11月24日Nature内容选读

　　

生物通综合：
封面故事：“合成生物学”的发展

“合成生物学”是一个迅速发展的学科，本期Nature介绍该学科的发展情况。生物学家利用合成生物学方法来检验关于自然系统的模型，David Sprinzak 和 Michael B. Elowitz对此进行了讨论（Review Article p. 443）。Drew Endy讨论了工程师们所采用的方法，即把合成生物学看成是遗传工程和生物技术等技术手段的一种延伸（Review Article p. 449）。合成生物学能做的事情很多，但也存在风险。在一篇评论文章中，George Church要求合成生物学界从核物理学家和遗传学家过去所犯的表述错误中吸取教训，并立即行动起来，开发研究能够消除公众顾虑的保护措施（p. 423）。本期封面刊登的是从“Adventures in Synthetic Biology”中截取的一个画面，这个内容可在Nature网站上看到，网址为http://www.nature.com/nature/comics/syntheticbiologycomic。

蚂蚁的交流方式

觅食的蚂蚁在演化过程中形成了非常复杂的交流方式，它们能够利用有吸引力的道路信息素来将同伴引向食物或水源。人们对蚂蚁的交流体系进行了广泛的研究，它们甚至还有与人类的交通、电脑和通信网络相关的算法。现在，研究人员发现，在“法老蚂蚁”的交流体系中似乎还有一种类似人类所使用的交通标志，比如说，它们可以用“停”这个交通标志来强化人们所熟悉的“行”这个交通标志。具体来说，它们会用一种令人厌恶的信息素来标记没有价值的路径，从而将信号集中在岔路口等需要做出决断的地方。

移植组织排斥性之谜

移植的组织受到排斥是一个令人困惑的现象。它可以被解释为免疫系统功能所必然产生的一个后果，也可以解释为在演化过程中所留下的一个遗迹或我们所不了解的一个真正有用的功能。第一种已知的非脊椎动物组织相容性位点的发现表明，在上面所提出的对该现象的这些解释中，至少有两个解释是比较真实的。相互接触的聚居型海鞘（Botryllus schlosseri）的群落要么相互排斥，要么经历一个自然的移植反应而产生一种银鲛，这取决于被称为FuHC的多态基因是哪个版本。现在，研究人员发现，该基因的产物是免疫球蛋白家族的一个成员，与为在脊椎动物中寻找外来分子、供免疫细胞识别的蛋白编码的“主要组织适应性复合体”相似。

单个酶分子中“埃尺度”运动的实验测量

在一篇以过去10年间单分子生物物理学领域所取得的进展为基础的论文中，Abbondanzieri等人报告了能够分解单个酶分子沿DNA运动的碱基对步骤的首批实验结果。实验中所用的酶是RNA聚合酶，是在从一个DNA模板上转录RNA的过程中用一种“全光力钳”捕捉的。能够在单个酶分子中对“埃尺度”上的运动进行探测，开辟了生物分子研究的新领域，其中也许还包括关于单分子DNA测序的研究。

研究疟疾感染概率的新的数学模型

Ronald Ross因发现蚊子在疟原虫生命周期中的作用而获得1902年的诺贝尔奖，但他后来在关于对疟原虫进行流行病学研究的数学模型方面所做的工作也许更重要。今天仍被引用的Ross疟疾模型假设，人类被蚊子叮咬的机会是相同的，感染的清除不会被再次感染所改变。我们现在知道，有些人比其他人更多地被蚊子叮咬，多次感染会减慢寄生虫的清除。这些资料和其他新的资料已被收录进了一个数学模型中，用来对Ross模型进行更新，以供21世纪使用。将新的模型与来自被疟疾感染的90多个社区的数据结合起来，研究人员发现，被蚊子叮咬概率和/或易感性的差异是决定感染的流行方式的关键因素：20%的人占感染总数的80%以上。这一发现可被用来指导那些最有可能从中受益的人们进行疟疾控制。

两只眼睛之间的竞争

当我们的眼睛在看不能相容的图像时，我们的有意识的视觉在每个单眼视线之间自然波动。由此所产生的“双眼竞争”的性质以及大脑是怎样对其进行解析的，是一个长期争论的话题，涉及注意和选择等人类认知的基本问题。现在，研究人员在人类“侧弯核”（LGN）中、在视觉处理的非常早的阶段发现了“双眼竞争”所特有的一个神经签名。大脑的这个区域含有只对一只眼睛或另一只眼睛的刺激产生反应的细胞，LGN中的信号能够真切反映在“双眼竞争”过程中哪只眼睛的视觉占主导地位。

排除无关信息的能力对记忆力的影响

尽管环境中可能有几十个目标，但在任何一个给定的时间，我们的注意力仅仅限于三、四个目标。由于注意力的这种极端有限性，我们需要能够控制什么东西可以进入我们的注意力范围内，以便只有环境中最相关的信息才可以消耗这种极为有限的思想资源。在一项关于大脑活动的实验研究中，研究人员要求实验对象记住一些目标，忽略其他目标。实验结果表明，不同的人在将无关目标保持在注意力之外的能力上有很大差别。这说明，我们的注意力并不只是由我们能注意到的东西决定的，而且还取决于我们将无关的东西排除在注意力之外的能力。这也意味着，一个人的有效记忆容量并不只是简单地反映存储空间的大小，也就是说，一个人的记忆容量大小跟一个硬盘的记忆容量大小是不同的。一个人的有效记忆容量还能反映这个人将无关信息排除在外、使其不占用大脑重要存储容量的能力。

酶避免基质发生不利水解的新机制

很多种酶需要保护它们的基质不发生不必要的水解。Koshland 40多年前提出，这些酶（他特别指己糖激酶）只有在结合到合适的基质上、产生一种“诱导契合”的构形变化时，才会采用具有催化能力的构形。后来的研究工作表明，在没有葡萄糖时，的确是“诱导契合”阻止己糖激酶水解ATP。现在，对大的核糖体亚单元所做的结构研究表明，这里还有一种类似的契合机制在起作用。这为一个长期未能回答的问题提供了答案，这个问题就是：核糖体P-位点上的新生肽在蛋白合成的终止步骤之前是怎样避免被肽酰基-tRNA水解的。所以，在蛋白质诞生之前，RNA世界中的核糖体可能早已有了这种机制。