2016年9月9日Science期刊精華

本周又有一期新的Science期刊（2016年9月9日）發(fā)布，它有哪些精彩研究呢？讓小編一一道來。
1. Science：重磅！史上利用CRISPR-Cas9讓人細胞變身為記憶存儲系統(tǒng) Science, 09 Sep 2016, doi:doi:10.1126/science.aag0511

在一項新的研究中，來自美國麻省理工學院（MIT）的研究人員設計出一種方法在人細胞的DNA中記錄復雜的歷史事件，從而允許他們通過對這種DNA進行測序從中找回過去事件的“記憶”。相關研究結果于2016年8月18日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標題為“Continuous genetic recording with self-targeting CRISPR-Cas in human cells”。論文通信作者為MIT電學工程與計算機科學副教授和生物工程副教授Timothy Lu。論文作者為Samuel Perli博士和研究生Cheryl Cui。
在當前的這項研究中，由MIT開發(fā)出的這種新方法是基于基因組編輯系統(tǒng)CRISPR-Cas9實現(xiàn)的，其中這種系統(tǒng)是由一種DNA切割酶Cas9和一種引導這種酶結合到基因組特定位點上并指導它在這個位點進行切割的短鏈RNA---也被稱作向?qū)NA（gRNA）---組成的。
CRISPR-Cas9被廣泛地用于基因編輯，但是Lu團隊決定對它進行改編用于記憶儲存。在初進化出CRISPR-Cas9的細菌中，這種基因組編輯系統(tǒng)記錄過去的病毒感染，這樣細菌細胞就能夠識別和抵抗再次入侵的病毒。
當利用CRISPR-Cas9對基因進行編輯時，研究人員構建出能夠匹配宿主基因組中靶序列的gRNA。為了進行記憶編碼，他們采取一種不同的方法：他們設計出識別編碼這種gRNA的DNA序列的gRNA，從而產(chǎn)生他們稱之為“自我靶向的gRNA（self-targeting guide RNA）”。
在這種自我靶向的gRNA的引導下，Cas9切割編碼這種gRNA的DNA序列，產(chǎn)生一種性記錄事件發(fā)生的突變。這種DNA序列一旦發(fā)生突變就會產(chǎn)生新的gRNA來引導Cas9靶向這種新近發(fā)生突變的DNA序列，而且只要Cas9是有活性的或者這種自我靶向的RNA仍然表達，就允許突變進一步發(fā)生和積累。
通過細胞內(nèi)的感應器檢測特定生物事件發(fā)生來調(diào)節(jié)Cas9或自我靶向的gRNA的活性，這種系統(tǒng)就能夠允許累進性突變作為這些生物事件的函數(shù)積累下來，因而提供基因組編碼記憶。
2. Science：揭示器官發(fā)生期間組織駐留巨噬細胞特化 Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aaf4238

組織駐留巨噬細胞（tissue-resident macrophage）支持胚胎發(fā)育以及組織內(nèi)部平衡和修復?？刂扑鼈兎只臋C制仍然是不清楚的。
在一項新的研究中，Elvira Mass等人報道小鼠體內(nèi)的紅系-髓系前體細胞（erythro-myeloid progenitor, EMP）產(chǎn)生巨噬細胞前體（premacrophages, pMacs），而pMacs同時以一種趨化因子受體依賴性的方式從胚胎9.5天開始在整個胚胎中定植。隨著在早期的巨噬細胞中，轉錄調(diào)節(jié)物的表達變成組織特異性的，在pMacs中啟動的核心巨噬細胞程序快速地發(fā)生多樣化。這個過程似乎對巨噬細胞特化和維持所必需的，這是因為Id3失活破壞肝臟巨噬細胞發(fā)育，并且導致成年小鼠發(fā)生選擇性庫普弗細胞（Kupffer cell）缺乏。作者們提出巨噬細胞分化是器官發(fā)生的一個組分部分，這是因為pMacs在器官原基（organ anlagen）中的定植伴隨著它們特化為組織巨噬細胞，因而產(chǎn)生在出生后組織中觀察到的巨噬細胞多樣性。
3. Science：對DNA中的堆積力進行單分子分析
Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aaf5508

在一項新的研究中，F(xiàn)abian Kilchherr等人直接在單分子水平上測量了針對所有堆積順序組合的DNA堿基對堆積相互作用的力量和壽命。所采用的方法將雙光束光鑷與DNA折紙術組分組合在一起，從而允許對平端DNA螺旋進行定位，這樣較弱的堆積力就能夠被分離出。
4. Science：揭示海馬體CA3網(wǎng)絡中的模式完成背后的突觸機制 Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aaf1836

海馬體CA3區(qū)域在學習和記憶中發(fā)揮著一種關鍵性作用。反復產(chǎn)生的CA3–CA3突觸被認為是模式完成（pattern completion）的亞細胞基質(zhì)。然而，這種網(wǎng)絡計算的突觸機制仍然是個謎。為了研究這些機制，Segundo Jose Guzman等人將功能性連通與網(wǎng)絡建模結合在一起。同時對高達8個CA3錐體神經(jīng)元進行記錄揭示出這種連通性是稀少的、空間上均勻的，而且高度富集在雙突觸模體（disynaptic motif）中。

5. Science：鑒定出調(diào)節(jié)突觸后抑制的一種復合物
Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aag0821

在突觸后超極化（postsynaptic hyperpolarization）期間，抑制性突觸削弱神經(jīng)元活性。然而，這種抑制性突觸和針對它的調(diào)節(jié)的機制基礎仍然有待進一步理解。
在一項新的研究中，Akiyoshi Uezu等人利用一種體內(nèi)化學-基因鄰近標記（chemico-genetic proximity-labeling）方法發(fā)現(xiàn)抑制性突觸后蛋白。利用CRISPR系統(tǒng)剔除其中的一種被稱作InSyn1的蛋白會導致突觸后抑制性位點數(shù)量下降，并且降低微小的抑制性電流的頻率和增加海馬體中的興奮性。
6. Science：寨卡病毒疫苗能為恒河猴提供完全的保護 Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aah6157

新的研究報告，對3種茲卡疫苗的分析顯示，它們能有效地保護恒河猴免于茲卡病毒感染。盡管類似的方法和疫苗已經(jīng)在小鼠中得到測試，但猴子是更好的動物模型，因它能確定疫苗在人體內(nèi)會有什么效果。寨卡病毒感染與人類胎兒小頭畸形、宮內(nèi)胎兒發(fā)育遲緩及其它出生畸形間有因果關聯(lián)。預防性疫苗有望成為盡量減少病毒擴散及其有害影響的佳方法之一。
Abbink等人近報告，一種由滅活寨卡病毒組成的疫苗——或稱純化滅活病毒（PIV）疫苗——能有效地保護小鼠免于寨卡病毒感染。在此，他們在16只恒河猴中測試了PIV疫苗的功效，其中有8只恒河猴接種的是作為對照的假疫苗。在疫苗接種2星期后，所有接種了PIV疫苗的恒河猴都產(chǎn)生了寨卡病毒特異性結合抗體，因此它們在接觸寨卡病毒后能得到完全防護。
當研究人員在寨卡病毒-PIV接種猴子體內(nèi)收獲抗體并將其轉輸給小鼠和猴子時（這種方法叫做過繼免疫轉移），只要轉輸了足夠治療濃度的抗體，這些小鼠和猴子也顯示了對寨卡病毒的免疫力。后，研究人員對第三種方法的功效進行了分析，這種方法還沒有對寨卡病毒進行過測試；這是一種基于載體的疫苗；在這種情況下，病毒的部分包膜被輸入到體內(nèi)以幫助刺激免疫系統(tǒng)。與前2種方法一樣，這種基于載體的疫苗也對后者提供了完全的保護能力。在所有三種疫苗平臺中都沒有不良反應報告。
作者們指出，在本研究的條件下，PIV疫苗在恒河猴中證明比載體疫苗效果更強。至少有一家藥物公司現(xiàn)在正在研發(fā)用于人的PIV疫苗。
7. Science："盤子"上的抗生素抵抗力演化
Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aag0822; doi:10.1126/science.aah5641

研究人員開發(fā)出了一種大型培養(yǎng)裝置，旨在追蹤細菌在有抗生素時進行突變的演化過程，結果意外揭示，適宜生長的變異株并非那些可能進入較高抗生素濃度的細菌株。相反，在培養(yǎng)皿上位于非常適應細菌"后面"的細菌卻成為能在高抗生素濃度中生存的細菌。這些結果對驅(qū)動細菌成功克服抗生素的演化模式和機制提供了重要線索，抗生素抵抗力這一現(xiàn)象威脅了全球人類的健康。
為了更好地理解抗生素抵抗力出現(xiàn)的空間和時間，Michael Baym和同事研發(fā)了一種裝置，它被稱作微生物演化生長競技盤（或MEGA盤），這是一種大型的矩形培養(yǎng)皿，在其上可用不同濃度的抗生素；研究人員在此所用的抗生素是甲氧芐氨嘧啶和環(huán)丙沙星。細菌是在該盤的某個部位進行培養(yǎng)的；隨著對資源競爭的加劇，細菌會向其它地方擴散。
通過使用不同的抗生素濃度，作者能搞清楚允許抵抗力越來越強的變異細菌的擴散。細菌無法從抗生素濃度為零直接適應于抗生素的高濃度（就這兩種被測試的抗生素而言），這表明，接觸中間濃度的抗生素是細菌抵抗力演化所必需的。作者們發(fā)現(xiàn)，能增加抵抗力的突變常常是以生長減少為代價的，而它隨后又被更多的代償性突變所復原。
有趣的是，細菌品種的空間位置在其成功發(fā)展抵抗力上也起了作用。例如，當研究人員將被困住的變異株（即那些位于其"適合"親代之后的變異株）移到培養(yǎng)皿的"線"時，它們竟然能進入新的區(qū)域生長，而原先的線細菌則無法做到。
鑒于這一發(fā)現(xiàn)，作者提出，細菌種群的適合度并非由適合的變異株所驅(qū)動，而是由那些同時有足夠的適合度而且又發(fā)源于和推進前沿距離足夠近的那些菌群。
正如Luke McNally和Sam Brown在相關《視角》中所解釋的，在此研發(fā)的MEGA盤裝置（它通過時空提供了"前所未見的細菌演化視圖"）可被用來探索更多方面的藥物抵抗力演化。
8. Science：螞蟻有雙導航系統(tǒng) Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aaf9754

據(jù)新的研究報告稱，螞蟻不但會計步，而且還會在它們穿行于周圍環(huán)境