Science 一周论文导读 | 2018 年 9 月 21 日

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Science 一周论文导读 | 2018 年 9 月 21 日

2018 年 10 月 1 日 科研圈

审校棒冰访冬邓卓小勺咖喱

封面设计：访冬

制版：阿金

生物学

Biology

Changing dynamics of the drug overdose epidemic in the United States from 1979 through 2016

美国1979年至2016年间药物过量使用流行趋势的动态变化

Hawre Jalal, Donald S. Burke, et al.

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/eaau1184

图片来源：Senate.gov

(导读郭思瑶) 科学家通过分析1979年至2016年间美国国家人口动态统计系统中599,255份主要死因是药物中毒意外的案例，发现这38年的整体趋势符合指数增长特征。现今因阿片类药物过量致死的问题只是长期积累的表面效应，是多种处方阿片类药物的不同流行趋势综合作用的结果，每种药物有其独特的地理和人群分布特征。该研究有助于开发更有效的药物滥用防控策略。

Abstract

The periodic coloration in birds forms through a prepattern of somite origin

体节来源的预模式决定鸟类的周期性着色

Nicolas Haupaix, Marie Manceau, et al.

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/eaar4777

（导读郭怿暄）研究者认为动物体毛的周期性条纹和斑点是通过图灵反应扩散模型在皮肤上自组织产生的，但图案的方向性和周期性是否由预先存在的位置信息决定尚不清楚。本研究利用幼年期鸡形目鸟类着色条纹的天然变异发现，来源于体节的自主信号通过agouti表达形成复合预模式来确定条纹位置，而agouti可剂量依赖地调控局部色素合成以控制条纹宽度。

Abstract

A gut-brain neural circuit for nutrient sensory transduction

用肠-脑神经回路传导感知养分

Melanie Maya Kaelberer, Diego V. Bohórquez, et al.

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/eaat5236

（导读王思菲）过去一直认为大脑只能间接通过激素来感知肠道刺激。本研究使用小鼠模型发现，肠内分泌细胞与迷走神经元之间使用谷氨酸作为神经递质，在几毫秒内经由突触传导肠道信号。这些具有长足的肠内分泌细胞（neuropod cells）形成神经上皮回路，将肠腔信号透过突触直接传导至脑干，使大脑感知肠道刺激。

Abstract

Cellular checkpoint control using programmable sequential logic

使用可编程的有序逻辑回路的细胞检查点控制

Lauren B. Andrews, Alec A. K. Nielsen and Christopher A. Voigt

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/eaap8987

（导读郭思瑶）生物进程需要调控检查点的信号释放才能有序进行。科学家基于抑制子的NOR门控来设计遗传回路，从而调控大肠杆菌。这个最多涉及到三个门闩和四个传感器零件的回路系统在细胞内的表现与预期十分相近。检查点调控通过多重回路的转换应对细胞外部信号刺激。

Abstract

Ancient steroids establish the Ediacaran fossil Dickinsonia as one of the earliest animals

古代类固醇分子证明埃迪卡拉生物化石中的狄金斯水母是最早的动物

Ilya Bobrovskiy, Jochen J. Brocks, et al.

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/1246

（导读阿金）埃迪卡拉生物群（距今5.71到5.41亿万年）是地质记录中第一批宏观复杂生物体，也是了解动物起源的关键。本研究展示从埃迪卡拉大化石中提取出的脂质生物标志物，发现其中狄金斯水母及其近亲能够产生动物独有的标志物胆固醇，确认这些埃迪卡拉生物群成员为地史最早宏观动物，表明伊迪卡拉动物群为寒武纪生命大爆发的序章。

Abstract

Fossils reveal the complex evolutionary history of the mammalian regionalized spine

化石揭示哺乳动物区域化脊柱的复杂演化史

K. E. Jones, S. E. Pierce, et al.

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/1249

图片来源：phys.org

（导读过泽远）区域化的脊椎是哺乳动物的独特特征，但是其演化时间和方式仍属未知。本研究通过重建已灭绝的哺乳动物祖先 --- 下孔类动物---的脊椎区域和形态差异来阐明哺乳动物的轴向分化。通过同源性模式的推论，研究人员提出一个“胸腔先进化”的假设：非哺乳类兽孔目前肢的进化导致脊椎的模块化优先于脊椎的分化而发生，赋予哺乳动物特殊功能。

Abstract

Programmable protein circuits in living cells

活细胞中可编程的蛋白质回路

Xiaojing J. Gao, Lucy S. Chong, Matthew S. Kim and Michael B. Elowitz

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/1252

（导读郭思瑶）可架构的蛋白质-蛋白质调控系统可以帮助构建蛋白质水平的合成回路。科学家发现改造过的病毒蛋白酶可以作为架构型蛋白质，在哺乳类细胞发挥多样回路水平的功能，依此开发了CHOMP回路系统。CHOMP应用可反应Ras上游激活剂并诱导癌细胞死亡。CHOMP的优势为通过单一转录本编码实行复杂功能，不需整合基因组，这将为蛋白质回路工程提供可扩展的有效平台。

Abstract

Engineered CRISPR-Cas9 nuclease with expanded targeting space

工程化CRISPR-Cas9核酸酶具有更广泛的靶向范围

Hiroshi Nishimasu, Osamu Nureki, et al.

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/1259

（导读郭思瑶）RNA介导的核酸内切酶Cas9可作为强大的基因组编辑工具，而广泛使用的SpCas9需要前间区序列邻近基序（简称PAM）作为识别位点，科学家为了使其应用于更多的靶标，研究出了其改良的变体SpCas9-NG，由于丧失了碱基特异性相互作用，该变体可识别NG而非NGG碱基序列，这极大地增加了基因组编辑的靶标范围。

Abstract

化学

Chemistry

Reconfigurable system for automated optimization of diverse chemical reactions

用于自动优化各种化学反应的可重构系统

Anne-Catherine Bédard, Timothy F. Jamison, et al.

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/1220

（导读卓思琪）化学合成通常需要反复试错进行优化。本文描述一种即插即用、连续流动的化学合成系统。该系统软件控制用户选择的试剂和单元操作，分析反应进程，执行自动优化。用户可以通过图形用户界面进行优化操作、远程监视以及结果分析。而优化程序的后续用户仅需下载一个电子文件，就可以在自己的设备上实现协议。

Abstract

Unlocking P(V): Reagents for chiral phosphorothioate synthesis

解锁P（V）：用于手性硫代磷酸酯合成的试剂

Kyle W. Knouse, Martin D. Eastgate, Phil S. Baran, et al.

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/1234

（导读阿金）硫代磷酸酯核苷酸在反义寡核苷酸（ASO）治疗和环状二核苷酸（CDN）合成中发挥重要的翻译作用。本研究开发一种可扩展、可编程的基于手性PSI试剂的方法，能够精准调控硫代磷酸的立体化学合成。该试剂在不同核苷酸结构合成中表现出高效、廉价、操作简单的特性。

Abstract

Self-assembly of lattices with high structural complexity from a geometrically simple molecule

用简单几何结构的分子自组装具有高结构复杂性的晶格

Hiroshi Yamagishi, Takuzo Aida, et al.

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/1242

（导读阿金）本研究报告由碳—氢n键结合的双层顶部-底部组件和隔离交叉的墙壁组件构建的多孔性分子晶体，该复杂结构仅有一种全芳香多联分子，具有高度对称性，且保持其孔隙率直到在202°C碳氢键发生热分解为止。该发现证明将简单性转变为超高复杂性的可能性。

Abstract

物理学

Physics

Suppressing spatiotemporal lasing instabilities with wave-chaotic microcavities

利用波混沌微腔抑制激光的时空不稳定性

Ortwin Hess, Hui Cao, et al.

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/1225

图片来源：phys.org

（导读阿金）在边缘发射半导体激光器中多重空间模式和激活介质的非线性相互作用会导致成丝效应和时空混沌，从而降低激光器的性能。本研究使用波混沌/无序光学空腔来抑制时空不稳定，其中具有随机相位的波之间的干涉效应能使激射的动力学状态趋于稳定。研究结果提供了一种通用并稳健的方法来有效防止各种高功率激光器中的非线性不稳定性。

Abstract

Measurement of a superconducting qubit with a microwave photon counter

用微波光子计数器测量超导量子比特

A. Opremcak, R. McDermott, et al.

http://science.sciencemag.org/content/361/6408/1239

（导读阿金）快速且高保真测量是量子纠错的关键，传统测量超导量子比特的方法无法应用于大尺度系统中。本研究引入一种基于微波光子计数器的测量方法，原始单次测量保真度为92%，其固有阻尼可用来提取测量过程中释放的能量，实现重复的高保真量子非破坏测量。研究结果能实现毫开尔文量级的测量，以及为量子到经典结果提供基础。

Abstract