Nature 一周论文导读 | 2019 年 6 月 27 日

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Nature 一周论文导读 | 2019 年 6 月 27 日

2019 年 7 月 7 日 科研圈

审校小象小锅山村水郭咖喱紫苏小勺

制版阿金

生物学

Biology

Mapping human microbiome drug metabolism by gut bacteria and their genes

通过肠道细菌及其基因描绘人类微生物组药物代谢图谱

图片来源：Science News

（导读阿金）个体的药物应答具有很大变异性。本研究测定76种来自不同演化枝的人类肠道细菌代谢271种口服药物的能力，结合高通量遗传分析和质谱分析，对代谢药物的微生物基因产物进行系统性鉴定。这些微生物编码的酶类可直接显著影响小鼠肠和系统药物代谢，并可根据人肠道细菌基因组信息解释药物代谢活性。这一结果将为治疗和药物研发提供新思路。[相关报道：首个肠道微生物对药物代谢影响的系统性研究]

Immunization expands B cells specific to HIV-1 V3 glycan in mice and macaques

免疫扩增小鼠和猕猴体内HIV-1 V3聚糖特异性的B细胞

（导读王思菲）广谱中和性单克隆抗体能保护动物对抗HIV-1感染，提示能诱导此抗体的疫苗亦对人有保护力。研究人员开发了一种免疫原RC1，促进对HIV-1包膜蛋白上可变环3（V3）-聚糖区的辨识，以激活表达广谱中和性抗体前体的B细胞。用RCI免疫动物模型能诱导V3-聚糖区特异性的血清学反应。综上结果提示RC1是后续HIV-1疫苗策略中的候选免疫原。[论文详细信息]

Growth dynamics in naturally progressing chronic lymphocytic leukaemia

自然进展的慢性淋巴细胞白血病的生长动态

（导读阿金）患者癌症基因特征与个体疾病动力学之间的关系尚不明。本研究使用来自107名慢性淋巴细胞白血病（CLL）患者的CLL惰性生长动态来分析其生长速率以及相关的基因组模式。CLL生长模式与遗传组成、疾病进展速度及克隆演化程度相关。疾病动态变化取决于早期缓慢生长阶段中发生的遗传事件。本研究同时量化体内CLL驱动因子带来的生长优势。[论文详细信息]

Specialized coding of sensory, motor and cognitive variables in VTA dopamine neurons

VTA多巴胺神经元中感觉，运动和认知变量的专门编码

（导读刘奇）中脑多巴胺神经元对奖赏等变量做出响应。目前无法解决各变量的响应综合问题，鉴定单多巴胺神经元是否复用多变量及是否有神经元亚群对特定行为专门编码。本研究记录了小鼠在复杂决策任务中中脑腹侧被盖区300多个多巴胺神经元的活动，发现多巴胺神经元编码了一系列感觉、运动和认知变量，这些响应在功能上聚集，空间上有序组织。这种专门化和解剖组织可能有助于下回路正确解释多巴胺神经元传输的信号。[论文详细信息]

Genetic analyses of diverse populations improves discovery for complex traits

不同种群的遗传分析促进复杂性状的发现

（导读郭怿暄）本研究比较了海绵领细胞，原细胞、表皮扁平细胞与领鞭虫及其他单细胞holozoans的转录组，细胞命运和行为，发现海绵领细胞与领鞭虫转录组相似度最低。多能原细胞上调细胞增殖和基因表达相关基因。领细胞存在短暂亚稳态可转分化成原细胞，进而分化为多种其他细胞类型。这一发现揭示了最初的动物细胞可在多个细胞状态下转换，与转分化和干细胞相似。 [相关报道：对多个种族基因组研究，科学家找到与疾病相关的27种基因]

Pluripotency and the origin of animal multicellularity

细胞多能性和动物多细胞性的起源

图片来源：Science Daily

Individual brain organoids reproducibly form cell diversity of the human cerebral cortex

个体脑类器官可重复地形成人类大脑皮层的细胞多样性

（导读郭怿暄）人类大脑类器官具有很大变异性。本研究利用背侧前脑类器官模型，通过对21个类器官进行单细胞RNA测序发现95%的类器官可产生一致的细胞类型，进而具有相似发育轨迹。不同干细胞系产生的类器官在产生的细胞系中具有可重复性。这一发现表明中枢神经系统复杂细胞多样性的发育无需在胚胎中进行，细胞终末分化类型的建立可来源于多种干细胞和生长环境。 [相关报道：新型人脑类器官：更稳定、更完美]

Group 3 innate lymphoid cells mediate early protective immunity against tuberculosis

3型固有淋巴细胞介导早期对抗结核病的保护性免疫

（导读王思菲）固有淋巴细胞（ILCs）如何参与结核分枝杆菌（Mtb）感染的免疫应答仍不明。本研究发现肺结核患者外周ILCs减少，大量ILCs募集至肺。小鼠模型中3型ILCs（ILC3s）和肺泡巨噬细胞迅速聚集于被Mtb感染的肺。趋化因子CXCR5-CXCL13轴参与抗Mtb应答，Mtb感染外周ILC3s的CXCR5水平上调，患者血浆中CXCL13水平同时上调。小鼠ILC3s产生的IL-17及IL-22是诱导肺CXCL13的关键。综上结果证明了ILC3s对Mtb感染免疫的早期保护。[论文详细信息]

A universal biomolecular integral feedback controller for robust perfect adaptation

生物分子积分反馈通用控制实现稳健的完美适应

（导读阿金）内稳态是生物学中常见主题，调节变量稳健地适应环境扰动，通过积分控制在自然循环中实现完美适应。本研究从数学上证明存在单个基础的生物分子控制拓扑，实现积分反馈以及在具有噪声动态的细胞间网络中的完美适应。由此在活细胞中通过基因工程设计出一个合成积分反馈控制器，证明其可谐调性和适应性，为网络遗传学提供概念和实践工具。[论文详细信息]

Structure and function of Vms1 and Arb1 in RQC and mitochondrial proteome homeostasis

Vms1和Arb1在RQC和线粒体蛋白质组内稳态中的结构和功能

（导读阿金）核糖体相关质量控制（RQC）为真核细胞在细胞质核糖体翻译停止后处理有缺陷的蛋白提供一条拯救通路。本研究解析出带有60s亚基的酿酒酵母Vms1在肽酰t-RNA切割前后的结构和功能，结构分析结果为了解RQC因子Vms1、Rqc2和Arb1之间的相互作用机制，以及其在保护线粒体免受毒素蛋白聚集中的作用提供思路。[论文详细信息]

物理学

Physics

Stationary entangled radiation from micromechanical motion

来自微机械运动的静态纠缠辐射

图片来源：Phys.org

（导读阿金）机械系统有助于包括电子、光学、原子和声子自由度的混合量子技术发展，而纠缠态则是实现量子器件的关键。本研究观测到来自参数驱动的30毫米长硅纳米弦振荡器的路径纠缠微波辐射。这种微机械运动与每秒每赫兹50个光子关联，产生相对于微波噪声鲁棒的量子失谐。该方法对传感、开放系统动力学和量子引力基本测试产生潜在影响。[相关报道：新方法有望组建量子计算机互联网的原型]

Machine learning in electronic-quantum-matter imaging experiments

电子量子物质成像实验中的机器学习

（导读胡琦琳）鉴于机器学习（ML）成功分析在电子量子物质(EQM)中的合成数据，下个挑战是将这种方法应用于实验数据。本研究报告了对一套人工神经网络（ANNs）的开发和训练，并用它分析从载体掺杂氧化铜莫特绝缘体实验中导出的EQM图像阵列的存档，发现了一种一致的向列相EQM状态。研究结果与电子液晶的强耦合理论的一致。[论文详细信息]

45.5-tesla direct-current magnetic field generated with a high-temperature superconducting magnet

高温超导磁体产生45.5特斯拉的直流磁场

（导读阿金） 45T一直是可达到的最高直流磁场，但是目前仅使用在为数不多的设备内。本研究报告一种高温超导线圈，能在31.1T磁阻背景下产生14.4T的磁场，从而获得45.5T的直流磁场。磁铁使用涂有铜氧化物（REBa2Cu3Ox， RE = Y, Gd）的导体带，制造出高度紧凑的线圈，可在高绕组电流密度中运作。该测试结果证明铜氧化物作为高场超导磁体的应用潜力。[相关报道：史上最强超导磁铁诞生]

Observing crystal nucleation in four dimensions using atomic electron tomography

原子电子断层扫描观测四维晶体成核过程

（导读阿金）成核在物理和生物现象中发挥关键作用，但是实验条件下研究早期成核过程仍具挑战。本研究使用原子电子断层扫描在四维中，研究铁铂纳米粒子成核的早期阶段。发现早期阶段晶体核具有无规则形状，每一个拥有一到多个最大序参量的原子核，以及从核到核边界的序参量梯度点。该工作为研究物理学科中的基础问题提供新的实验方法。[论文详细信息]

其他

【Chemistry-化学】A rigorous electrochemical ammonia synthesis protocol with quantitative isotope measurements

使用定量同位素测量的电化学氨合成方案

（导读阿金）使用可再生电源在温和条件下用电化学合成法从氮中合成氨是能源密集型哈伯法的可替代方案，但其仍面临一些科学和技术挑战。本研究使用氮同位素实现氮电化学还原为氨的可靠检测和量化。用实验证明不同污染源的重要性，展示从氮气中去除不稳定含氮化合物的方式以及同位素定量测量法。该方法有助于进一步研究实际操作电化学还原氮到氨的有效途径。[论文详细信息]

【Geoscience-地球科学】Global analysis of streamflow response to forest management

流量对森林管理响应的全球分析

(导读刘家甫）预测水流对森林管理变化的响应是水资源可持续调控的基础。研究人员编制一个全球森林管理研究的数据库，并引入一个植被-基岩模型，解释森林砍伐和种植对水分产量的影响。结果表明，景观蓄水量，蒸发和蒸腾失水分别是预测森林移除径流响应和植被径流响应的最重要因素，本研究结果可影响气候变化减缓计划中的模型参数化，并为可持续的水资源管理提供了方法。[论文详细信息]

【Mechanical engineering-机械工程】Untethered flight of an insect-sized flapping-wing microscale aerial vehicle

昆虫大小的扑翼微型飞行器无系留飞行

图片来源：nature.com

（导读刘奇）重于空气飞行消耗大量能量，这是昆虫尺寸小机器人实现无系留飞行的障碍。本研究实现了昆虫大小的扑翼微型飞行器持续无系留飞行。飞行器重90毫克，使用两个增强氧化铝压电执行器驱动四个机翼提高气动效率。其集成系统和无系留飞行电子设备总重259mg，并有额外的有效载荷。此尺度飞行器是迄今最轻的实现持续无系留飞行的飞行器。[相关报道：仿昆虫的飞行机器人]

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