nature要览(2006年8月17日)

2006-08-22 00:00 来源:丁香园 作者:yunxiang
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(选自英国Nature杂志,2006年8月17日出版)

封面故事:影响核小体定位的因素
A genomic code for nucleosome positioning
真核基因组在活体中不以裸露DNA形式存在,但在被称为染色质的蛋白-DNA复合物中是以裸露DNA形式存在的。染色质含有核小体,它们是紧紧包裹在一个组蛋白核心周围的短DNA片段,排斥大多数结合DNA的蛋白,所以起抑制剂的作用。在一项研究工作中,研究人员将计算方法和实验方法结合起来,用以确定核小体对DNA序列的偏好,并预测整个基因组范围内核小体的组织。酵母基因组编码一个内在的核小体组织,这可以解释活体中核小体位置的大约一半。该编码在不同真核细胞中都高度保留了下来,它的作用是将转录因子引导到它们的结合点,并辅助很多其他的特定染色体功能。本期一篇配发的News and Views文章讨论了DNA 序列和其他调控因子在核小体定位中所起的作用。(Article p. 772; News and Views)封面图片(绘图:Helit Sayfan Altman)所示为带有几个核小体的一段染色质。

禽流感在家禽中的“静静传播”(Bird flu)
Silent spread of H5N1 in vaccinated poultry
有人认为,H5N 禽流感病毒的“静静的传播”可能曾在越南和其他地方的家禽和野生鸟类中出现,后者感染了不会诱发疾病症状的H5N1抗原变种。这一观点使人们担心,通过接种让家禽对H5N1病毒产生免疫力,有可能同样会增加发现疫情之前家禽内的交叉传播。一项数值模拟研究表明,这种担心是很有道理的:由于在禽群水平上保护措施不全面,“静静的传播”有可能在一个进行了接种预防的禽群中出现,即便疫苗对禽群中的个体是有效的。这一问题的部分解决办法是,采用未进行接种预防的“哨兵”。(Brief Communications p. 757)

多铁材料和磁电耦合(The best of both worlds)
Multiferroic and magnetoelectric materials
关于多铁和磁电材料的研究正在重新兴起。多铁材料将铁电晶体稳定的、可切换的电极化与通过铁磁晶体的量子力学交换现象产生的稳定的、可切换的磁化结合了起来。真正的“多铁”材料几乎不存在,而磁性和电性的“磁电耦合”更为普遍。由于这种材料有技术应用前景,所以属于这种类型的一些引人注目的新化合物正在开发当中。(Review Article p. 759)

设计通用量子逻辑门已万事俱备(Spin qubits ready to roll)
Driven coherent oscillations of a single electron spin in a quantum dot
实现现实的量子位的最有希望的方法之一是,利用半导体量子点中的单电子自旋状态。关于这种自旋量子位的一个详细技术建议是在大约10年前发表的,此后,实现这种自旋量子位所需的全部要素(如长寿命自旋态和电子自旋的初始化)已被一一报道出来。现在,最后一步,也是最难的一步也已经完成,那就是驱动单个电子的相干自旋振荡,这是完成量子运算所必需的。这一点是通过施加振荡磁场做到的,这种磁场与电子自旋的进动频率发生共振,是在一个双量子点系统附近的芯片上产生的。现在,设计通用量子逻辑门的一切条件都已具备。(Article p. 766, News and Views)

PML作为药物作用目标的双重身份(Double target)
PML inhibits HIF-1 translation and neoangiogenesis through repression of mTOR
肿瘤抑制因子PML已知是肿瘤中和正在从缺血状态恢复的组织中血管形成的一个关键抑制因子。PML的失去与各种不同的人类癌症有关,包括乳腺癌和前列腺肿瘤。它在控制血管生成中所起的作用,使其成为癌症中的一个药物作用目标(在癌症中,提高其含量是药物治疗的目标),也使其成为在缺血性心脏病或中风后鼓励新的血管形成的一个药物作用目标(在这种情况下,可以通过降低其含量来鼓励新的血管形成)。(Article p. 779)

星系形成过程中一个关键时期的事件观测 (An epoch-making galaxy)
The rapid formation of a large rotating disk galaxy three billion years after the Big Bang
配备有最新近红外成像分光镜和适应性光学系统的大型陆基望远镜,能够观测发生在星系形成一个关键时期(“大爆炸”之后约30亿年,当时宇宙只有其现在年龄的约20%)所发生的事件。对这一时期一个正在形成恒星的高红移(z=2.38)星系所做的观测显示了该星系的内部结构。一个巨大的、转动的原始盘,在将气体送往位于中心位置的一个由恒星鼓出的包中的一个正在不断增长的黑洞中。以前,星系的分级积累中所涉及的时间尺度和过程只是一种猜测;现在,它们是所观测到的东西。而且,随着这一时期更多星系得到分析,关于星系形成的模型还可以进一步优化。(Letter p. 786; News and Views)

火星上的冰盖(A levitating ice cap)
No signature of clear CO2 ice from the 'cryptic' regions in Mars' south seasonal polar cap / CO2 jets formed by sublimation beneath translucent slab ice in Mars' seasonal south polar ice cap
本期两篇论文讨论了在火星南方所看到的引人注目的季节变化。火星上的冰盖主要由冷冻的二氧化碳组成,冰盖上有不寻常的暗点,它们被认为是由一块透明的、近乎纯净的CO2冰形成的。Langevin等人提供了来自搭载在“火星奥德赛”上的THEMIS照相机所拍摄的红外和可见光图像,它们与火星上存在一块很厚的透明冰的观点是不一致的。在与该论文相伴的一篇论文中,Kieffer等人报告了他们的红外和可见光数据,这些数据表明,所观测到的景观在入夏很久之后也能保持在CO2冰的温度下,而且它们一定是被带到冰表面上的颗粒物质。他们提出了一个模型,按照该模型,存在一种半透明的、不能渗透的CO2冰盖,在该冰盖的底部会出现升华现象,产生在冰下流动的高速CO2气体流,使冰盖升起,同时产生能将沙子大小的颗粒通过喷孔喷出去的喷射流。(Letters pp. 790, 793)

Skyrmion的其他存在形式(The march of the skyrmions)
Spontaneous skyrmion ground states in magnetic metals
现代物理学中一个长期存疑的问题,是按照连续场中可数粒子对“波-粒二象性”进行描述。我们知道,被称为skyrmion的像粒子一样的状态(这些状态是由Tony Skyrme设想出来的)是从微观尺度到宇宙尺度的非线性场模型的一个特点。但迄今为止,我们只确定了skyrmion以激发态存在;当它们被外部场或拓扑缺陷稳定时,以图灵模式存在;在量子霍尔磁体中以自旋图案存在;或在液晶中以蓝相存在。新的理论工作表明,skyrmion还能在不同类型磁性金属中形成稳定的基态,处于这种状态时它们应能够用现代磁性显微镜方法直接观测到。按照这一新理论,skyrmion基态应普遍存在于大量材料中。(Letter p. 797)

古生菌在土壤氨的氧化中居主导地位(Soil bacteria yield to archaea)
Archaea predominate among ammonia-oxidizing prokaryotes in soils
硝化作用指的是微生物将氨转换成硝酸盐的过程,它是全球氮循环中的一个关键过程。人们曾经普遍假设,专门进行硝化作用的细菌是土壤中在需氧条件下氧化氨的主要细菌。对为名叫“氨单氧酶”的关键酶的一个亚单元编码的amoA基因的丰度所做的分析表明,在来自三个不同气候带的12种不同土壤类型中,来自泉古菌门(Crenarchaeota)的古生菌的amoA基因数量要比细菌的amoA基因数量多3000倍。所以,在原始土壤和农业土壤中,古生菌迄今似乎都是居主导地位的氨氧化剂。(Letter p. 806)

用于物体识别的新算法(Seeing things)
Hierarchy and adaptivity in segmenting visual scenes
即便是在吵杂的视觉图像中,人类通常也能够毫不费力地找到相干区域,这是物体识别的关键。在自然观看条件下,电脑算法在完成这项任务时一直不是很成功,部分原因是,早期关于该问题的研究工作只对图像进行了局部计算。现在,一种新方法已经开发出来,它所靠的是图像分割,即对一个图像的所有突出区域进行分析,再将这些区域做成一个有层次的结构。该方法比以前的方法更快,更准确,但所得到的算法使用起来相对比较简单。研究人员通过在由物体构成的一个大数据库中寻找与一个目标物体相匹配的物体的方式,对这种新方法进行了演示。(Letter p. 810)

癌症干细胞的身份(Identity of cancer stem cells)
Transformation from committed progenitor to leukaemia stem cell initiated by MLL–AF9
癌症被认为是来自正常组织细胞或定向祖细胞。关键问题是,在后一种情况下,能够自行更新(祖细胞缺乏这种能力)的癌症干细胞是怎样出现的。有一组小鼠白血病干细胞,将少到只有4个的这种细胞注射进小鼠体内,就能诱发白血病。现在,这样的小鼠白血病干细胞已经从通过定向祖细胞中的一个突变患上白血病的小鼠身上分离出来。这使得研究人员有可能利用基因表达筛选的方法来确定这些细胞的共同身份,观察从正常祖细胞向白血病干细胞的转变。 引人注目的是,白血病干细胞大体上能够保持定向祖细胞的基因表达特点,同时激发正常情况下在造血干细胞中表达的一个亚组的基因。至少可以说,这些基因中有些对于白血病干细胞的自行更新是重要的。白血病干细胞和正常干细胞之间的差别,对于开发一种能够选择性地以癌症干细胞为目标的药物的工作来说也许还是好消息。(Letter p. 818; News and Views)

Notch受体在控制干细胞的一个通道中所起的作用(Stem cells go up a Notch)
Notch signalling regulates stem cell numbers in vitro and in vivo
将干细胞用于治疗的一个障碍是,难以控制它们的生长和分化。Androutsellis-Theotokis等人发现,Notch受体在控制胚胎干细胞、胎儿干细胞和成年干细胞的一个通道中扮演一个至关重要的角色,而且向成年大鼠的大脑中施用Notch配体,可帮助大鼠在一次模拟中风之后恢复行动。该发现为以鼓励身体内生的干细胞去修复损伤、而不是试图生长和移植新细胞为目的的疗法铺平了道路。(Letter p. 823)

丙肝病毒的NS2自身蛋白酶的晶体结构(Hepatitis C)
Structure of the catalytic domain of the hepatitis C virus NS2-3 protease
全世界超过1.5亿人感染了丙肝病毒,没有针对该病毒的疫苗,目前的治疗方法只对有限的患者人群有效。 所以,更有效的抗病毒疗法是人们迫切盼望的。因此,关于丙肝病毒的NS2自身蛋白酶的晶体结构的报告是一项重大进展。该结构显示,NS2是一种二聚的半胱氨酸蛋白酶。该结构将有助于说明NS2在病毒生命周期中所起的作用,并且还可能有助于新药设计。(Letter p. 831)


编辑:bluelove

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