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《科学》杂志2006年10月13日研究精选

2006-11-28 10:03 《科学》杂志 Science 阅读 0
核心摘要: 本期《科学》杂志精选涵盖多个领域:科学家测出迄今最小的细菌基因组,可能重新定义生命界限;近地双体小行星1999 KW4快速自旋,其动力学研究对碰撞预警至关重要;巴布亚新几内亚金矿形成仅需数万年,刷新地质沉积认知;突变陪伴基因Cosmc可产生肿瘤特异性抗原,为抗体治疗提供新靶点;CDK2调控FOXO1介导DNA损伤诱导的凋亡,揭示癌症治疗耐药机制;激光脉冲可替代传统催化剂,精准控制化学反应路径。

迄今测出的最小基因组

科学家最近测出的两个细菌基因组极其简单和小,甚至可能引发对其自身定位的危机。日本和西班牙的研究小组测定了生活在其他生物体内的“共生体”细菌基因组,其中一个可能将丧失其作为真正生物体的地位,成为宿主细胞的一部分;另一个则似乎正在走向灭绝。

Atsushi Nakabachi及其同事报告称,Carsonella ruddii是一种生活在吸食植物汁液昆虫体内的寄生细菌,其基因组仅有160 kb。过去的估计曾将最小基因组定在400 kb左右。尽管Carsonella基因组排列紧密,存在许多重叠基因,且几乎没有“垃圾”DNA,但它缺乏许多被认为是生命所必需的基因。这些发现表明,Carsonella可能已进化为昆虫细胞内的一个细胞器,宿主细胞补偿了其缺失的基因功能。Vicente Pérez-Brocal及其同事报告称,Buchnera aphidicola的基因组稍大,约为420 kb。该细菌与其他几种细菌共生在一种蚜虫体内。与其他共生菌相比,B. aphidicola失去了许多为宿主生存作出贡献的重要功能,而这些功能是良好共生体所必需的。其他共生细菌似乎接管了这些功能。作者推测B. aphidicola可能正在走向灭绝。一篇相关的研究评述讨论了这两项研究。

快速自旋的小行星对

具有两个部分的近地小行星1999 KW4可能因一次靠近太阳或地球的飞行而快速自旋。在已发现的840个大型近地小行星中,28个是双体系统。双体系统在太空中较为常见,如双星系统和行星-卫星系统。近地小行星为了解双体系统的行为提供了机会。当最大的近地双体小行星1999 KW4于2001年5月飞越地球时,研究人员通过向其表面发射雷达并测量返回信号的强度和延迟,测绘了其两个部分。Steven Ostro及其同事展示了这些测绘结果。小行星的主要部分Alpha由非坚固的碎石组成,并以每2.8小时一周的速度自转。其小伴侣Beta形状更长、密度更大。在另一篇报告中,Daniel Scheeres及其同事模拟了该系统的轨道和旋转动力学。Alpha的自旋速度接近其离散速度。作者提出,这个双体小行星可能来自一个碎石堆的前体小行星,在一次靠近太阳或地球的飞行后进入自旋状态。1999 KW4的轨道与地球轨道相交,因此了解其快速自旋运动对可能的碰撞至关重要。

巨大的金矿沉积可能形成得很快

科学家对来自巴布亚新几内亚一个岩浆的液体进行采样后提出,世界上最大的金矿之一可能在大约5万年内形成。世界上约一半的已知金矿来自热液矿石沉积,由超热的水流经岩石时沉积在矿脉中。几十年来,研究人员一直想知道这些热液溶液中金子的含量、运输速度、沉积方式及来源。Stuart Simmons和Kevin Brown利用巴布亚新几内亚Lihir岛Ladolam金矿的独特情况研究了这些问题。该金矿是世界上最大且最年轻的热液金沉积之一,正在活跃的热液系统中形成。由于热液给采矿带来困难,当地矿业钻了许多地热井,为研究人员提供了采样来自死火山下方岩浆的深水机会。Simmons和Brown确定这些液体的含金量高于其他地热系统,并估计在Ladolam沉积中,金子积累所需时间约为5.5年,这在地质时间尺度上相当短暂。Christoph Heinrich撰写的研究评述讨论了该沉积是否可能更快形成。

突变陪伴基因的治疗作用

仅在细胞表面表达的肿瘤特异性分子是治疗癌症的单克隆抗体的理想靶标。研究人员一直在寻找肿瘤特异性抗原,但这些抗原多数是细胞内部的突变蛋白,单克隆抗体无法识别。Andrea Schietinger及其同事发现,一个细胞表面的非突变膜蛋白可被转化为肿瘤特异性抗原。他们报告了导致这一转化的复杂路径。一个陪伴基因(Cosmc)的突变中止了一个糖基转移酶的活性,该酶通常负责将糖附加到蛋白质上。这一突变改变了细胞表面蛋白的碳水化合物结构,并产生了一个肿瘤特异性分子,可作为高度特异的、具有治疗作用的单克隆抗体靶标。Cosmc基因的突变在几种人类和小鼠肿瘤中被发现,表明该路径可能产生多种可作为诊断和治疗抗体靶标的肿瘤特异性抗原。

从DNA损伤到细胞死亡

一项新研究提出了一个帮助将带有基因损伤的细胞送入自毁程序的机制。为维持健康,带有DNA损伤的细胞必须在细胞周期中暂停,以修复DNA或进入称为“凋亡”的细胞自杀程序。DNA损伤部分通过抑制CDK2的活性来激活停止细胞周期的信号机制。Haojie Huang及其同事提出,CDK2不仅与细胞周期控制有关,还与细胞死亡控制有关。在培养细胞中,CDK2修饰转录因子FOXO1。在带有大范围DNA损伤的细胞中,FOXO1的修饰减少,使其能运动到细胞核,在那里增强诱导凋亡的基因表达。一篇相关的研究评述讨论了这些发现,指出它们可能为细胞如何对癌症治疗(如辐射和化疗)产生抵抗力提供线索。

激光作为化学反应的催化剂

研究人员报告称,激光脉冲可起到某些化学催化剂的作用。催化剂通过改变妨碍原子在分子中重新组合的能量壁垒来加快化学反应速度。但催化剂的发现是一个相对缓慢且困难的过程,且化学反应中可被轻易改变的部分有限。Benjamin Sussman及其同事显示,激光脉冲未来可能取代催化剂来引导某些化学反应的结果。通过施加一个精确控制的、高强度的红外激光场,作者能控制激化的溴化碘分子分裂成碘原子和溴原子的方式。具体来说,脉冲改变能量壁垒,使其倾向于两个可能结果中的一个。该技术的一个优点是,通过简单的时间控制,它能针对反应路径中的所有部分。一篇相关的研究评述讨论了这些结果的意义。

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