6.18 Science杂志最受关注的文章（6月）

美国的《Science》杂志由爱迪生投资创办，是国际上著名的自然科学综合类学术期刊，与英国的《Nature》杂志被誉为世界上两大自然科学顶级杂志。Science杂志主要发表原始性科学成果、新闻和评论，许多世界上重要的科学报道都是首先出现在Science杂志上的，比如艾滋病与人类免疫缺陷病毒之间的关系，标志性基因组研究成果等。Science杂志近期下载量最多的文章包括：

① Role of AcrAB-TolC multidrug efflux pump in drug-resistance acquisition by plasmid transfer

一组法国研究人员发现，大肠杆菌即使在削弱细胞生长的抗生素存在下，也能够合成耐药性蛋白质。他们还发现了细菌是如何完成这一壮举的：一个保存完好的膜泵（membrane pump）将抗生素从细胞中运出，只要有足够长的时间就可以让细胞有时间接收来自相邻细胞的DNA，这些细胞可以编码一种耐药蛋白。

新墨西哥大学的微生物学家Manuel Varela（未参与这项研究）表示，“这是一个重要的发现，这一发现将有助于解释细菌在遇到抗生素时如何设法传播抗素耐药性。”

最初，里昂大学的细菌遗传学家，文章的通讯作者Christian Lesterlin等人是想要开发一个实时显微镜系统，希望能详细观察质粒转移（细菌细胞彼此共享DNA的过程），他们利用精心设计的荧光蛋白，跟踪质粒，将DNA从供体细胞穿梭到受体微生物，以及一旦它们在新宿主体内翻译后产生的蛋白质。

研究人员利用大肠杆菌常见共享抗生素抗性基因作为案例研究，仔细观察细菌如何通过DNA编码TetA蛋白，这是一种通过将四环素分流出去，使细胞对四环素产生抗性的泵。不久之后，他们发现质粒DNA到达非抗性细胞一段时间后，受体细胞膜上出现了红色荧光，表明TetA蛋白被翻译，细胞对四环素产生了耐药性。

抗生素通常用于家畜，但有时也用于治疗肺炎，呼吸道感染和其他疾病，可以关闭未携带TetA的细菌的生长，但许多细菌菌株会通过共享机制变得耐药。这个初始实验不存在四环素，因此，为了了解这一过程如何受到药物本身的影响，研究人员让细胞接触高浓度的四环素，并再次将它们置于显微镜下。

正如所料，他们观察到质粒DNA到达新的非抗性细胞。这是预料之中的，因为四环素不会阻碍这一过程。相反，它旨在阻止蛋白质生产。

令人惊讶的是，研究人员发现一些新的受体细胞中出现红色荧光，这些细胞以前没有TetA蛋白质：显然，尽管接触了四环素，它们仍然能够合成蛋白质，包括TetA。Lesterlin说：“我们花了很长时间才确认这个结果，这违反直觉，我们很难确信它确实发生了。”

研究人员发现，当功能正常时，AcrAB-TolC泵可以通过保持抗生素浓度足够低，使细胞合成质粒DNA中编码的抗性蛋白来补充细菌时间。在这种情况下，它允许产生TetA蛋白，然后将更多的四环素分流出细胞。最终，细菌可以在抗生素的影响下变得耐药

这一发现具有广泛的相关性，因为AcrAB-TolC在细菌中的保守性非常广泛，并且因为其机制不仅限于四环素。Lesterlin和他的同事证明，该泵还允许细菌在其他抗生素存在的情况下产生抗药性蛋白，这些抗生素旨在抑制基因表达，例如抑制翻译的氯霉素和抑制转录的利福平。

② Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes

一个国际研究小组发现了一种以前未知的视觉系统，这种系统可以让动物在黑暗的深海中保留色觉，过去人们曾认为深海动物们是色盲。

马里兰大学的生物学教授、论文的合著者Karen Carleton说：“这是第一篇研究各种鱼类的论文，并发现它们的视觉系统是多么的多样化和多变。决定我们眼睛光谱的基因对一组变异基因比较敏感，导致视觉系统进化比我们预期的要快得多。”

脊椎动物的眼睛使用两种感光细胞——视杆细胞和视锥细胞。杆状细胞和锥状细胞都含有被称为视蛋白的光敏色素，视蛋白吸收特定波长的光，并将其转化为电化学信号，大脑将其解释为颜色。光感受器细胞中所表达的视蛋白的数量和类型决定了动物感知到的颜色。

在这项新的研究之前，人们认为视锥负责色觉，视杆负责在昏暗的环境中检测亮度。这项新工作表明情况并非如此。通过分析101条鱼的基因组，研究人员发现有些鱼含有多种视紫质，这增加了它们拥有基于视紫质的颜色视觉的可能性。

锥细胞通常含有表达多种视蛋白的基因，这就是为什么它们被用于色觉。但它们不像探测单个光子用于低光视觉的杆细胞那样敏感。在99%的脊椎动物中，杆细胞只表达一种光敏视蛋白，这意味着绝大多数脊椎动物在弱光条件下是色盲的。

大多数深海鱼类的视力都遵循同样的模式，但新研究发现了一些明显的例外。通过分析生活在6500英尺深的浅表层水域的鱼的杆状和锥状细胞中表达视蛋白的基因，研究人员发现13条鱼含有不止一个视蛋白基因。其中四种，全部是深海鱼类，含有三个以上的杆状视蛋白基因。

③ Chemical transformation of xenobiotics by the human gut microbiota

当Vayu Maini Rekdal第一次使用微生物时，他做出了一个不错的酵母面包，那时，年轻的Maini Rekdal和大多数厨房新手一样没有考虑过这些微生物背后的关键化学反应。

而且更重要的是，这些面团穿过消化系统时，生活在肠道中的数万亿微生物帮助身体分解面包，吸收营养。由于人体不能消化某些物质，例如所有重要的纤维，因此需要依靠微生物完成化学反应。

“但这种微生物代谢也可能是有害的，”Maini Rekdal说，他现在是加州大学旧金山分校Emily Balskus教授实验室的研究生，在他作为第一作者的一篇Science论文中，他们发现肠道微生物也可以“吃”药物，这会产生危险的副作用。 “也许这种药物不会达到它在体内的靶标，也许它会突然变得有毒，也许它会有所帮助，”Maini Rekdal说。

在这项最新研究中，研究人员第一次发现了微生物组如何干扰药物：我们体内的细菌会对帕金森病的主要治疗方法：左旋多巴（L-dopa）产生干扰，而且他们也们确定了数万亿种细菌中的哪些细菌负责降解药物，以及如何阻止这种微生物的干扰。

④ Spatiotemporal structure of cell fate decisions in murine neural crest

人体是由数百种细胞组成的，包括肌肉细胞、脂肪细胞、神经细胞等。它们分工明确，勤勤恳恳地完成自己的工作。不过别忘了，这些细胞都是从单个原始细胞开始的。未分化的原始细胞如何选择它们的最终命运？这个问题多年来一直困扰着生物学家。

如今，美国哈佛医学院、瑞典卡罗林斯卡医学院以及奥地利维也纳医科大学等机构的研究人员发现了细胞选择背后的分子逻辑，这些线索可以告知它们的命运。这项成果于上周五发表在《Science》杂志上，表明细胞在成熟的道路上面临一系列的分叉口。

通讯作者之一、哈佛医学院的副教授Peter Kharchenko表示：“一个祖细胞可以成为任何细胞，但这种选择是如何实现的？这项研究尝试定义了细胞选择背后的分子逻辑。我们认为这些结果可帮助我们了解细胞如何决定自己的命运，以及细胞在分化过程中可能出现的问题。”

这项研究是在神经嵴细胞（neural crest cells）上开展的。结果表明，细胞的命运决定分三个阶段进行：竞争性遗传程序的激活，逐渐偏向其中一个程序，以及最终的细胞定型（cell commitment）。

研究人员强调称，此处的研究结果仅仅与神经嵴细胞有关，不过可采用同样的方法来探索其他组织的细胞分化。他们补充说，目前还不清楚其他组织、器官和生物体是否遵循类似的细胞分化机制。

他们称，除了揭示生物学中的一个基本问题，这项研究还能够帮助人们了解干细胞的哪个方面出了错，导致细胞“走错路”，变成恶性细胞。此外，它也为培养治疗用的人工神经组织提供了新技术。

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