Science 一周論文導讀 | 2018 年 3 月 2 日

審校 鄧卓 咖哩 大頭 紫蘇

生物學

Biology

Systematic discovery of antiphage defense systems in the microbial pangenome

微生物全基因組中抗噬菌體防禦系統的系統性發現

Rotem Sorek, Shany Doron, et al.

圖片來源：science.sciencemag.org

（導讀 郭思瑤）細菌內復雜的抗噬菌體防禦系統坐落在細菌基因組裡一片稱為“防禦島”的區域中。 科研人員通過檢測已知防禦基因旁邊的基因簇，綜合描述了細菌防禦“武器”的特徵，並用細菌模型的抗噬菌體活動證實了候選的防禦系統基因。 九種新的抗噬菌體系統和一種新的抗質粒系統被發現，這揭示了動物植物和細菌共有的一種古老而廣泛的先天性免疫組成部分。

Evidence for a neural law of effect

神經活動中效果律的證據

Jose M. Carmena, Rui M. Costa, et al.

（導讀 董堃）桑代克的效果律認為能夠導致滿意結果的行為會被更加頻繁的重複。 大腦中腹側被蓋區（VTA）中多巴胺能神經元的活動是滿意感受的來源。 本文發現，小鼠會頻繁重複能夠激活 VTA 多巴胺能神經元的運動皮層活動模式，並會在學習過程中使更多神經元參與此模式。 該結果為神經活動的效果律提供了證據。

Incomplete host immunity favors the evolution of virulence in an emergent pathogen

不完全的宿主免疫有利於新出現的病原體毒力的進化

Dana M. Hawley, Arietta E. Fleming-Davies, et al.

（導讀 郭懌暄）免疫記憶可保護宿主免受再次感染，但不完全的免疫應答反而促進對更加有害的病原體的選擇。 本研究通過對家朱雀進行多種不同毒力的支原體感染，發現毒性較強的細菌株可對宿主產生更強的保護。 通過建模發現，感染後出現的健康優勢對病原體毒力的選擇可以升高近兩倍。 由此可知保護宿主的免疫系統同樣可以驅動自然界最有害的病原體的進化。

Selective targeting of engineered T cells using orthogonal IL-2 cytokine-receptor complexes

正交 IL-2 與細胞因子受體複合物選擇性靶向工程化 T 細胞

K. Christopher Garcia, Jonathan T. Sockolosky, et al.

（導讀 柳寒石）白細胞介素 2（IL-2）參與細胞免疫療法中工程化 T 細胞功能的發揮，但是其導致的免疫反應和細胞毒性限制了其臨床應用。 本研究設計了正交 IL-2 分子（ Ortho IL-2），它可以選擇性靶向經工程化改造並表達正交 IL-2 受體（ Ortho IL-2R）的 T 細胞，但不會靶向動物體內的其他細胞，因此具有低脫靶、低毒性的優點。 該方法已在小鼠癌症模型中被驗證有效。

Winter color polymorphisms identify global hot spots for evolutionary rescue from climate change

冬季毛色多態性確認氣候變化影響下的全球演化救援熱點

L. Scott Mills, Eugenia V. Bragina, et al.

圖片來源：science.sciencemag.org

（導讀 阿金）在迅速變化的氣候條件下維持生物多樣性取決於演化救援效果，但缺乏對人為氣候變化直接選擇特徵的了解，限制了演化過程與全球保護工作的結合。 本研究基於 2713 個已知脊椎動物動物冬季毛色地理參照樣本，確認環境驅動的毛色漸變梯度，包括發生冬季保持棕色和白變共存的“多態區域”，明確全球保護區網絡中演化救援熱點。

Accurate computational design of multipass transmembrane proteins

多次跨膜的跨膜蛋白的精確計算機設計

David Baker, 盧培龍（華盛頓大學蛋白設計研究所）, et al.

（導讀 阿金）對多次跨膜的跨膜蛋白進行計算機設計仍然十分困難。 本研究設計了一組單體、二聚體、三聚體和四聚體跨膜蛋白，其中每個單體含 76 至 215 個殘基並包含兩到四個跨膜螺旋。 在細菌和哺乳動物細胞中，這些蛋白質分佈於質膜。 磁鑷實驗顯示這些蛋白高度穩定，而晶體結構解析結果顯示這些蛋白的真實構象與其設計構象高度一致。

An evolutionarily conserved gene family encodes proton-selective ion channels

一個進化保守的基因家族編碼質子選擇性離子通道

Emily R. Liman, Yu-Hsiang Tu, et al.

（導讀 郭懌暄）離子通道是構成細胞電信號的基礎，目前僅在真核細胞中發現一種質子選擇性離子通道。 本研究通過對小鼠味覺感受細胞進行比較轉錄組分析，發現 OTOP1 蛋白可形成質子選擇性離子通道。 它在酸性探測味覺感受細胞中富集，也是形成鋅敏感的質子電導所必需的。 另有兩個小鼠相關基因 Otop2 、 Otop3 以及果蠅同源基因均編碼質子通道。

Transcription-coupled changes in nuclear mobility of mammalian cis-regulatory elements

哺乳動物順式調控元件中轉錄偶聯的核移動性變化

Joanna Wysocka, Bo Gu, et al.

（導讀 郭懌暄）為了完成單細胞中多重 gRNAs 和數十個不同 gRNAs 的有效傳遞，本研究開發出 CARGO 技術。 結合 CARGO 和 dCas9 對胚胎幹細胞中增強子和啟動子進行定量成像分析，發現其移動性隨轉錄激活而升高。 對 RNA 聚合酶 II 活性進行急性干擾可逆轉轉錄活性相關的位點移動性增高。 這一發現提示順勢調控元件的移動性與轉錄存在內在聯繫。

β 2 -adrenergic receptor–mediated negative regulation of group 2 innate lymphoid cell responses

β 2 腎上腺素能受體負調控 Ⅱ 型先天淋巴細胞的免疫應答

David Artis, Saya Moriyama, et al.

（導讀 齊睿娟）Ⅱ 型先天淋巴細胞（ILC2s）是 Ⅱ 型細炎症因子的重要來源之一，但控制 ILC2 應答的分子機制仍未闡明。 本研究發現鼠源 ILC2s 細胞可表達 β 2 -腎上腺素能受體（β 2 AR），且共定位於腸道的腎上腺素能神經元。 β 2 AR 缺陷可引起 ILC2 過度應答與在 Ⅱ 型炎症反應的發生。 相反，β 2 AR 激動劑治療則與減弱 ILC2 反應和體內炎症相關。 本研究證明 β 2 AR 途徑是通過抑制細胞增殖與效能來減弱 ILC2 反應的胞內負調控因子，是神經元衍生迴路調節 ILC2 依賴性 Ⅱ 型炎症反應假說的首份證據。

物理學

Physics

Observation of bulk Fermi arc and polarization half charge from paired exceptional points

從成對異常點觀察體費米弧和極化半電荷

彭超（北京大學信息科學技術學院）, Marin Soljačić, et al.

圖片來源： Massachusetts Institute of Technology

（導讀 甜甜）拓撲學思想在開放的物理系統或耗散框架仍存在很多有待研究的特性。 本研究從理論上提出並通過實驗在一個光子晶體的開放系統中驗證了非-厄米輻射損耗的體費米弧。 此外，研究人員還發現了半整數拓撲電荷。 兩個現像都被證明是異常點非-厄米拓撲性質的直接結果。 研究結果為研究更複雜的非-厄米拓撲系統提供了框架。

Ideal Weyl points and helicoid surface states in artificial photonic crystal structures

人造光子晶體結構中的理想 Weyl 點和螺旋體表面態

Alastair Hibbins, 郭清華（二維材料光電科技國際合作聯合實驗室）, et al.

（導讀 阿金）Weyl 點是三維晶體色散能帶的交叉點，但理想 Weyl 系統的缺乏限制了 Weyl 物理學的未來發展和潛在應用。 本研究通過馬鞍形金屬螺圈微波光子​​晶體的實驗表徵，觀察到彼此相關、能量相同的理想 Weyl 點，展現出螺旋結構的拓撲表面態。 研究結果為探索 Weyl 系統和開發拓撲器件提供了一個參考。

其他

【Chemistry-化學】Selective formation of γ-lactams via C–H amidation enabled by tailored iridium catalysts

通過調整的銥催化劑使 C-H 酰胺化從而選擇性生成 γ-內酰胺

Mu-Hyun Baik, Sukbok Chang, et al.

（導讀 卓思琪）金屬氮烯插入碳-氫鍵形成 γ-內酰胺環的過程受到形成異氰酸酯的競爭阻礙。 本研究優化了一類五甲基環戊二烯基銥（III）催化劑來抑制這種競爭抑制。 研究發現調整催化劑的立體電性以供給更多電子有助反應。 這些催化劑通過   sp ³   和 sp ²  C-H 的酰胺化將各種 1,4,2-二噁唑-5-酮轉化為相應的 γ-內酰胺，且選擇性好。 氨基酸衍生物以及其他生物活性分子成功的官能化證明了該策略的優勢。

【Geoscience-地球科學】Evolution of alluvial mudrock forced by early land plants

受早期陸地植物影響的沖積泥岩的演化

William J. McMahon and Neil S. Davies

（導讀 阿金）泥岩蘊藏著大量地球歷史記錄，對長期海洋化學和氣候調節有重要影響。 本研究分析來自太古代到石炭紀的704 個已知由水流沖積而成的陸地岩層材料，證明隨陸地植物的演化和增加，在奧陶-志留分界線以來，沖積層中泥岩含量比此前 增加1.4 個數量級。 確認發生這種轉變的原因是植物演化導致泥漿產生並影響大陸內部的泥沙通量。

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