一张图,看懂2017年度最佳生物科技进展

学术知识往往是复杂难懂的,有时一张好的图片胜过千言万语。

《The Scientist》2017年最好懂的6张经典图片用更短的时长帮你梳理前沿科技。

如何利用基因驱动防治疟疾?

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来源:(伦敦大学)帝国理工学院高级研究员分子生物学家Tony Nolan,分子寄生虫学教授Andrea Crisanti

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为了利用基因驱动(gene drive)限制蚊子关键生存或繁殖基因,研究人员必须确保遗传元件(基因驱动器)能选择性地传递下去。将彻底消灭疟疾这种对全球人类危害巨大的传染性疾病。

细胞外力如何影响基因表达?

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来源:伊利诺伊大学-香槟分校机械科学与工程系教授以及华中科技大学兼任教授Ning Wang

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图片版权© THOM GRAVES

细胞外的物理力通过细胞表面受体(整合素和粘着斑等蛋白复合体)传递给内部细胞骨架。过去人们认为这种传递方式只能在很短的距离起作用,然而近年来的研究证据表明,细胞骨架微丝(如肌动蛋白纤维和微管)能把这些力传播到数十微米以外,乃至细胞核,从而影响基因表达,乃至某些特定分子如何通过核孔复合体。

逐渐被塑料化的地球?

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来源:墨尔本大学研究学者以及“中澳联合研究中心:针对健康土壤展开合作调研,以达到粮食作物生产的可持续发展”经理Ee Ling Ng

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图片版权© AL GRANBERG. Nature, 537:488, 2016; Science, 347:768-71, 2015

废弃塑料从垃圾填埋场、生活垃圾、径流和废物处理损耗流入自然环境。汽车轮胎与路面摩擦也会生成微型和纳米塑料颗粒。生活和工业废水中80%的微塑料都是合成纤维。很多微塑料都随着河流进入了海洋,这些颗粒最终将作为污泥成为地球陆地的一部分。

甲基化DNA有哪些形式?

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来源:牛津大学Ludwig研究所癌症研究副教授Skirmantas Kriaucionis

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胞嘧啶是一种经常被改变的碱基,它的常见改变形式是甲基化,在脊椎动物中,这种修饰被称为5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5mC),这种情况的高发位置是CpG岛(胞嘧啶后面跟着鸟嘌呤)。最近一些研究表明,这种修饰形式实际上有很多变体,包括5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine,5hmC),5-甲酰基胞嘧啶(5-formylcytosine,5fC)和5-羧基胞嘧啶(5-carboxylcytosine,5caC)等。尽管有些形式比较罕见,但研究人员仍试图寻找这些被修饰的DNA碱基功能,证据表明它们在基因和DNA完整性调控、学习和记忆等方面具一定作用。

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有些人为什么不能吃小麦?

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来源:《The Celiac Surge》by Catherine Offord

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图片版权© JULIA MOORE

在小肠,面筋蛋白被分解成麦谷蛋白(glutenins)和醇溶谷蛋白(prolamins)。对麦胶性肠病(celiac disease)患者来说,小麦富含醇溶谷蛋白组分和醇溶朊(gliadin),吃进去的小麦组分经过小肠固有层(lamina propria)时需接受组织型转谷氨酰胺酶(tissue transglutaminase)的处理,生成带负电荷的醇溶朊肽,随后被抗原呈递细胞吸收,交给免疫系统进行评估。当CD4+ T细胞识别醇溶朊时,同时释放引发炎症的细胞因子,刺激B细胞生产靶向醇溶朊和组织型转谷氨酰胺酶的自身免疫抗体。此外,醇溶朊触发固有层和肠上皮细胞IL-15细胞因子表达上调,进一步促进炎症。这些分子进程共同导致小肠壁绒毛萎缩,影响营养物质有效吸收,长期营养不良将增加机体患其他疾病的风险。

尽管腹腔疾病诊断往往使用肠绒毛活检,但是血液中抗组织型转谷氨酰胺酶自身免疫抗体含量较高,也可作为机体患腹腔疾病的一个指标,如此,应可减少一部分小肠绒毛活检。

如何用DNA编程?

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类似计算机编程语言,DNA编程相当于对另外一种语言的功能挖掘。特别之处在于,不止人类能读取它们,几乎所有地球生物都能读取。

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DNA是地球上各种复杂生物的生命蓝图,它的本质是一种极具潜力的储存介质。近年来,科研人员已经开发了不少将文本或二进制数字转换成ATCG生物遗传语言的方法。理论上文字编码方式是,把三个碱基(如A,C,T)排列成27种组合方式,每一种代表一个英文字母(例如AAA=a,AAC=b);电子媒体图像编码方式是二进制的,四种DNA碱基可储存2个字节(例如A=00,C=01)。

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图片版权SCIENCE, 293:1763-65, 2001; SCIENCE, 337:1628-29, 2012; NATURE, 494:77-80, 2013.

实际上,核酸的生化特性划分了不同的碱基组合优劣。比较突出的问题是均聚物(homopolymers),即相同核酸字母排列而成的长链很难通过现有方法进行读和写。通过给两个碱基分配各自的二进制位是避免homopolymers的其中一种方法。更有效率的方法是,将文本或其他数据转换成三位数而不是二位数,例如把A碱基后跟着的0、1、2编写为C、G、T,把C碱基后跟着的0、1、2编写为G、T、A,以示区别。目前,较新的方法还包括更复杂的代码和纠错技术,能在最大限度地提高信息检索准确性的同时,将尽可能多的信息压缩到DNA中。

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