《PNAS》八大热点文章

　　

生物通报道：《PNAS》（美国国家科学院院刊）是与Nature、Science齐名，被引用次数最多的综合学科文献之一，PNAS收录的文献涵盖生物、物理和社会科学，主要内容包括具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。近期其最受关注的文章（生物类）如下：

Science faculty’s subtle gender biases favor male students
PNAS 2012 ; published ahead of print September 17, 2012, doi:10.1073/pnas.1211286109

一项研究说，科学教职员表现出的细微的性别偏见可能导致了在许多学术科学领域中女性未被充分地代表。Corinne Moss-Racusin及其同事使用一个随机化双盲研究设计，要求全国127位生物、化学和物理学教授评估一位公开申请实验室管理者职位的本科生的申请材料。所有的教授都获得了相同的申请材料，这些申请材料被随机地标上了属于男生或女生。这组作者发现，男生更有可能被雇佣，而且更有可能得到辅导的机会，被评为更有能力，而且比同等资质的女生得到了更高的起薪。这种偏见的出现独立于这些教职员的性别、科学学科、年龄和教职状态。这组作者说，这些发现提示女生被雇佣的可能性较低，因为她被视为比男生的能力要低。额外的分析表明一个预先存在的针对女性的细微偏见破坏了这些教职员受试者对女性申请者的观念和对待方式。这组作者说，鉴于来自广泛存在的关于女性的科学能力的文化刻板印象，该发现提示这些教职员的偏见可能是无意的，而且有可能妨碍女性参与科学。

Intuitions of probabilities shape expectations about the future at 12 months and beyond
PNAS 2007 104 (48) 19156-19159; published ahead of print November 19, 2007, doi:10.1073/pnas.0700271104

理性主体应该能对未来不确定事件进行概率预测。然而，人类能否如此，以及如果能，这种能力是怎样起源的，却是颇具争议的话题。在此，我们的研究表明，十二个月大的儿童在不需要过去经验的情况下，就能在事件概率估计的基础上进行理性预期。同时，这种本能的预期还影响学前儿童的反应时，而事件频率对自动反应（并不是真正的判断）的影响则到4岁以后才会出现。我们的结果暗示着，人类决策在产生之初就包含一种初级概率直觉，它不能被简化为事件的遭遇频率或简单试探。

Statistical detection of systematic election irregularities
PNAS 2012 ; published ahead of print September 24, 2012, doi:10.1073/pnas.1210722109

一项研究报告说，可以根据投票分布的泄露内情的差异来区分有欺诈行为的选举和公平的选举。Stefan Thurner及其同事开发并测试了一种模型，从而对选举期间发生的重复投票等欺诈机制的程度进行量化。某些操纵投票的方法留下了痕迹，可以通过统计模型加以探测，而这组作者在几个国家的投票结果中测试了这类统计异常。这组作者的模型提示，投票欺诈可能是增量的或者极端的：增量欺诈发生在选票以某个比率加入到一方，而极端欺诈被定义为100%选民到场，几乎所有人投特定一方的票。有趣的是，这组科研人员指出，俄罗斯和乌干达的选举结果与被研究的其他国家有强烈的差别。这组作者说，例如，在2011年的俄罗斯选举中，数千个区域单位报告了将近100%的选民到场率，几乎所有的选票都投给了获胜的一方，这表明重复投票很可能影响了这次选举的结果。这组科研人员提出，他们的模型可能帮助探测许多不同国家的选举异常以及选民舞弊。

From the Cover: Detection of ultra-rare mutations by next-generation sequencing
PNAS 2012 109 (36) 14508-14513; published ahead of print August 1, 2012, doi:10.1073/pnas.1208715109

Movement analysis in infancy may be useful for early diagnosis of autism
PNAS 1998 95 (23) 13982-13987; doi:10.1073/pnas.95.23.13982

再次上榜的文章，这项研究由台湾中研院院长翁启惠教授领导完成，破解了困扰科学家们长达二十年的一个谜团——糖基转移酶的结构与作用机制，这对于进一步研发新型抗生素具有重要意义。

近年来，糖基转移酶变异，以及其它改变都导致了耐药性细菌的出现。而另外一种细菌细胞壁酶：糖基转移酶(transpeptidase)则至今没有针对性的抗生素。

研究人员通过分析几种耐药性细菌，发现其糖基转移酶并没有发生遗传突变，这说明这是针对糖基转移酶的新型药物也许是未来发展的方向。

然而知道这一点容易，研发相应的药物却很难，二十年来科学家们都聚焦于这一领域，但是未有突破性进展。在这篇文章中，研究人员则利用X射线结晶方法，清晰解构出金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)细胞壁上糖基转移酶，以及其作用底物：lipid II 的复合结构。并由此分析了糖基转移酶催化lipid II的机制机理。

这项研究表明未来可以针对阻断糖基转移酶作用的小分子药物，从而研发出新一代抗生素。这无疑对于目前靶向超级细菌等耐药性细菌具有重要意义，因此这项研究引起了各方的关注。

From the Cover: PNAS Plus: Soybean susceptibility to manufactured nanomaterials with evidence for food quality and soil fertility interruption
PNAS 2012 109 (37) E2451–E2456; published ahead of print August 20, 2012, doi:10.1073/pnas.1205431109

大豆是美国第二大产量作物，年工业产值300亿美元。但大豆生产可能面临新的长期威胁，其为来自环境的大量金属纳米粒子。一项新的研究表明，这些纳米材料之一，在从化妆品到电子设备等任何东西中都能发现，能被大豆吸收并在其整个组织移动，而另一种类型的纳米粒子可能阻碍其生长。作者认为，研究结果引起了人们对纳米粒子影响其他作物的担忧。

农业金属污染一直受到关注。美国环保局目前要求：排放可能有毒的金属到废水中的公司，必须在这些水被送到废水处理厂之前去除金属。一半以上来自这类废物处理厂的有机材料的最终去处，是作为肥料释放于农田。然而，废水中的金属纳米粒子既没受到控制，也没有受到监测。而且，在十多年后，工业每年可以生产百万公吨的某些种类金属纳米粒子，引起对它们在环境中累积量的担忧。

这种担忧已促使一些初步研究，寻找可能的生物影响。2010年，以德克萨斯大学化学家J orge Gardea-Torresdey为首的研究人员，在《环境科学与技术》报道了含高水平的氧化锌和氧化铈纳米颗粒的水培大豆生长情况，这些颗粒会聚集在植物组织，氧化铈引发植物根的遗传损伤。发表在上个月《应用和环境微生物学》的另一项研究发现，高浓度的氧化锌和二氧化钛纳米粒子破坏土壤细菌群落，干扰根瘤菌的能力-大豆根瘤菌利用空气中的氮生产植物养料。这种大豆“固定”氮的能力对农业具有重大影响。每年97%的美国种植玉米需要肥料，而只有18.5%的美国种植黄豆（7.7千万亩）需要施肥。

不过，目前还不清楚污垢中的化合物是否会锁住纳米粒子，或纳米粒子是否会有“生物效应”，允许植物吸收它们。因此，在新的研究中，领导了《应用和环境微生物学》研究的加利福尼亚大学环境微生物学家Patricia Holden，联合gardea-torresdey以及美国和韩国其他四个机构的同事，测试金属纳米粒子对传统方式种植大豆的影响。土壤来自加利福尼亚有机农场，他们在不同组的土壤中混合氧化锌和氧化铈纳米粒子，然后把这些混合物分为几份，每次添加不同数量的原始土壤到含大浓度的金属纳米粒子的组份中，该浓度在先前的水培研究中被标记为有潜在的生物影响。这样每一纳米粒子都有三个不同的土壤浓度。每公斤土壤的氧化锌浓度为0.005，0.1，或0.5克。每公斤土壤的氧化铈浓度为0.1，0.5，或1克。团队跟踪植物不同组织吸收纳米粒子的数量及对生长的影响。

Super-resolution fluorescence imaging of organelles in live cells with photoswitchable membrane probes
PNAS 2012 109 (35) 13978-13983; published ahead of print August 13, 2012, doi:10.1073/pnas.1201882109

活细胞功能膜结构变化是细胞各种生理活动的基础，以纳米级别的分辨率来对活细胞中功能膜的成像，有助于揭示细胞器的超微结构动态过程。

在这篇文章中，研究人员找到了光控膜探针，利用超高分辨率荧光成像技术，对细胞膜进行了分析，他们的研究证明了这8个常用的膜探针具有光控能力，能特异性作用于细胞膜，线粒体，内质网或者溶酶体。

这些小分子探针可以轻松以高探针密度标记活细胞，通过它们，研究人员能在30-60nm的空间分辨率，1-2s时间分辨率级别上，对活细胞中的特殊膜结构进行动态成像。而且再加上光谱分辨探针（spectrally distinguishable probes，生物通译），就能对线粒体和内质网进行双色超高分辨率成像。

利用这些技术，研究人员分析了之前无法细致观察到的，线粒体融合/裂变，以及内质网重形成的形态变化，和神经元突起中异质膜扩散进行了分析，获得了清晰的细节图片。

PNAS Plus: Polar and brown bear genomes reveal ancient admixture and demographic footprints of past climate change
PNAS 2012 109 (36) E2382–E2390; published ahead of print July 23, 2012, doi:10.1073/pnas.1210506109

对北极熊和棕熊的基因组的一项研究揭示出了古代杂交繁殖很可能与过去的气候变化事件有关，这提示当前的气候变化可能会威胁北极熊作为一个独特物种的地位。Webb Miller及其同事收集了当代北极熊、棕熊和美洲黑熊的血液和组织样本。再加上提取自大约13万年到11万年前的北极熊的DNA，这些样本被用于产生大量的基因组序列数据。对这些数据的分析表明北极熊和棕熊在大约400万年到500万年前分离。这组作者进一步确定了来自阿拉斯加的亚历山大列岛的棕熊和北极熊共享了5%到10%的DNA，发现了在历史上的气候变化事件期间古代杂交繁殖的可能性。此外，这组作者提出，北极熊对棕熊的一个长期的种群瓶颈可能解释在现代北极熊身上观察到的较低的遗传多样性。北冰洋当前朝着不断变暖发展的趋势可能迫使北极熊在陆地上待更长的时间并且增加它们在交配季节与棕熊的接触。这组作者说，遗传多样性低和杂交繁殖因此可能让现代北极熊种群对未来的气候和其他环境扰动变得极端脆弱。

（生物通：万纹）