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在生命科学领域取得重大突破的研究中,科学家们对大肠杆菌(Escherichia coli)的遗传密码系统进行了革命性改造。通过精密设计的合成基因组策略,研究团队将这种模式生物的4兆碱基(Mb)基因组中6个有义密码子(sense codons)和1个终止密码子(stop codon)全部替换为同义密码子(synonymous codons)。由此诞生的Syn57工程菌株展现出惊人的适应性:其蛋白质合成系统仅需55个密码子即可编码全部20种标准氨基酸,相较自然界普遍存在的64密码子系统精简了14%。这种经过压缩的遗传密码(genetic code)不仅维持了生物体的正常生命活动,更创造了迄今为止密
疟原虫内源性Pfs230-Pfs48/45受精复合体的冷冻电镜结构解析与传播阻断机制研究
在雌性按蚊(Anopheles)中肠发生的疟原虫受精过程,是疟疾传播的关键环节。最新研究揭示了恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)两个关键配子表面蛋白Pfs230和Pfs48/45形成的核心受精复合体结构。冷冻电镜(cryo-EM)结构显示,Pfs48/45如同精密锁具般与Pfs230的第13-14结构域特异性结合。当研究人员通过基因编辑去除这些结构域时,疟原虫配子表现出明显的定位缺陷,卵囊形成率显著降低。更令人振奋的是,针对这些结构域开发的纳米抗体(nanobodies)不仅能有效抑制复合体形成,还能显著阻断寄生虫传播。结构分析进一步揭示了这些纳米抗体的精确作用位点。值得
分子马达驱动合成索烃(catenane):机械互锁分子的无模板构建新策略
在微观世界里,分子总是不停地做着无规则的热运动。德国科学家Wachsmuth团队巧妙地将分子马达(molecular motor)变成分子编织机,通过精确的光化学-热力学协同控制,让分子链像跳芭蕾般完成特定次数的机械交叉。这项发表于《Science》的研究中,光能驱动马达单向旋转,逐步将环状骨架扭结成特定编织态,再通过酯键剪切释放张力,最终自发形成经典的索烃(catenane)结构。这种机器导向的合成策略突破了传统模板法的限制,为构建更复杂的机械互锁分子(MIMs)开辟了新路径。正如Beves教授在专题评述中指出,该成果标志着分子机器从简单运动向复杂功能演化的关键突破。
这项突破性研究巧妙地将表面声波(SAW)与间隙等离激元(gap plasmon)相结合,打造出可高速调制的纳米光子平台。研究团队采用纳米颗粒-镜面(particle-on-mirror)构型,在黄金纳米颗粒与反射镜之间插入仅数纳米厚的可压缩聚合物间隔层。当表面声波作用于该系统时,会引起聚合物层的机械形变,从而动态调节纳米颗粒与镜面间距,实现光学共振响应的快速调控。令人振奋的是,这种创新设计展现出接近GHz的超快调制速度。实验观察到聚合物在超限域空间内表现出非线性力学特性,产生异常显著的应变和光谱位移效应。该技术不仅为电驱动动态超表面(dynamic metasurfaces)提供了全新设计
在-39°C至0°C温度区间,云层顶部可能形成冰晶或液态水两种截然不同的相态,这种差异直接影响云层的辐射强迫(radiative forcing)和降水特性。通过分析跨越35年的卫星观测数据,研究者发现北半球-15°C至-30°C温度带内,云顶冰相出现频率(ITF)与尘埃气溶胶浓度呈现显著时空相关性。更令人振奋的是,ITF对温度和尘埃的响应比率与实验室测量的液滴冻结(droplet freezing)数据高度吻合,这为尘埃作为冰核促进云顶相变的假说提供了确凿证据。该发现不仅解开了长期悬而未决的云物理难题,更重要的是为改进气候预测模型中的云参数化方案提供了关键科学依据。
热带森林作为地球重要的碳汇(carbon sink),其应对气候变化的响应机制备受关注。通过分析跨越热带和亚热带地区的150个树种483个年轮序列(tree-ring chronologies),研究者发现一个有趣现象:在1930年以来最干旱的10%年份中,树木茎干生长(stem growth)仅出现2.2-2.7%的轻微下降。这种生长抑制在25%的案例中超过10%,且在温度更高、更干旱的地区以及裸子植物(gymnosperms)中更为明显。研究揭示了不同植物类群的响应差异:裸子植物对旱季干旱更为敏感,而被子植物(angiosperms)则更易受雨季干旱影响。令人振奋的是,干旱造成的生长下降通
这项突破性研究通过解码冬眠动物的代谢奇迹,揭示了生命调控的深层密码。科研团队采用多组学整合策略,追踪小鼠下丘脑在进食-禁食-复食过程中的基因表达谱和染色质开放状态,并与十三线黄鼠等冬眠物种进行跨物种比较分析。研究发现冬眠动物在进化过程中积累了调控下丘脑代谢应答的顺式调控元件(cis-regulatory elements, CREs)功能缺失突变。特别值得注意的是,禁食后的复食阶段成为分子事件趋同进化的关键时间窗口,这些发现如同发现代谢调控的进化加速器。通过精确的CREs靶向删除实验,研究团队证实这些基因组调控元件如同代谢开关,能显著改变动物的能量平衡和行为模式。该研究不仅绘制出冬眠适应的
在重费米子材料家族中,铀二碲化物(UTe2)因其独特的超导特性备受关注。这个临界温度仅2开尔文的材料竟能在超过40特斯拉的强磁场下保持超导态,堪称量子材料界的逆行者。最新研究发现,当磁场从晶体学b轴向c轴倾斜时,UTe2会展现出令人惊叹的光环结构超导相。就像行星环带般,这个超导相优雅地环绕着b轴分布。更神奇的是,这个相似乎需要垂直于磁易轴的场分量来维持稳定,暗示着其中可能存在具有有限角动量的库珀对。通过精密的输运测量技术,研究人员绘制出了这个奇异超导相的精确边界。数据分析表明,这种磁场诱导的超导行为与传统的自旋单重态超导截然不同,更符合多组分自旋三重态(spin-triplet)序参量
呼吸道变应原虽结构各异,却都能在宿主气道上皮细胞质膜上形成孔洞,这种神奇的共性正是触发2型免疫反应的关键。最新研究以霉菌变应原链格孢(Alternaria alternata)为模型,通过精密的六步生化分级鉴定出核心免疫刺激组分Aeg-S和Aeg-L。冷冻电镜捕捉到这些蛋白形成的16-20聚体跨膜孔复合体,这些分子钻头的协同穿孔作用堪称2型免疫的完美佐剂,能驱动抗原特异性Th2细胞和IgE应答。基因敲除实验证实,失去穿孔能力的突变菌株完全丧失致敏性。更惊人的是,不同物种来源的穿孔蛋白虽结构迥异,却都能诱发呼吸道过敏。上皮细胞膜上的这些破洞通过双管齐下的机制拉响警报:既释放警报素IL
灵长类基因与生理的分子解密小鼠狐猴细胞图谱的突破性发现基因组暗物质的发掘通过226,000个细胞的单细胞RNA测序(scRNA-seq),研究团队在狐猴基因组中识别出4,003个未注释的转录活跃区(uTARs),其中59%与已知基因同源。这些基因组暗物质占细胞转录本的2.4±1.5%,在汗腺细胞中高达18.5%。值得注意的是,仅凭uTARs的表达模式就能重构精细胞发育轨迹,其效果接近使用已知基因的分析结果。免疫球蛋白基因座的重新注释尤为亮眼:B细胞受体(BCR)分析使V基因数量从32个增至92个,并发现位于IGH基因座5Mb上游的孤儿V基因簇。这种简化版的免疫球蛋白基因结构(如单一恒定
基于SuFEx共价化合物的抗结核新药CMX410不可逆抑制Pks13机制研究
结核分枝杆菌(Mtb)这个全球头号细菌杀手正面临严峻的耐药危机。科学家们祭出化学武器库中的新锐——基于硫氟交换点击化学(SuFEx)的共价化合物CMX410,其芳基氟硫酸酯弹头像精确制导导弹般锁定Mtb细胞壁合成的关键枢纽Pks13酶。这个狡猾的小分子会与Pks13酰基转移酶域的催化丝氨酸共价结合,通过形成β-内酰胺结构给酶活性中心戴上永久枷锁。令人振奋的是,CMX410对临床分离的所有结核菌株(包括多重耐药株)都保持纳摩尔级杀伤力,在多种小鼠感染模型中表现抢眼。每天1000 mg/kg-1的剂量连喂14天,大鼠依然活蹦乱跳,安全性堪比乖宝宝。更妙的是它口服吸收良好,还能与其他抗结核药
热带响应海洋环流减缓加剧未来干旱风险摘要全球变暖下的热带降水预测存在高度不确定性,主要源于大西洋经向翻转环流(AMOC)减弱的响应机制不明确。尽管AMOC减缓可通过改变热带降雨带影响气候,但其与高纬度变化的物理联系尚不清楚。本研究结合古气候记录(如Heinrich Stadial 1, HS1)和气候模型,发现AMOC减弱通过高纬度冷却信号向热带北大西洋传播,驱动全球热带降水变化。模型显示,盛行东风和西风将冷空气输送至太平洋和印度洋,通过海气相互作用改变降雨格局,影响远至印尼、安第斯山脉和澳大利亚北部。类似机制在未来变暖情景中同样存在,预测中美洲、亚马逊和西非将面临严重干旱。主要发现过去水文气
小鼠狐猴分子细胞图谱的构建作为最小的灵长类动物,小鼠狐猴(Microcebus)因其快速繁殖周期(妊娠期2个月)和与人类相似的生理特征,成为研究灵长类生物学的新兴模型。研究团队通过液滴法(10x Chromium)和平板法(Smart-seq2)单细胞RNA测序技术,对4只成年狐猴的27个器官进行测序,获得226,701个高质量单细胞转录组数据。通过计算聚类和专家注释,定义了768个分子细胞类型,涵盖上皮、内皮、基质、免疫、神经和生殖细胞六大类群,其中包含数十种先前未描述的细胞亚型(如肝脏CPN2hi与CPN2low肝细胞)。细胞类型与发育轨迹研究重点解析了肾脏、睾丸和造血系统的细胞分化轨迹。
细胞如何协调能量代谢与增殖需求是生命科学的核心问题。当哺乳动物细胞从静止期(G0)进入细胞周期时,面临一个看似矛盾的调控困境:一方面需要激活糖酵解(glycolysis)快速产生ATP和生物合成前体;另一方面,后期促进复合物/周期体(anaphase-promoting complex/cyclosome, APC/C)与其共激活因子CDH1组成的APC/CCDH1复合体必须保持活性以防止DNA过早复制。更复杂的是,APC/CCDH1会降解PFKFB3等糖酵解关键酶,理论上将抑制细胞周期启动所需的代谢转换。这个既要马儿跑又要马儿不吃草的生物学悖论,长期以来困扰着研究人员。美国国立癌症研究院
呼吸道病毒感染唤醒转移性乳腺癌细胞的机制Main乳腺癌是全球第二大常见癌症,多数死亡由转移性疾病导致。休眠性播散癌细胞(DCCs)可在肺、骨和肝脏保持多年静止状态。本研究揭示呼吸道病毒(如流感和SARS-CoV-2)感染可通过微环境扰动打破这种休眠状态。流感病毒唤醒DCCs在MMTV-Her2小鼠模型中,流感A病毒(IAV)感染导致肺部HER2+ DCCs数量增加100-1000倍,这种效应持续至感染后9个月。通过EdU标记和Ki67染色证实,DCCs在感染后3天即进入增殖状态,9天达到峰值。类似现象在MMTV-PyMT和EO771移植瘤模型中得到验证。IAV诱导DCC表型转变单细胞RNA测序
ACLY抑制在MASH-HCC中的双重作用机制新小鼠模型揭示MASH-HCC特征研究团队首先建立了高脂高果糖饮食联合二乙基亚硝胺(DEN)诱导的WD-DEN小鼠模型,该模型完美复现了人类MASH-HCC的关键特征:肝脏重量增加、甲胎蛋白(AFP)升高、典型脂肪变性和气球样变病理改变。单细胞RNA测序显示,WD-DEN模型的AFP+/GPC3+肿瘤细胞与人类MASH-HCC的Hoshida S1亚型高度相似,且ACLY表达谱分布一致。基因敲除证实ACLY的抑癌效应在Aclyfl/fl小鼠中,通过AAV8-TTR-Cre实现肝细胞特异性ACLY敲除后,肿瘤负荷减少70%以上。值得注意的是,这种保护
这项突破性研究揭示了地球早期全液态核心时期的地磁发电机(geodynamo)运行机制。通过精确重建35亿年前的地核几何结构,科学家们首次在数值模拟中实现了与古地磁(palaeomagnetic)数据高度吻合的磁场形态。令人惊讶的是,在极端低粘度条件下,发电机作用展现出与流体粘度无关的特性,这一发现直接挑战了传统认知。模型成功再现了与现代地磁场相似的偶极子结构,其强度变化轨迹与太古代(Archaean)岩石记录完美匹配。更引人深思的是,这些发现对固体内核(inner core)在地磁场时空变化中的作用提出了质疑——即便在没有内核的早期地球,发电机仍能持续运转。该研究为理解地球热演化(therma
中微子作为宇宙中最神秘的粒子之一,因其极弱的相互作用被称为幽灵粒子。传统中微子探测器需要吨级甚至千吨级的靶物质才能捕获足够信号,而1974年理论预测的相干弹性中微子-原子核散射(CEvNS)现象可将相互作用率提高数个数量级——这一过程类似于保龄球撞击整排球瓶时所有球瓶同步运动的宏观类比,其中中微子与原子核内所有核子发生相干作用,截面与中子数的平方成正比。尽管2017年COHERENT实验首次在散裂中子源(SNS)上观测到CEvNS,但核反应堆提供的更低能(
在材料科学领域掀起革命性突破!研究人员首次成功制备出100微米至毫米尺寸的块状六方金刚石(hexagonal diamond, HD),这种被誉为钻石2.0的新型碳材料自60年前理论预测以来,一直因无法获得体材料而难以验证其卓越性能。通过精妙设计的高压高温(P-T)实验装置,团队采用高质量石墨单晶作为前驱体,在准静水压条件下实现了晶体取向的精准调控:石墨(1010)晶面神奇地转变为HD(0002)晶面,而石墨(0002)则转化为HD(1010)。电镜分析揭示,所得HD样品由100纳米级晶体组成精妙的三重互生结构,仅含微量立方金刚石缺陷。最令人振奋的是,X射线衍射证实HD的层间化学键发生特征
在神经科学领域,运动技能的学习与巩固一直是备受关注的核心问题。以往研究多聚焦于突触后树突棘(dendritic spines)的可塑性变化,而对突触前轴突终扣(axonal boutons)在活体动物学习过程中的动态变化知之甚少。特别是在皮质-纹状体(corticostriatal)环路中,初级运动皮层(M1)神经元如何通过轴突终扣与纹状体中型多棘神经元(SPNs)形成功能性连接,这一过程仍存在诸多未解之谜。随着帕金森病(Parkinsons disease)等运动障碍疾病研究中突触缺失现象的发现,阐明突触前终扣的可塑性机制显得尤为重要。斯坦福大学(Stanford University)的米乐登录入口米乐登录入口