预测西南极冰盖对未来气候变暖的反应。[相关报道:南极冰层易受气候变暖的影响]


Uncovering global-scale risks from commercial chemicals in air

空气中商业化学品的全球风险


(导读 阿金)全球城市中心使用的大量商业化学品对42亿人口产生极大的暴露风险。本研究结合实验室和野外实验、可疑化学物质筛查技术以及计算机建模,发展出一套空气化学物质风险评估框架,同时考虑大气化学反应。将其应用于有机磷酸酯阻燃剂评估后,发现经过转化的产物可能比源化学物质毒性更强,持久性也增加了一个数量级。该结果强调在评估商业化学品风险的同时需要考虑大气转化作用。[相关报道:商业化学物质在大气中反应产物的风险]


Deep-mantle krypton reveals Earth’s early accretion of carbonaceous matter

地幔深处的氪揭示地球早期碳物质的吸积


(导读 阿金)氪同位素为理解地球上挥发性传递过程提供思路。本研究分析了来自加拉帕戈斯群岛和冰岛地幔深处的完整氪同位素,其中包含最原始的氦、氖和钨同位素成分。除氪-86之外,还包含了类似于球粒状陨石氪和大气氪的成分。结果表明,地球早期碳物质的吸积,并排除了任何水动力学损耗与深层或浅层地幔脱气的组合。而且深层地幔中还缺乏富中子的氪-86。结果表明挥发性物质和难熔元素的吸积同时发生。[论文详细信息]



物理学


Direct limits for scalar field dark matter from a gravitational-wave detector

引力波探测器直接为标量场暗物质设定极限值


(导读 阿金)标量场暗物质有潜力成为更加精准的测量工具。本研究使用引力波探测器,在量子散粒噪声极限之上运作,实现标量场暗物质的直接搜索,最终设定了标量场暗物质耦合常数的新上限值,作为其质量函数。这些极限值将先前的直接搜索边界扩增了六个数量级。该成果强调了量子增强干涉仪有潜力用于暗物质检测。[论文详细信息]


Observation of Feshbach resonances between a single ion and ultracold atoms

观测单个离子和超冷原子之间的Feshbach共振


(导读 阿金)在个体量子水平上控制物理系统及其动力学是基础科学和量子技术的基础。本研究使用钡-138阳离子和锂-6原子之间的磁调谐相互作用,展示了离子和原子间的Feshbach共振,研究人员调整实验参数探查不同相互作用过程:增强三体相互作用及相关损失以识别共振,随后制造两体相互作用调查超冷原子中的离子冷却过程。该结果有助于深入理解原子-离子相互作用,进一步探索复杂的多体系统及实验量子模拟。[论文详细信息]


Detecting spins by their fluorescence with a microwave photon counter

使用微波光子计数器检测自旋


(导读 阿金)电子自旋通常通过响应微波驱动脉冲发射相位相干回波而得到检测。本研究使用超导量子器件,在微波频率和毫开尔文温度条件下通过自旋荧光检测了硅中供体自旋集合。研究人员将自旋耦合至高质量因数和小模式体积的超导谐振器,增强其辐射衰减率。而且还使用单微波光子检测器(SMPD)来检测自旋回波,并通过标准自旋表征测量实现回波和荧光检测。该结果证明SMPD检测有潜力成为少量自旋磁共振波谱的方法。[论文详细信息]


Fractional Chern insulators in magic-angle twisted bilayer graphene

魔角扭曲双层石墨烯中的分数陈绝缘体


(导读 领研网)具有分数量子态的陈氏绝缘体是研究奇异粒子的立项材料。本研究讲两片石墨烯扭转在一起,构造了魔角扭转双层石墨烯,能够在零磁场下内置功能拓扑单元,实现分数化的奇异量子态,从而导致奇异粒子和特殊导电性的产生。该结果提供了将奇异状态与超导性耦合的前景,使更多奇异拓扑准粒子的产生和控制成为可能。[相关报道:首次在极低磁场下观测到奇异分数量子态]



其他


【Astronomy-天文】Sublimation-driven convection in Sputnik Planitia on Pluto

“冥王星之心”平原上升华作用驱动的对流


(导读 阿金)冥王星上的斯普特尼克平原是充满氮冰的多边形盆地,冰层内部加热产生了观察到的模式,但加热源仍待解释。本研究报告了平原表面升华作用的模拟结果,发现升华作用驱动的对流产生了科学家观测到的多边形结构,研究人员假设冰层底部热通量小于普遍接受的2–3 mW /m²,而且要维持这样的热通量值,就需要高于标准值(约100)的更强粘度对比度(约3000)。[论文详细信息]


【Chemistry-化学】Tritiation of aryl thianthrenium salts with a molecular palladium catalyst

使用分子钯催化剂让芳基二硫代蒽盐发生氚化反应


(导读 阿金)氚标记是在药物中引入放射性标签的重要方法。本研究报告使用分子钯催化剂实现均相氢解反应。研究人员根据底物结构进行筛选,选择出几种不同的芳基取代的鎓盐,随后通过不同取代的二硫代蒽测试了不同底物结构的超重氢化。该方法对底物官能团兼容性强,操作安全,为未来药物分子的设计提供了更多的机会。[论文详细信息]


【Behaviroural Science-行为科学】Megastudies improve the impact of applied behavioural science

大型研究提高了应用行为科学的影响


(导读 阿金)行为科学为改进决策和结果提供新思路。本研究介绍一种大型野外实验研究方式:在同一人口中经过同一段时间,比较不同干预措施的影响结果。研究人员对美国健身房的61293名成员的锻炼情况展开大型研究,评估了54种为期4周的健身计划,发现其中45%的方法提高了每周去健身房锻炼的次数,而最有效的手段是缺席后再次返回健身房给与小额奖励。该结果表明了大型研究有潜力提高行为科学的证据价值。[相关报道:如何才能让自己多去健身?科学家比较了50多种方案]