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巧用系统发育流行病学：精准预测多宿主植物害虫入侵风险
在自然界中，多宿主植物害虫的肆虐如同一场无声的生态灾难，给无数的生态系统带来了巨大的破坏。传统的流行病学模型在面对这些攻击多种宿主物种的害虫时，常常显得力不从心。因为这些模型大多基于害虫宿主范围狭窄的假设，无法全面考虑多宿主害虫在不同植物群落中传播的复杂情况。而且，新兴害虫往往与环境尚未达到平衡，关于当地宿主物种易感性和支持害虫繁殖能力的经验数据又十分匮乏。在这样的困境下，预测哪些植物群落更容易受到多宿主害虫的侵害，成为了亟待解决的问题，这不仅关乎生态系统的稳定，也与经济发展和人类生活息息相关。为了攻克这一难题，来自美国加利福尼亚大学圣克鲁兹分校（University of Californi
来源：Communications Biology
时间：2025-01-25
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AstroNet算法揭秘星形胶质细胞功能网络：海马与运动皮层连接差异的新发现
在复杂的大脑网络中，星形胶质细胞(astrocytes)通过间隙连接(gap junctions)形成的庞大网络长期被视为神经活动的"幕后调控者"。这些胶质细胞不仅参与钾离子(K+)平衡和突触调节，其钙(Ca2+)波传导更被认为是神经信息处理的关键元件。然而，与神经元网络研究相比，科学家们对星形胶质细胞网络的功能组织原则知之甚少——它们如何在不同脑区形成特异性的连接模式？是否存在类似神经元"枢纽"的关键节点？这些问题的答案深藏在钙瞬变的时空密码中。法国巴黎高等师范学院(David Holcman团队)与法兰西公学院(Nathalie Rouach团队)的研究人员开发了革命性的AstroNet算
来源：Communications Biology
时间：2025-01-25
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复杂运动技能分解训练结合精准误差反馈：突破专业技能天花板
在运动技能学习的领域中，那些需要多个身体部位精准配合、快速且精确执行的复杂运动技能，一直是学习者和研究者面临的巨大挑战。就像在钢琴演奏里，要完成一段高难度的曲目，手指间复杂的动作配合以及对节奏的精准把握，即使是经过多年刻苦训练的专业钢琴家，也难以轻松驾驭。以往的研究表明，单纯的练习量对专业技能提升的贡献仅约 30%，而且过度练习已掌握的技能还可能引发诸如局灶性肌张力障碍（focal dystonia）等运动障碍。这意味着，传统的练习方式存在局限性，探索更有效的学习方法迫在眉睫。在此背景下，来自索尼计算机科学实验室（Sony Computer Science Laboratories Inc.）
来源：Communications Biology
时间：2025-01-25
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细菌黏着斑复合物的结构模型：解锁细菌运动奥秘的关键钥匙
在微观的生物世界里，细胞的运动就像是一场神秘的舞蹈，而黏着斑复合物（Focal Adhesion Complexes，FAs）则是这场舞蹈中的关键编舞师。在真核生物中，FAs 帮助细胞与细胞外基质相连，让细胞能够灵活地移动、感知环境并与其他细胞协作。有趣的是，细菌也有自己的 “黏着斑复合物”—— 细菌黏着斑（bacterial Focal Adhesion，bFA）。以土壤细菌黄色粘球菌（Myxococcus xanthus）为例，它利用 bFA 在各种表面上穿梭，寻找食物、捕食其他微生物，完成一系列生存任务。然而，尽管科学家们知道 bFA 对于细菌运动至关重要，但它的分子结构以及其中蛋白质之
来源：Communications Biology
时间：2025-01-25
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基于IMU的老年人群步态特征数据库NONAN GaitPrint：揭示年龄相关运动模式变化的开放数据集
论文解读行走作为人类最基本的运动方式，其模式会随着年龄增长发生微妙而持续的变化。以往研究多聚焦年轻人步态特征，而老年人群的步态数据库严重匮乏，这限制了我们对衰老过程中运动功能退化的理解。更棘手的是，现有公共数据集存在五大局限：局限于直线行走的实验室环境、依赖昂贵的动作捕捉系统、样本量优先于个体数据深度、参数分析维度狭窄，以及缺乏真实环境下的动态视觉流模拟。这些缺陷使得开发针对老年人的跌倒预警系统、康复方案设计面临"无米之炊"的困境。美国内布拉斯加大学奥马哈分校生物力学团队在《Scientific Data》发表了NONAN GaitPrint老年步态数据库。这项研究历时两年，招募41名健康老年
来源：Scientific Data
时间：2025-01-25
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揭示硝酸盐电还原过程中催化剂动态重构与组分演变的关联性原位显微光谱研究
在应对全球氮污染治理和绿色氨合成的双重挑战中，电化学硝酸盐还原反应(NO3RR)因其能将环境污染物转化为有价值氨产品而备受关注。然而长期以来，关于铜基催化剂在反应中的真实活性相存在激烈争议——传统热力学预测金属铜应为稳定相，但大量实验却检测到氧化铜信号。这个"氧化铜谜题"背后，是研究者对催化剂在工作状态下动态演变过程认知的缺失。为解开这个谜团，德国马普学会弗里茨哈伯研究所(Max Planck Institute for Fritz Haber)的Aram Yoon等研究人员开展了一项突破性研究。通过开发独特的原位关联显微技术，他们首次捕捉到Cu2O立方体催化剂在NO3RR过程中的实时演变电影
来源：Nature Materials
时间：2025-01-25
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Nature新研究挑战了“线粒体”所有权，癌细胞用受污染的线粒体“毒害”免疫系统
线粒体在细胞之间“流窜”，这与早期的教条相反，即它们留在它们的起源细胞中。癌细胞可以用有缺陷的线粒体来毒害攻击免疫细胞，从而抑制身体的防御力量，帮助肿瘤逃避根除。这些发现发表在今天的《Nature》杂志上，提供了迄今为止最有力的证据，证明线粒体——产生能量的细胞亚结构——不仅在细胞和动物模型中迁移，而且在人类中迁移。“我的第一个想法是，这听起来很疯狂，就像科幻小说一样。但他们似乎有数据支持，”Holden Maecker说，他是加州斯坦福大学的免疫学家，没有参与这项研究。“这可能是一种我们没有注意到的全新生物学。”他补充说，需要进一步的研究来了解这种现象的频率以及它对癌细胞有多大益处。科学家们
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Nature：与疾病相关的大脑“刹车”前所未有的新见解
人们早就知道，在人脑中发现的某些蛋白质对控制脑细胞之间的交流方式至关重要。所谓的GABAA受体是控制离子进出细胞的蛋白质。由于它们在神经元如何减缓或停止活动中起着至关重要的作用，它们已成为许多药物的靶点，用于治疗癫痫、焦虑、抑郁和失眠等疾病。然而，由于技术限制和研究人类脑组织的微妙性质，科学家们对GABAA受体及其19个亚基如何共同发挥其功能缺乏完整的了解。加州大学圣地亚哥分校和德克萨斯大学西南医学中心的研究人员首次构建了人类大脑中GABAA受体的详细结构图，揭示了它们如何组装以及药物如何与它们结合。他们的研究结果发表在2025年1月22日的《Nature》杂志上。“这些受体是许多药物针对各种
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《Nature》突破食物过敏的关键——1种肠道蛋白
湖北荆州2岁女童小欣对牛奶、香蕉、橘子等30多种食物过敏，就连氨基酸奶粉也不耐受。小欣1岁半时体重仅有13斤，经常自残，发脾气时打自己头，夜间无法正常睡眠，因营养不良免疫低下，反复肺部感染。南医大二附院采用洗涤菌群移植技术，将健康人群粪便中的肠道菌群移植到小欣肠道内。在未来，可能有一种更有针对性的方法来治疗跟小欣一样的儿童。什么时候食物仅仅是营养和令人愉快的，什么时候它会引起过敏反应？答案似乎不仅在于我们肠道中微生物的平衡，还在于肠道杯状细胞分泌的一种影响这种平衡的特定蛋白质。波士顿儿童医院刚刚发表在《Nature》杂志上的一项新研究发现，过量的这种蛋白质RELMb会改变肠道微生物的特征，从而
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Nature最新发现：大脑衰老是妈妈的错吗？答案是X染色体
女性生来就有两条X染色体，分别从父母那里遗传一条。但在它们身体的每一个细胞中，只需要一条X染色体——所以另一条就会随机失活。有些细胞只使用母系X染色体；另一些只依赖于父系X染色体。现在，加州大学旧金山分校的研究人员发现，当雌性小鼠的脑细胞只表达母系X染色体时，它们的记忆和认知能力比同时表达母系和父系X染色体的雌性小鼠衰退得更快。这一发现发表在1月22日的《自然》杂志上，它可以解释两性之间大脑衰老的差异，因为男性只继承母亲的X基因，也可以解释女性个体之间的差异。“这些发现提高了一种可能性，即一些纯粹偶然表达更多母亲X染色体的女性可能随着年龄的增长而出现更多的认知障碍，或者患阿尔茨海默氏症等疾病的
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Nature公布细胞研究中的人工智能：以前所未有的细节揭示了细胞动力学
多亏了一项名为Moscot（“多组学单细胞最佳运输”）的新技术，研究人员现在可以同时观察数以百万计的细胞发育成一个新的器官——例如，胰腺。这项开创性的方法是由亥姆霍兹慕尼黑大学领导的国际研究小组开发的，并发表在著名的《自然》杂志上。到目前为止，生物学家对细胞在自然环境中如何发育的了解有限，例如，当它们在胚胎中形成器官时。“现有的方法只能提供几个细胞的快照，或者不能将空间和时间的动态过程联系起来，”该研究的主要作者之一、慕尼黑亥姆霍兹计算生物学研究所的博士候选人、慕尼黑工业大学（TUM）的研究员多米尼克·克莱因解释说。“这极大地限制了我们对器官发育和疾病过程中复杂相互作用的理解。”Moscot在
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Nature：“记忆宫殿”是如何形成的
近50年前，神经科学家在大脑的海马体中发现了储存特定位置记忆的细胞。这些细胞在储存事件记忆，即情景记忆方面也起着重要作用。虽然位置细胞如何编码空间记忆的机制已经被很好地描述，但它们如何编码情景记忆仍然是一个谜。麻省理工学院研究人员开发的一个新模型解释了即使没有空间成分，这些位置细胞是如何被招募来形成情景记忆的。根据这个模型，位置细胞和在内嗅皮层中发现的网格细胞起着支架的作用，可以用来将记忆固定为一个相连的系列。“这个模型是内嗅-海马情景记忆回路的初步模型。这是理解情景记忆本质的基础。这是我真正感到兴奋的事情，”麻省理工学院大脑和认知科学教授、麻省理工学院麦戈文大脑研究所成员、这项新研究的资深作
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抗病毒蛋白引起与亨廷顿氏病进展有关的基因变化
遗传上易患亨廷顿氏病的人，他们的运动、情绪和认知能力往往会随着时间的推移而缓慢下降。其原因与重复DNA单位的扩展有关，在这种情况下，特定的遗传密码串——在DNA的一条链上的一系列胞嘧啶-腺嘧啶-鸟嘌呤核苷酸（CAG）和互补链上的胞嘧啶-胸腺嘧啶-鸟嘌呤（CTG）——开始反复重复，扩展到多达40到120个拷贝。延长的复制在DNA中产生扭结，使其更容易断裂和复制错误。当细胞试图修复断裂时，会发生重复扩张，导致基本蛋白质功能丧失，神经细胞受损和死亡。生物学教授兼系主任Catherine Freudenreich实验室的研究现在揭示了一种可能的分子机制，可以解释亨廷顿氏病基因中DNA重复序列是如何断裂
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Nature子刊：首个合成真核生物基因组完成
澳大利亚麦考瑞大学的科学家们与一个国际科学家团队合作，完成了世界上第一个合成酵母基因组中最后一条染色体的创建，从而实现了合成生物学的一个重要里程碑。这一成就代表了全球Sc2.0项目的完成，该项目将从酿酒酵母中合成世界上第一个真核生物基因组和一个全新的tRNA新染色体。利用基因组编辑技术，包括CRISPR D-BUGS协议，该团队确定并纠正了影响酵母生长的遗传错误。这些变化恢复了菌株在高温下依靠甘油（一种关键的碳源）生长的能力。据研究人员介绍，发表在《自然通讯》上的这项研究“synXVI的构建和迭代重新设计，synXVI是903 kb的合成酿酒酵母染色体”，展示了如何设计、构建和调试工程染色体，
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在寻找新的更好的酶的过程中，人工智能走在了前列
酶对生命至关重要。它们是大自然的小催化剂。在肠道里，它们帮助我们消化食物。它们可以增强香水的香味，或者用更少的能源使衣物更干净。酶还能制造治疗疾病的有效药物。科学家们自然渴望创造新的酶。在他们的想象中，它们无所不能，从从天空中吸收温室气体到降解环境中的有害毒素。对新酶的古老探索现在变得容易多了。一个由生物工程师和合成生物学家组成的团队开发了一种计算工作流程，可以设计数千种新酶，预测它们在现实世界中的表现，并在多种化学反应中测试它们的性能——这是一个在计算机上进行的工作流程。他们的研究结果发表在《自然通讯》杂志的一篇新论文中。斯坦福大学（Stanford University）生物工程学教授、这
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Science Advances：出生对维持静止的神经干细胞的重要性
名古屋市立大学国立生理研究所教授泽本和硕和名古屋市立大学附属医院儿科医生川濑高也领导的研究小组，阐明了出生对神经干细胞（NSCs）维持的重要性。出生是动物生命中最重要的事件之一。从宫内环境到宫外环境的过渡会引起个体的各种代谢变化。尽管其重要性，出生在发育过程中的作用仍然不完全了解。在成年哺乳动物大脑中，NSCs保留在脑室-室下区（V-SVZ），在那里它们继续产生新的神经元。大多数出生后的NSCs维持在静止状态，使其能够长期维持。在各种组织中，干细胞生态位和干细胞本身的代谢谱在决定细胞是保持静止还是过渡到活跃的分化状态方面起着关键作用。然而，出生相关的代谢变化如何影响组织干细胞，特别是NSCs的
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PNAS癌症研究新进展：去年是铁，今年是铜
普林斯顿化学的Chang实验室继续其使命，阐明金属营养物在人类生物学中的作用：去年是铁；今年是铜。该实验室2025年的第一篇论文展示了其开发的一种用于检测人体细胞中铜的启发性传感探针，然后利用它来揭示铜如何调节肺癌细胞的生长。研究人员还提供了一种可能的治疗方式，其中铜螯合在某些肺癌中显示出有希望的结果，其中细胞有两种相关现象：对氧化应激反应的转录因子升高和生物可利用铜水平降低。他们的合作论文《一种基于活性的铜感应的组织化学方法揭示了癌症中铜变性依赖的脆弱性》本周发表在《美国国家科学院院刊》上。在此之前，2024年7月的一篇论文聚焦于铁。总之，这项研究巩固了实验室在过渡金属信号方面的权威。在这项
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Immunity发现肠道如何调节炎症
马德里国家心血管研究中心（CNIC）的David Sancho领导的一项研究揭示了肠道通透性的增加如何使天然肠道细菌穿过肠道屏障到达骨髓，在那里它们诱导产生免疫细胞的干细胞的表观遗传变化-改变基因活性而不影响DNA序列的修饰。易位肠道细菌诱导的表观遗传变化产生“训练”的免疫细胞，以更有效地应对未来的感染。然而，这种增强免疫反应的能力也会加重炎症，如心血管和神经退行性疾病。这项新研究强调了一种名为Mincle的蛋白质在这一过程中的关键作用，这种蛋白质在先天免疫系统的细胞中表达。这项研究发表在《免疫》杂志上，由jos Luis Subiza、Carlos del Fresno、Salv
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Science子刊：新的、具体化的人工智能揭示了机器人和幼儿是如何学习理解的
我们人类擅长泛化。如果你教一个蹒跚学步的孩子识别红色，给他看一个红色的球，一辆红色的卡车和一朵红色的玫瑰，她很可能会正确地识别出西红柿的颜色，即使这是她第一次看到西红柿。学习泛化的一个重要里程碑是组合性：将一个整体组合并分解为可重用部分的能力，就像物体的红色一样。我们如何获得这种能力是发育神经科学和人工智能研究中的一个关键问题。最早的神经网络，后来发展成为彻底改变我们社会的大型语言模型（llm），是为了研究信息在我们的大脑中是如何处理的。具有讽刺意味的是，随着这些模型变得越来越复杂，其中的信息处理途径也变得越来越不透明，今天一些模型具有数万亿个可调参数。但是现在，冲绳科学技术研究所（OIST）
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科学家发现骨重塑过程中的关键因素
骨骼是构成人体骨骼的活组织，在人体运动中起着关键作用。骨的结构完整性归因于骨重塑，这是一个高度调控的骨形成和骨吸收过程（溶解旧骨和受损骨），分别由成骨细胞和破骨细胞驱动。受损的骨重塑过程会导致脆弱的骨骼，并最终导致有害的健康状况，如骨质疏松症和关节骨折。因此，骨重塑机制的研究受到了全球科学家的关注。虽然一些科学报告揭示了破骨细胞和成骨细胞分化的不同调节机制，但对影响破骨细胞和成骨细胞发育的共同因素知之甚少。为了确定涉及破骨细胞和成骨细胞分化的新型骨重塑因子和相关机制，日本东京科学研究所牙科学院的Tomoki Nakashima教授领导的一组研究人员在小鼠和实验室培养的细胞中进行了一系列先进的遗
来源：Nature Communications
时间：2025-01-24
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