《自然》子刊精彩选读

　　

生物通综合：
自然-生物技术 
  
高级探测器应对生物恐怖

霍乱或肉毒杆菌毒素在生物恐怖袭击期间可用于污染食物和饮用水。科学家研制出一种的新型探测器，其灵敏度比目前用于探测痕量霍乱或肉毒杆菌毒素的最好设备高出1000多倍，而且新探测器可在3个小时内得出结果。新研究结果发表在5月出版的《自然－－生物技术》上。在目前生物毒素探测领域，最好和最灵敏的方法是将基因扩增技术（PCR）与敏锐的专一采样技术结合起来的技术。基因扩增技术因其大规模扩大取自犯罪现场的DNA痕迹的能力而著名，而专一采样技术则能在抗体的帮助下将特定生物毒素从牛奶般复杂的样品中提取出来。为了提高这种方法的灵敏度，Jeffrey Mason和同事将60种分子打包，让RCP进入一种被称为脂质体的小油滴中，这种脂质体配置有毒素受体。在探测过程中毒素与受体结合，脂质体随后破裂，释放出的PCR启动分子将信号扩大，从而得探测以前难以察觉的生物毒素。新方法不仅灵敏度高，而且还避免了探测试验中对动物的使用，目前美国疾病控制中心在探测肉毒杆菌毒素时要使用动物。

自然-细胞生物学 
  
胰岛素增敏新线索

脂肪组织（adipose tissue）主要由大量聚集成团的脂肪细胞构成，脂联素(Adiponectin) 是脂肪细胞分泌的一种内源性生物活性多肽或蛋白质。以前的发现，脂联素是一种胰岛素增敏激素(An Insulin-sensitizing Hormone)，能改善小鼠的胰岛素抗性(Insulin resistance)和动脉硬化症；对人体的研究发现，脂联素水平能预示II型糖尿病和冠心病的发展，并在临床试验表现出抗糖尿病、抗动脉粥样和炎症的潜力。 今天，研究人员在5月出版的《自然－细胞生物学》上报告说，他们发现了一种调节脂联素的新化合物，从而为研究脂联质功能和胰岛素敏感性机制提出了一种新途径。胰岛素是由胰脏β细胞分泌出来的激素，主要功能是促进血液中的葡萄糖进入肌肉或脂肪组织，提供人体所需的能量。当胰岛素不能发挥作用时，血液中的葡萄糖便无法转化为人体所需的能量，导致血糖升高，糖尿病由此发生。而胰岛素抗阻是指细胞不能有效利用胰岛素甚至对胰岛素的反应不再敏锐，这是造成糖尿病的最主要原因。 科学家们相信游离脂肪酸和某些脂肪所释放的分子是引发胰岛素抗阻现象的罪魁祸首。 Lily Dong和合作者一直在寻找与脂联素受体相关的蜂窝状蛋白质，以期发现调节脂联素激素功能的新靶标。他们鉴别出一种多域蛋白质，它能调节脂联素在脂肪酸氧化和葡萄糖吸收中的功能，并将这种新蛋白质命名为APPL1。他们的研究并进一步表明，在肌肉细胞中，APPL1通过激酶通道来调节脂联素的胰岛素敏感效应。

自然遗传学 
 
线粒体DNA与老化和帕金森氏症

两篇发表在5月出版的《自然－遗传学》上的论文指出：证据表明线粒体中DNA分子的损伤与老化和帕金森氏症有关。新研究表明，线粒体DNA中的缺失会随着年龄的增长而堆积，与此同时，在帕金森氏患者大脑产生神经细胞的多巴胺中，也有高水平的线粒体DNA缺失。 Konstantin Khrapko和同事发现，在老化的大脑中，产生神经细胞的多巴胺中有高水平的线粒体DNA缺失，线粒体DNA的缺失与线粒体功能的丧失有关。在相关的一项研究中，Douglas Turnbull和同事也表明，在老化的大脑和帕金森氏患者的大脑中，神经细胞均有高水平的线粒体DNA缺失。

自然-免疫学

自然的记忆

以前的研究认为只有T细胞和B细胞有“记忆”功能，但研究人员最新报告说，免疫系统的另一重要成分－－自然杀手细胞也能“记住”曾经出现过的外来分子。免疫记忆有益于身体健康，因为当某种致病菌再次出现时，它会让免疫系统做出更快速、有效的反应。 Ulrich von Andrian和同事在5月出版的《自然－－免疫学》上报告说，即使在没有T细胞和B细胞的情况下，当曾经出现过的外来分子再次出现进，自然杀手细胞也会启动免疫反应。科学家们目前还不清楚自然杀手细胞会记住以前遇到过的分子的机理。然而新结果表明：自然杀手细胞有可能成为涉及免疫记忆的疾病治疗的新靶标。
 
自然-神经科学 
 
毒瘾为何会复发

停止吸毒后毒瘾仍然容易复发，这是戒毒治疗面临的一个核心问题。毒品或与毒品有关的线索的出现均可诱发毒瘾的复发。浦慕明和同事在5月出版的《自然－神经学》上报告说，大脑中的某种机制与戒毒期间由线索导致的毒瘾复发有关。以前的研究发现，大脑中一个名为腹侧被盖区的区域与毒瘾的奖赏和强化功能有关。浦慕明和同事对这一区域进行了研究，对曾每天注射可卡因的小鼠在停止注射后5到7天内进行观察，他们发现释放多巴胺的神经细胞上的神经键的敏感性增强了，因此，微小的刺激也能导致神经细胞做出反映。这种可塑性的提高需要一种名为BDNF的生长因子，以前的研究认为它与戒毒后的毒瘾的复发有关。毒瘾的形成和复发可能与大脑中药物线索反应功能的提高有关，浦慕明和同事新发现的机制可能与这种功能的增强有联系。

另两篇Nature Methods 文章：

抗菌素奠定微量细菌检测基础

抗菌素为开发一种快速而灵敏的细菌检测方法奠定了基础；该方法能够检测出在一毫升体积的样品中含有的几十个单细胞生物这样的浓度。

抗菌素可作为对付病原性细菌的一种绝佳武器，因为它们能测试出宿主的细微偏好，在涉及到对抗生素产生抗性的微生物种类时也能表现出有用的价值。美国国立卫生研究院的研究人员Sankar Adhya，一直致力于利用病毒来开发抗菌疗法。“在细菌数量处于很少的情况下，如果能更早地对细菌进行检测，那对治疗方法的研制将具有难以估量的效果，” Adhya说。

他带领的研究小组目前正着手开发快速而灵敏的诊断方法。抗菌素被看作是一种可供选择的方法；Adhya的研究小组也利用高度保守性的细菌生物酰化代谢途径。他们对抗菌素T7进行了工程化处理，T7的外壳蛋白被标记，以便允许细菌生物酰化酶进行加工处理。当这些抗菌素遭遇到目标细菌时，感染过程在宿主消退之前就将会导致那些至少发生了部分生物酰化的抗菌素的出现。这些抗菌素接着就能被荧光显微镜检测出来，其所使用的是与链霉亲和素成共轭关系的量子点。

这种方法在实验室条件下和实际生活中都得到了成功应用。Adhya的研究小组使用T7，发现他们能将与其它细菌混合的埃希氏菌属大肠杆菌检测出来；他们能将波拖马可河河水中每毫升大约含20个埃希氏菌属大肠杆菌这样浓度的单细胞生物检测出来。该方法的灵敏度和效率与其它方法相比具有优势，从开始到结束大约需要1个小时；现行使用的埃希氏菌属大肠杆菌标准检测体系，要检测河水中的类大肠杆菌这样的单细胞生物，则需要将近24个小时。

Adhya目前正通过开发一些能提高抗菌素生物酰化过程效率的方法，来提高该化验方法的灵敏度。虽然有时候在某一生物种类的基因组数据信息缺少的情况下，要对抗菌素进行工程化处理可能是比较困难的；但总体而言，他相信这一化验方法具有宽广的应用领域，因为针对不同宿主偏好的抗菌素的种类是多种多样的。最终，Adhya希望，随着更多的人将这一方法引入到他们各自的研究工作中，该方法的适用范围将增加。他说：“我们目前正将这一方法引入到我们实验室使用的模式生物中，但如果其他人要使用它的话，我确信他们在使用其它细菌时也会成功的、、、、、、”

科学家巧妙利用DNA的机械特征

一种新型DNA纳米装置，具有决定蛋白能否从一种标记性DNA适配子上释放出来的能力；其发生条件是需要一种专门的DNA分子，它与适配子之间不存在着互补性的序列。

多数人会直接将DNA和遗传信息的储存联系在一起；但对于像来自德国慕尼黑大学纳米科学研究中心的Friedrich Simmel这样的物理学家来说，情况并非完全如此。“在工作中我对DNA所感兴趣的是，能否将有关加工任务的简单信息和机械行为或化学行为联系在一起，”他解释说：“一方面你知道了DNA编码，但同时DNA也具有一定的机械特征。”

为了弄清楚DNA的两面特征，他带领自己的研究小组一直致力于DNA适配子的研究。适配子通过一种特定序列的方式和其它分子结合在一起；研究者可以通过一种构象变化诱导适配子将这些分子释放出来。在以前的工作中，Simmel设计出了一种可自由转换的适配子；当出现那种对一个DNA单链的竞争性结合时，而这种单链和结合适配子序列的蛋白具有互补的关系，适配子就能被诱导释放出凝血酶蛋白。DNA输入序列和适配子具有互补的关系；这一系统的局限在于，该系统对DNA输入序列具有严格的要求。Simmel的目标就是将输入序列与对蛋白释放所必需的序列分开。

在近日发表于《核酸研究》上的一篇文章中，他的研究小组介绍了这样的一种DNA装置：它包含有四条DNA链和一个带有可选择的短序列标记的适配子。输入链取代连接器DNA分子中的保护链，使它与不活动的发夹形输出链结合起来，而输出链和适配子上的标记物具有互补的关系。连接器和输出链构成了一个类似两个发夹形状的环形，它的主干被一种限制酶切开，缩短了输出链的主干，瓦解了发夹结构的稳定性。接着，这一输出链很容易结合到适配子的标记序列上，触发了蛋白的释放。从原则上讲，输入链可源于任何序列，比如说在一些疾病状态下过度表达并触发治疗性蛋白释放的单个基因。

Figure 1. Switchable DNA nanodevice.
	The input strand (purple) displaces the protector strand (blue) from the connector strand (orange) which then forms a double hairpin with the inactive output strand (green). Enzymatic cleavage releases the active output strand which binds to the tag sequence on the DNA aptamer (black) and leads to protein release.

然而，Simmel提出警告说，这种体内的应用虽然有趣，但离具体应用仍很遥远。一种警告是，并非所有的适配子都愿意释放它们的结合一个DNA序列的包裹蛋白。适配子越长，它的二级结构越复杂，它要想通过竞争性结合来触发分子释放就会更加困难。Simmel提出的第二个问题就是高背景值；这一蛋白大约有30%的部分独立于一种输入信号而被释放出来。但是，Simmel很自信地认为，这种情况可通过增加输出主干的长度获得弥补，因此使其在裂开之前减少伸展的倾向性。

虽然目前这一可自由切换的适配子DNA装置仅仅是一种体外装置，Simmel却认为这种DNA纳米技术具有极为宽广的用途。他说：“它构成了一种小型分子计算装置的基础，该装置可以检测分子是否存在，决定一些东西然后触发另一种反应。”目前越来越多的生物学家关注DNA不仅能储藏信息，而且还与他们共事的物理学家学习如何利用DNA的双重功能；顺着这一思路，这一装置将会被成功地应用于体内。
（生物通：万纹）