BioTechniques关注北大清华抢发研究成果

2015年9月14日，《Science Bulletin》发表了清华大学张生家（Sheng-Jia Zhang）课题组的一篇论文。该论文提到了一种新的遗传工具，可以与光遗传学相似的方式操纵神经元激活。但是，这项研究结果和论文发表的方式，都出现了问题。

　　

生物通报道：一些动物有感应磁场的能力，但是这种独特技能背后的分子机制，仍然是一个谜。最近，一组研究人员提出了一个新的遗传证据，将一个蛋白确定为可能的磁受体蛋白。但是，围绕着这一研究结果出现了争议。

2015年9月14日，《Science Bulletin》发表了清华大学张生家（Sheng-Jia Zhang）课题组的一篇论文。该论文提到了一种新的遗传工具，可以与光遗传学相似的方式操纵神经元激活。但在这项研究中，作者不是把光用于激活靶蛋白，而是利用外部磁场来打开他们感兴趣的蛋白质。如作者所描述的，这样一种“磁遗传学（magnetogenetic）”的方法，可能是非侵入性地操纵特定细胞的一种独特工具，这样一个系统能够阐明最广泛研究但却知之甚少的动物行为。但是，这项研究结果和论文发表的方式，都出现了问题。相关阅读：9月王牌聚焦：学术之争与论文发表之争。 

感测磁场
我们都知道，在冬季的几个月里，鸟能飞行几百到几千英里，寻找一个理想的位置，用于交配或寻找最佳的食物来源。鸟类导航这些长距离的方式，已经被科学家研究了一段时间。它们似乎能感觉到地球的磁场，并将其用作方向的线索。鸟类不是感知磁场的唯一动物，其他动物似乎也能感知磁场，2008年在《PNAS》发表的一项研究甚至表明，奶牛在野外能根据地球的磁场确定方向。细菌也表现出感知磁场的能力，并使用这些输入信号作为行为的线索。

虽然这类研究已经清楚地表明，某些动物可感应磁线索，但是，动物体内感应磁场的生物分子和遗传途径，多年来一直是一个谜。研究人员一直很想解开这个谜。今年六月，美国德克萨斯大学奥斯丁分校的一组科学家，在《eLife》杂志上发表的一项研究，确定了秀丽隐杆线虫用于定位的磁敏神经元。作者发现，当线虫钻入土壤时，可根据地球的磁域进行定位，以至于来自世界不同地区的线虫种群，可根据自己的地理位置迁移到不同角度的土壤中。但是该论文第一作者Andres Vidal-Gadea和他的同事们，除了这些最初的行为观察之外，还识别出一套特定的神经元，可影响地磁的穴居活动。他们发现，定向能力——可让线虫进行磁敏感性的掘洞行为，需要TAX-4环核苷酸门控离子通道（在AFD感觉神经元中被发现）。

Vidal-Gadea和他同事的研究，首次指出了动物感知磁场的一个可能的磁敏元件分子或遗传途径。他们的结论表明，至少对线虫而言，响应磁场线索，对正常的土壤挖掘行为是至关重要的。发现磁场传感的分子基础，一直是研究“行为受磁场影响的动物”的科学家所面临的最大挑战之一，但是Vidal-Gadea使用线虫，一种很易于处理的模式生物，对于这种能力的分子和遗传因素有了更深入的了解。

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寻找分子磁性传感器？
在九月初，张生家和同事也利用线虫，试图理解磁敏感性并用其作为工具。在《Science Bulletin》发表的研究中，作者声称已经确定了一个单一的蛋白质，称为铁硫簇集蛋白1（Isca1），它可以被外部磁场激活。

张生家的研究论文一个好奇点是，作者如何专注于利用人类基因Isca1的鸽子同系物，对线虫进行遗传操作，而不是将这个蛋白定义为磁敏元件。他们的数据表明，在HEK-293细胞和培养的神经元中，当应用外部磁场时，Isca1基因的转染可导致一致的去极化和钙流动。也许更有趣的是，当作者将Isca1转基因导入线虫myo-3肌细胞，然后施加外部磁场时，蠕虫做出了收缩响应。这些结果似乎表明，Isca1可能是被发现的第一个磁敏元件分子。然而，围绕着这篇研究论文，已经出现了争议。

张生家的文章是在2015年9月9日收稿的，然后在2天之后被接收。这样快速的转变对于大多数研究人员来说可能是令人惊讶的，但也是可能的。然而，麻烦出现了10天以后，Nature News报道称，另一名研究人员——北京大学的生物物理学家谢灿宣称，张生家的研究小组使用了自己的数据用于出版，违反了研究人员先前达成的协议。

谢灿向Nature News解释说：“我从来没有真正的担心，是因为我们都认为，本文确定的蛋白应该是第一个。”张生家在Science Bulletin的文章中描述了这个蛋白在磁遗传学的应用。这场争论致使北大和清华两所大学建议，在找到解决方案之前，将张生家发表在Science Bulletin上的论文撤回。

谢灿和张生家是否确定了第一个真正的磁受体分子，这个问题可能不得不等待更长的时间，才能使出版问题得到解决。然而，我们要明确的一点在于，通过利用线虫，研究人员更加接近于理解“动物如何利用一个可检测的遗传平台来感知磁场”，这项工作将来有望解释动物行为的一个重要部分。

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
1. Long et al. 2015. Magnetogenetics: remote non-invasive magnetic activation of neuronal activity with a magnetoreceptor. Science Bulletin. DOI: 10.1007/s11434-015-0902-0

2. Begall, S., Červený, J., Neef, J., Vojtěch, O. & Burda, H. Magnetic alignment in grazing and resting cattle and deer. Proc. Natl Acad. Sci. USA 105, 13451–13455 (2008).

3. Vidal-Gadea A et al. 2015. Magnetosensitive neurons mediate geomagnetic orientation in Caenorhabdtis elegans. eLife 4:e07493